可调的直流稳压电源设计报告.doc

国家电工电子实验教学中心模拟电子技术研究性学习报告实验题目： 输出电压可调的直流稳压电源设计 学 院：专 业：学生姓名：任课教师： 2013 年 6 月 2 日目录实验题目：输出电压可调的直流稳压电源设计01、 引言22、 设计原理及设计过程22.1 设计目的22.2 技术指标22.3 设计原理32.3.1 电源变压器32.3.2 整流电路32.3.3 滤波电路52.3.4 稳压电路62.3.5 LM317的应用62.4 设计过程73、 电路仿真73.1 电路图84、 实验结果95、 实验总结116、 遗留问题11参考文献11输出电压可调的直流稳压电源设计摘 要 本文介绍了输出电压可调的直流稳压电源的原理分析和设计过程，通过对相关参数的计算来选择恰当的元器件，设计出电路，经过仿真和焊电路板的实验结果表明，此可调的直流稳压电源满足设计要求。关键词：直流稳压电源；整流；滤波；稳压1、 引言现在所使用的大多数电子设备中，几乎都必须用到直流稳压电源来使其正常工作，而最常用的是能将交流电网电压转换成直流电压的直流电源，可见直流稳压电源似乎各类电子设备的重要组成部分，为设备的稳定工作提供能量。2、 设计原理及设计过程直流电源分为两类：一类是能直接供给直流电压或电流的，如电池、蓄电池、太阳能电池、硅光电池等；另一类是将交流电变换成所需的稳压的直流电流或电压的，这类变换电路统称为直流稳压电源。2.1 设计目的 1）掌握集成直流稳压电源的设计方法； 2）焊接电路板，实现设计指标；3）掌握可调的直流稳压电源的主要性能指标及参数的测试方法； 2.2 技术指标 1）设计一个可调直流稳压电源。 2）输出电压 Uo = 1.25V-13.75V ，最大输出电流 Iomax = 1A 。 3）输出纹波电压Uop-p5mV ,稳压系数SU5×10-3 。 4）输出限流保护电路。 2.3 设计原理我们所设计的直流稳压电源为小功率电源，它将频率为50Hz、有效值为220V的单相交流电压转化为幅值稳定、输出电流为1A以下的直流电压。交流电经过电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路转换成稳定的直流电压，其方框图如图1所示。2.3.1 电源变压器 电源变压器是利用电磁感应原理，将输入的有效值为220V的电网电压转换为所需的交流低电压。变压器的副边电压有效值由后面电路的需要决定。 2.3.2 整流电路 利用二极管的单向导电性，将交流电压（电流）变成单向脉动电压（电流）的电路，称为整流电路。小功率电路中一般采用单相半波、全波、桥式整流电路和倍压整流电路，其中，最常用的是单相桥式整流电路。我们的设计也是采用桥式整流电路。1） 原理 单相桥式整流电路（如图2 所示）是由四只二极管组成，其构成原则就是保证在变压器的副边电压u2 的整个周期内，负载上的电压和电流方向始终不变。当u2 为正半周时，电流方向如图3 所示；当u2 为负半周时，电流方向如图4 所示；这样，由于两对二极管的交替导通，只是负载电阻在整个周期内都有电流通过，而且方向保持不变，输出电压为 = 整流电路的输入输出的波形如图5所示。2） 电路的主要参数 对整流电路 输出电压平均值：输出电流平均值：对二极管 考虑到电网电压的波动范围为10%，实际选用二极管时，应至少有10%的量。 最大整流电流： 最高反向工作电压：2.3.3 滤波电路 电容滤波电路是最常见也是最简单的滤波电路，在整流电路的输出端（即负载电阻两端）并联一个电容即构成电容滤波电路，如图6 所示。滤波电容的电容量较大，因而一般采用电解电容，且电容值愈大电路带负载的能力愈强，滤波效果愈好。原理 电容滤波电路是利用电容的充放电作用，使输出电压趋于平滑。当副边电压u2处于正半周期并且数值大于电容两端电压uc 时，对电容C 进行充电；当u2 达到峰值后开始下降是，电容C 通过负载RL 放电；当u2 的负半周幅值变化到恰好大于uc 时，再次对C 进行充电。（电流方向如图7 所示） 滤波电路的输出电压曲线如图8 所示。通过可以看出，经滤波后的输出电压不仅变得平滑，而且平均值也得到提高。 2.3.4 稳压电路稳压电路的功能是使输出的直流电压稳定，不随交流电网电压和负载的变化而变化。在设计中，常利用电容器两端的电压不能突变和流过电感器的电流不能突变的特点，将电容器和负载电容并联或电容器与负载电阻串联，以达到使输出波形基本平滑的目的。2.3.5 LM317的应用LM317是应用最为广泛的电源集成电路之一，它不仅具有固定式三端稳压电路的最简单形式，又具备输出电压可调的特点。此外，还具有调压范围宽、稳压性能好、噪声低、纹波抑制比高等优点。lm317是可调节3端正电压稳压器，在输出电压范围1.2伏到37伏时能够提供超过1.5安的电流，此稳压器非常易于使用。LM317作为输出电压可变的集成三端稳压块，是一种使用方便、应用广泛的集成稳压块。317系列稳压块的型号很多：例如LM317HVH、W317L等。电子爱好者经常用317稳压块制作输出电压可变的稳压电源。稳压电源的输出电压可用下式计算，Vo=1.25（1+R2/R1）。仅仅从公式本身看，R1、R2的电阻值可以随意设定。然而作为稳压电源的输出电压计算公式，R1和R2的阻值是不能随意设定的。首先317稳压块的输出电压变化范围是Vo=1.25V37V（高输出电压的317稳压块如LM317HVA、LM317HVK等，其输出电压变化范围是Vo=1.25V45V），所以R2/R1的比值范围只能是028.6。其次是317稳压块都有一个最小稳定工作电流，有的资料称为最小输出电流，也有的资料称为最小泄放电流。最小稳定工作电流的值一般为1.5mA。由于317稳压块的生产厂家不同、型号不同，其最小稳定工作电流也不相同，但一般不大于5mA。2.4 设计过程首先，根据要求选择三端稳压器。然后，根据三端稳压器对输入电压的要求和桥式整流滤波电路的电压关系，计算出电源变压器副边电压U2 的值，再根据输出电流的要求选择电源变压器。接着，根据桥式整流电路和电网变化情况，计算出二极管的最大反向电压URM 和最大平均整流电流ID（max），查手册确定整流二极管或整流桥的型号。最后，根据电路要求和电网变化情况，计算出电容量和耐压值，查手册选定滤波电容的标称值和耐压值。3、 电路仿真3.1 电路图3.2 仿真结果4、 实验结果4.1 实际电路4.2 测量结果5、 实验总结实验一定要思路清晰，按步骤有计划地进行实验： 1. 首先，要熟悉研究课题背景，明确实验的意义； 2. 然后，要做好电路理论分析，弄清楚各部分原理和参数的来源，才能够在之后的实践中胸有成足； 3. 接着，要明确设计要求，严格按照设计要求做好仿真，得到正确的仿真结果，还要学会熟练地使用Multisim软件； 4. 再次，要注重动手实践，包括列元件清单、采购元件、焊接电路、电路调试、参数测试等等，只有自己动手了才能够感受到电子设计与制作过程中的精细操作； 5. 最后，要能条理清晰地将所研究的内容通过研究报告的形式表现出来。 6、 遗留问题本次研究性学习从仿真到实际制作出电路板，过程十分顺利但是，通过做实验热然发现一些尚未解决的问题。从理论上分析以电路图所设置的电阻阻值搭配来看，输出电压范围应该为13.75V到1.25V，但实际电路板的输出上限达到了22V，此问题在本次研讨中未能解决。参考文献1路勇 刘颖.模拟集成电路基础.中国铁道出版社，20102路勇.佟毅等.电子电路实验及仿真M.第二版.北京:清华大学出版社，2010.3宋学君.模拟电子技术M.北京:科学出版社，20064侯建军 佟毅 刘颖 曾涛 马英新.电子技术实验、综合设计实验与课程设计.高等教育出版社，20075童诗白 华成英 模拟电子技术基础（第三版）.高等教育出版社，2000