直流稳压电源设计(模拟电路课程设计)大学论文.docx

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1、直流稳压电源设计(模拟电路课程设计)大学论文 模拟电路课程设计报告设计课题： 专业班级： 学生姓名： 学号： 指导教师： 设计时间： 一、设计任务与要求 1输出电压可调：Uo=+3V+9V; 2最大输出电流：Iomax=800mA; 3输出电压变化量：Vop_p5mV 4. 稳压系数：S V 3 10 3- ? 5.有保护装置。 二、方案设计与论证 稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四个部分组成，如图1所示。 + 电源 + 整流 + 滤波 + 稳压 + u1 u2 u3 u I U0 _ 变压器 _ 电路 _ 电路 _ 电路 _ （a）稳压电源的组成框图 u （b）整流与稳压过

2、程 图1稳压电源的组成框图及整流与稳压过程 方案一： 单相半波整流电路： 单相半波整流简单，使用器件少，它只对交流电的一半波形整流，只要横轴上面的半波或者只要下面的半波。但由于只利用了交流电的一半波形，所以整流效率不高，而且整流电压的脉动较大，无滤波电路时，整流电压的直流分量较小， 单相全波整流电路： 使用的整流器件较半波整流时多一倍，整流电压脉动较小，比半波整流小一半。无滤波电路时的输出电压Vo=0.9Vi ，变压器的利用率比半波整流时高。变压器二次绕组需中心抽头。整流器件所承受的反向电压较高。 方案三： 单相桥式整流电路： 使用的整流器件较全波整流时多一倍，整流电压脉动与全波整流相同，每个

3、器件所承受的反向电压为电源电压峰值，变压器利用率较全波整流电路高。 综合3种方案的优缺点:决定选用方案三。 三、单元电路设计与参数计算 整流电路采用桥式整流电路，电路如图2所示。在u2的正半周内，二极管D1、D4导通，D2、D3截止；u2的负半周内，D2、D3导通，D1、D4截止。正负半周内部都有电流流过的负载电阻R L ，且方向是一致的。电路的输出波形如图3所示。 在桥式整流电路中，每个二极管都只在半个周期内导电，所以流过每个二极管的平均电 流等于输出电流的平均值的一半，即 。 电路中的每只二极管承受的最大反向电压 为22U (U 2是变压器副边电压有效值 )。 12 1o f I I =t

4、 t 图2整流电路 电容滤波电路后，直流输出电压：U o1=(1.11.2)U 2，直流输出电流： （I 2 是变压器副边电流的有效值。），稳压电路可选集成三端稳压器电路。 总体原理电路见图4。 31选择集成三端稳压器 因为要求输出电压可调，所以选择三端可调式集成稳压器。可调式集成稳压器，常见主要有CW317、CW337、LM317、LM337。317系列稳压器输出连续可调的正电压，337系列稳压器输出连可调的负电压，可调范围为1.2V37V ，最大输出电流max O I 为1.5A 。稳压内部含有过流、过热保护电路，具有安全可靠，性能优良、不易损坏、使用方便等优点。其电压调整率和电流调整率均

5、优于固定式集成稳压构成的可调电压稳压电源。LM317系列和lM337系列的引脚功能相同，这里我们采用的是LM317T,管脚图和典型电路如图4和图5. 图4管 脚图 图5典型电路 () 25. 1 21 I I o = 图4 稳压电路原理图 ? ? +=1125.1R U o 式中，1.25V 是集成稳压块输出端与调整端之间的固有参考电压REF V ，此电压加于给定电阻1R 两端，将产生一个恒定电流通过输出电压调节电位器1RP ，电阻1R 常取值2k ，在这里，采用10K 的电位器，其最大阻值为10.36k 再串联一个R2，其阻值为2.2k,根据LM317输出电压表达式，取：R1=2.2k,R2

6、=2k 。我们1RP 一般使用精密电位器，与其并联的电容器C 可进一步减小输出电压的纹波。图中加入了二极管D ，用于防止输出端短路时10F 大电容放电倒灌入三端稳压器而被损坏。 LM317其特性参数： 输出电压可调范围：1.25V 37V 输出负载电流：1.5A 输入与输出工作压差U=U i -U o ：340V 能满足设计要求,故选用LM317T 组成稳压电路。 32选择电源变压器 电源变压器的作用是将来自电网的220V 交流电压u 1变换为整流电路所需要的交流电压 u 2。电源变压器的效率为： 其中：2P 是变压器副边的功率，1P 是变压器原边的功率。一般小型变压器的效率如表1所示： 表1

7、 小型变压器的效率 因此，当算出了副边功率2P 后，就可以根据上表算出原边功率1P 。 由于LM317的输入电压与输出电压差的最小值()V U U o I 3min =-，输入电压与输出电压差的最大值()V U U o I 40max =-，故LM317的输入电压范围为： 1 2 P P = 即 V V U V V I 40339+ V U V I 4312 V U U in 111 .112 1.1Im 2= ， 取 V U 122= 变压器副边电流： A I I o 8.0max 2=，取A I 12=， 因此，变压器副边输出功率： W U I P 12222= 由于变压器的效率7.0=，

8、所以变压器原边输入功率W P P 1.172 1=，为留有余 地，选用功率为W 20的变压器。 33选用整流二极管和滤波电容 由于：V U U RM 1712222=?= ，A I 8.0max 0=。 IN4001的反向击穿电压V U RM 50，额定工作电流max 01I A I D =，故整流二极管 选用IN4001。 34滤波电容 根据 3 00103,5,12,9-?=?=v p p I S mV U V U V U ， 和公式 常数 常数 =?= o I T I I v U U U U S 0 可求得： V S U U U U v I p op I 2.210 3912 005.0

9、3 0=?= ?= ?- 所以，滤波电容： uF F U T I U t I C I I c 3636003636.02 .2215018.02 max 0=? ?= ?=?= 电容的耐压要大于V U 1712222=?= ，故滤波电容C 取容量为F 4700，耐压为 V 25的电解电容。 四、总原理图及元器件清单 1总原理图、PCB 图 . . 图6 protel 99se 原理图 图7 protel 99se 带栅栏格原理图的截图 图8 PCB原理布线图的pdf图 图9 protel 99se pcb原理图布线截图 没有9.4K的电位器，有比较接近9.4K的10K电位器，因此硬件电路图中用

10、的是10K电位器。 五、安装与调试(使用Proteus调试) 按PCB图所示，制作好电路板。安装时，先安装比较小的元件，所以先安装整流电路，再安装稳压电路，最后再装上滤波电路（电容）。安装时要注意，二极管和电解电容的极性不要接反。经检查无误后，才将电源变压器与整流滤波电路连接，通电后，用万用表检查整流后输出LM317输入端电压U I的极性，若U I的极性为负，则说明整流电路没有接对，此时若接入稳压电路，就会损坏集成稳压器。然后接通电源，调节R W的值，若输出电压满足设计指标，说明稳压电源中各级电路都能正常工作，此时就可以进行各项指标的测试。 仿真原理图如下： 图10 proteus电路图 图11 R2调至最大值时的电压U0=9.16V