简易直流稳压电源

《电工与电子技术基础》课程设计报告题目简易直流稳压电源学院（部）汽车学院专业物流工程班级2014220701学生姓名杜凌波学号2014310201036月14日至6月22日共2周指导教师（签字）简易直流稳压电源一、摘要及技术要求 (3)1.摘要 (3)2.主要技术指标和要求 (3)二、系统概述 (4)1.整流电路： (4)2.滤波电路： (4)3.稳压电路： (4)三、单元电路图设计与分析 (5)1.电源变压器 (5)2.整流滤波电路 (5)3.稳压电路 (7)4.集成稳压器的选择 (8)5.整流二极管及滤波电容的选择 (10)四、系统综述 (10)1.总体电路图及仿真电路 (14)五、心得与体会 (15)六、参考文献： (16)附件： (16)评语 (17)一、摘要及技术要求1.摘要：直流稳压电源一般由直流电源变压器T、整流滤波电路及稳压电路所组成，基本框图如下。

各部分的作用：（1）电源变压器T的作用是将电网220V的交流电压变换成整流滤波电路所需要的交流电压Ui。

变压器副边与原边的功率比为P2/ P1=η，式中η是变压器的效率。

（2）整流滤波电路：整流电路将交流电压Ui变换成脉动的直流电压。

再经滤波电路滤除较大的纹波成分，输出纹波较小的直流电压U0。

常用的整流滤波电路有全波整流滤波、桥式整流滤波等。

（3）三端集成稳压器：常用的集成稳压器有固定式三端稳压器与可调式三端稳压器。

常用可调式正压集成稳压器有CW317（LM317）系列，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，V o＝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。

317稳压块的输出电压变化范围是V o＝1.25V—37V（高输出电压的317稳压块如LM317HVA、LM317HVK等，其输出电压变化范围是V o＝1.25V—45V），所以R2/R1的比值范围只能是0—28.6。

设计采用protues电路仿真软件进行仿真实验。

关键字整流滤波LM317 仿真2.主要技术指标和要求：（1）输出直流电压UO的调节范围为3 —12V，且连续可调；（2）最大输出电流ILM≤200mA；（3）稳压系数Sr<10%；＊（4）具有过流保护功能。

二、系统概述直流稳压电源是电子设备能量的提供者，对直流电源要求是：输出电压的幅值稳定，平滑，变换频率高，负载能力强，温度稳定性好。

直流稳压电源包括变压器，整流，滤波，稳压电路，负载组成。

其框图如下：1. 整流电路：交流电压转变成单向脉动直流电a 、半波整流 U0=()t d u ⎰πωπ0021=()()t d t u ⎰πωωπ02sin 221=π2U2=0.45U2b 、桥式整流然而单相桥式整流电路与半波整流电路相比，在相同的变压器副边电压下，对二极管的参数要求式一样的，并且还具有输出电压高、变压器利用率高、脉动小等优点，因此在次设计中我选用单相桥式整流电路。

在调整管部分，既可以采用单管调整也可以采用复合管调整，但在此设计中要求额定电流lm ≤200mA ，因此在此设计中我选用单管做调整管。

2.滤波电路：经整流后的电压仍具有较大的交流分量，必须通过滤波电路将交流分量滤掉。

尽量保留其输出中的直流分量，才能获得比较平滑的直流分量。

可以利用电容两端电压不能突变或流经电感的电流不能突变的特点，将电容与负载并联，或将电感与负载串联就能起来滤波作用。

3.稳压电路：由于滤波后的直流电压Ui 受电网电压的波动和负载电流变化的影响（T 的影响）很难保证输出电流电压的稳定。

所以必须在滤波电路和负载一直加上稳压电路，才能保证输出直流电压的进一步稳定。

三、单元电路图设计与分析1.电源变压器电源变压器将来自电网的220V交流电压u1变换为整流电路所需要的交流电压u2。

如果不考虑变压器的损耗，可以认为一个理想的变压器次级负载消耗的功率也就是初级从电源取得的电功率。

变压器能根据需要通过改变次级线圈的圈数而改变次级电压，由于变压器存在着铁损与铜损，所以它的输出功率永远小于输入功率[2]。

实际电路中选择一个中间带抽头的多路输出稳压器，其输出电压分别是（交流）12V、18V、20V。

分别对应LM78XX、79XX系列和LM317稳压器。

2.整流滤波电路单相桥式整流电路如图所示，四只整流二极管D1～D4接成电桥的形式，故有桥式整流电路之称。

单相桥式整流电路的工作原理为简单起见，二极管用理想模型来处理，即正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大。

在v2的正半周，电流从变压器副边线圈的上端流出，只能经过二极管D1流向RL，再由二极管D3流回变压器，所以D1、D3正向导通，D2、D4反偏截止。

在负载上产生一个极性为上正下负的输出电压。

其电流通路可用图中实线箭头表示。

在v2的负半周，其极性与图示相反，电流从变压器副边线圈的下端流出，只能经过二极管D2流向RL，再由二极管D4流回变压器，所以D1、D3反偏截止，D2、D4正向导通。

电流流过RL时产生的电压极性仍是上正下负，与正半周时相同。

其电流通路如图中虚线箭头所示。

综上所述，桥式整流电路巧妙地利用了二极管的单向导电性，将四个二极管分为两组，根据变压器副边电压的极性分别导通，将变压器副边电压的正极性端与负载电阻的上端相连，负极性端与负载电阻的下端相连，使负载上始终可以得到一个单方向的脉动电压。

单相桥式整流电路常画成图3—3所示的简化形式。

图3—3 单相桥式整流电路简化图结合上述分析，可得桥式整流电路的工作波形如图3-4。

图3—4桥式整流电路的工作波形由图可见，通过负载桥式整流电路的优点是输出电压高，纹波电压较小，管子所承受的最大反向RL的电流iL以及电压vL的波形都是单方向的全波脉动波形。

电压较低，同时因电源变压器在正、负半周内都有电流供给负载，电源变压器得到了充分的利用，效率较高。

3.稳压电路由于稳压电路发生波动、负载和温度发生变化，滤波电路输出的直流电压会随着变化。

因此，为了维持输出电压稳定不变，还需加一级稳压电路。

稳压电路的作用是当外界因素（电网电压、负载、环境温度）等发生变化时，使输出直流电压不受影响，而维持稳定的输出。

稳压电路一般采用集成稳压器和一些外围元件组成。

采用集成稳压器设计的电源具有性能稳定、结构简单等优点。

集成稳压器的种类很多，在小功率稳压电源中，普遍使用的是三端稳压器。

按照输出电压类型可分为固定式和可调式，此外又可以分为正电压输出和负电压输出两种类型。

按照设计要求本设计要用到可调式三端稳压器。

其常见产品有CW317、CW337、LM317、LM337。

其中317系列稳压器输出连续可调的正电压，337系列稳压器输出连续可调的负电压，可调范围为1.2～37V，最大输出电流为1.5A。

4.集成稳压器的选择选择集成稳压器：集成稳压器选用CW317，其输出电压范围为：U0=1.2~37V，最大输出电流I0max 为1.5A。

所确定的稳压电源电路如图4-1所示。

集成稳压器的输出电压o U 应与稳压电源要求的输出电压的大小及范围相同。

稳压器的最大允许电流max o om I I <，稳压器的输入电压范围为：max min min max )()(o I o I o I o U U U U U U U -+≤≤-+式中，max o U ——最大输出电压；min o U ——最小输出电压；min )(o i U U -——稳压器的最小输入电压差；max )(o i U U -——稳压器的最大输入电压差；在电路中，取Ω=Ω====k R R F C F C F C w 2,200,1,10,01.01021μμμ，二极管用IN4001在电路中，R1和Rw 组成输出电压调节电路，输出电压 U0=1.25(1+Rw/R1)，R1取，流过R1的电流为5~10A 。

取R1 = 200Ω，则由U0=1.25(1+Rw/R1)，可求得：Rwmin=280欧，Rwmax=1720欧，故取w R 为2000欧的精密线绕电位器。

故R2取滑动变阻器最小值280欧。

滑动变阻器与R2组成变化范围280~1720欧选择电源变压器：max min min max )()(o I o I o I o U U U U U U U -+≤≤-+即 14V+3V ≤Ui ≤10V+40V取 17V ≤Ui ≤50VU2≥Uimin/1.1=17/1.1=15.45V取V U 202=变压器副边电流：I2≥Iomax=200mA取I2=200mA则变压器的副边输出功率2P 为Ω240~120P2≥I2U2=3.09W为留有余地，故选用功率为10W 的变压器所以变压器选用20V/10W 的即可。

5.整流二极管及滤波电容的选择：由于 V U U RM 284.2820222=⨯==，I0max=200mAIN4001的反向击穿电压V U RM 50≥，额定工作电流A I D 1=，故整流二极管选用IN4001。

式中，则V S U U U U v o i p op i 67.1/=∆=∆-则滤波电容C 为F U I U I C i ot i ct μ4800//=∆=∆=由之前模电实验可知，在实际制作过程中采用比理论值小的电容同样能达到很好的滤波效果，因此采用4700μF 的电容。

四、系统综述交流电网220V 的电压通过电源变压器将变为需要的电压值，然后通过整流电路将交流电压变成脉动的直流电压。

由于此脉动的直流电压还含有较大的纹波，必须通过滤波电路加以滤波，从而得到平滑的直流电压。

但这样的电压还是会随电网电压波动、负载和温度等的变化而变化。

因而在整流、滤波电路之后，还须接稳压电路，保证输出的直流电压稳定。

如下图基本电路图所示，220V 交流电经变压器产生低压交流电，4个IN4001和C 构成整流滤波电路，产生20V 的直流电压， Rw 调整输出电压大小稳压过程。

输出电压因某种原因变化时，LM317构成的电压调整器就能够调整输出电压，使其保持恒定。

输出电压调整过程。

Rw用于调整输出电压大小。

当Rw滑动端向上滑时，基极电压Ub就上升，使输出电压变小。

若当Rp滑动端向下滑时，输出电压则会变大。

用317稳压块制作稳压电源时，稳压电源输出的有载电压和空载电压差别较大。

7V；输出电流为0.1～0.5A；工作结温同样分为-55～+155℃，-25～+150℃，0～+125℃三类电压调整率的典型值为0.01％/V，负载调整率的典型值为0.1％，内部含有过流、过热和调整管安全工作区保护电路。