3-15v直流稳压电源设计报告

Uomax＋(Ui－Uo)min≤Ui≤Uomin＋(Ui－Uo)max
2.1
即：
15V＋3V≤Ui≤3V＋40V
18V≤Ui≤43V
设计方案选用单相桥式整流方式可使得变压器的利用率较高。变压器次级电压
U2 与稳压器输入电压 Ui 的关系为：
错误!未找到引用源。
2.2
变压器次级电压取值为：
5
U2≧Uimin／1.1 则可得：
U1 －
变压器
＋ 整流
U2 －
电路
＋ 滤波
U3 －
电路
U1
U2
U3
UI
＋ 稳压 ＋
UI －
电
路
UO －
UO
图 1.1 直流稳压电源结构图和稳压过程
1
电源变压器：是降压变压器，它的作用是将220V的交流电压变换成整流滤波电 路所需要的交流电压Ui。变压器的变比由变压器的副边按确定，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。
图 1.4 单相桥式整流电容滤波电路
从图 1.4 可以看出，当错误!未找到引用源。为正半周时, 电源错误!未找到引
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用源。通过导通的二极管 VD1、VD3 向负载 RL 供电，并同时向电容 C 充电（将电能 存储在电容里，如 t1～t2），输出电压错误!未找到引用源。＝错误!未找到引用源。 ≈ 错误!未找到引用源。；错误!未找到引用源。达峰值后错误!未找到引用源。减小， 当错误!未找到引用源。≥错误!未找到引用源。时，VD1、VD3 提前截止，电容 C 通 过 RL 放电，输出电压缓慢下降（如 t2～t3），由于放电时间常数较大，电容放电速 度很慢，当错误!未找到引用源。下降不多时错误!未找到引用源。已开始下一个上 升周期，当错误!未找到引用源。＞错误!未找到引用源。时，电源错误!未找到引用 源。又通过导通的 VD2、VD4 向负载 RL 供电，同时再给电容 C 充电（如 t3～t4），如 此周而复始。电路进入稳态工作后，负载上得到如图中实线所示的近似锯齿的电压 波形，与整流输出的脉动直流（虚线）相比，滤波后输出的电压较为平滑。
直流稳压电源电路的设计电路都是经过四个步骤：变压、整流、滤波、稳压。 在这四个步骤当中，由输出电压的要求来决定稳压电路的选择，如选用稳压管稳压 还是用集成芯片稳压。稳压器可分为三端固定式集成稳压器如 78XX、79XX 系列；三 端可调式集成稳压芯片 LM317、337 系列。其中 78XX、LM317 系列为正电压输出，79XX、 LM337 系列为负电压输出。决定了稳压部分电路后，由设计要求的输出电压来考虑变 压器的选择，由最大输出电流来考虑整流二极管、滤波电容的选择。整流部分一般 选用整流桥堆，单相桥式整流，可使得变压器的利用率较高。
桥式整流电路的特点是输出电压高，纹波电压较小，管子所承受的最大反向电 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 充分利用，效率较高。因此，设计方案采用单相桥式整流电路，实物制作中选用的 整流桥堆为：4*IN4007。 （4）滤波电容
设计要求中输出最大电流 Iomax=500mA，滤波电容电容量 C 根据负载电流选用， 其经验数据为，负载电流为 0.5～1A 时，电容选用 1000uF。
1.2 设计要求
1.输出电压调节范围；3~15V； 2.满载电路：0.5A； 3.注意变压器的功率要选择 10W 以上的。
1.3 可调直流稳压电源总体方案介绍及工作原理说明
1.3.1 直流稳压电源的设计思路
① 电网供电电压交流 220V(有效值)50Hz，要获得低压直流输出，首先必须采 用电源变压器将电网电压降低获得所需要交流电压；
参数为：Uo＝1.2～37V，Iomax＝1.5A 最小输入输出电压差（Ui－Uo）min 为 3V，最
大输入输出电压差为（Ui-Uo）max 为 40V，均满足性能指标要求。根据前面的公式
1.2 可得：
错误!未找到引用源。错误!未找到引用源。
设计方案中 R2 选用一个 200 的电阻 R2 与一个 2 K 的电位器 RP 串联组成。
滤波电路由一只 1000UF 的电容组成。其作用是滤去整流输出电压中的纹波。在 电源供给的电压升高时，把部分能量存储起来，在电源电压降低时，把电场能量释 放出来，得到较为平滑的负载电压，有平波的作用。
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3.1.3 稳压电路
（1）集成三端稳压器 LM317 设计采用的稳压芯片为 LM317T，实现稳压。LM317 为三端输出元件。有输入端
UI，输出端 UO，以及调整端 ADJ，其作用是在输入电压 UI 输入适当的电压，从输出 端 UO 得到设计所需的稳定电压。设计电路中，调整端处的电阻 R2（200 ）、电位器 RP（2K ）与输出端电阻 R1（200 ）实现电路中输出电压的连续调节；输入端处 的无极性电容 C（0.01UF）其作用是防止电路自激振荡减小电压波动、输出端有极性 电容 CO（220UF）用于改善负载效应起稳压作用，调整端的有极性电容 C3(10UF)， 其作用是有效去除电路中的纹波。
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课程设计报告
课程名称： 直流稳压电源的设计与制作 专 业： 班 级： 姓 名： 学 号： 指导老师： 学 期： 日 期：
直流稳压电源的设计与制作
1.1 设计任务及目的
1.掌握降压、整流、滤波电路的工作原理 2.掌握稳压电路的工作原理； 3.掌握精密整流电路工作原理； 4.掌握低通滤波器工作原理； 5.掌握比较放大电路工作原理。
LM317 其特性参数： 可调范围为 1.25V-7V 最大输出电流为 1.5A 输入与输出工作压差为 U Ui Uo：3V-40V 输出表达式为：
错误!未找到引用源。
1.2
其中，U REF 是集成稳压器件的输出电压，为 1.25V。1.25 是集成稳压块输出端 与调整端之间的固有参考电压。改变 R2 的值，Uo 的值即可改变。当 R2 短路时，Uo 最小，为U REF 即 1.25V；当 R2 大于零时，Uo 都大于U REF ，最大可达 37V。由此，滤
U2≧12V／1.1＝11V I2＞Iomax＝0.5A
取 I2＝1A，变压器次级输出功率为： P2≧I2U2＝11W
变压器的效率一般取 η＝70℅，则变压器初级功率为： P1≧P2／η＝15.7W
为留有余地，设计方案中选取输出电压为 18V，功率为 30W 的变压器。在 multisim 中采用的是 TS_VIRTUAL。 （3）单相桥式整流电路
未找到引用源。的负半周内，D3、D4 导通，D1、D2 截止。正负半周内部都有电流流
过负载电阻 RL，且方向是一致的。如图 1.2 示。
图 1.2 单相桥式整流电路
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 电压为错误!未找到引用源。错误!未找到引用源。 (错误!未找到引用源。是变压器 副边电压有效值)。单相桥式整流电路波形如图1.3示。
整流电路：利用单向导电元件，将50HZ的正弦交流电变换成脉动的直流电。 滤波电路：可以将整流电路输出电压中的交流成分大部分滤除。滤波电路滤除 较大的波纹成分，输出波纹较小的直流电压UI。常用的整流滤波电路有全波整流滤 波、桥式整流滤波等。 稳压电路:稳压管稳压电路其工作原理是利用稳压管两端的电压稍有变化，会引 起其电流有较大变化这一特点，通过调节与稳压管串联的限流电阻上的压降来达到 稳定输出电压的目的。
电路中可以采用稳压管稳压电路，晶体管稳压电路。这里采用集成稳压器稳压。 由于设计要求连续可调，采用三端可调式集成稳压器 LM317。
LM317 共有三端，输入端错误!未找到引用源。、输出端错误!未找到引用源。、 调整端错误!未找到引用源。。其内置有过载保护、安全区保护等多种保护电路。调 整端使用滤波电容能得到比标准三端稳压高得多的纹波抑制比。可调整输出电压低 到 1.2V，保证 1.5A 输出电流，典型线性调整率 0.01%，80dB 纹波抑制比，输出短路 保护，过流、过热保护，调整管安全工作区保护，标准三极管封装。
2.2 直流稳压电源的仿真结果与调试 2.2.1 设计的直流稳压电源原理图
设计方案采用的的是 multisim 12.0 版本进行的仿真操作，设计的原理图如图 2.1 示。
图 2.1 连续可调 3—9V 直流稳压电源
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2.2.2 输出电压的仿真调试
电位器 RP1 滑到最小时，Uo=2.525V，仿真图如图 2.2 示。
为得到额定的输出电流，设计中在 LM317 上安装散热片进行散热。在 multisim 中采
用的是 LM317H。由于滤波电路中采用了大容量的有极性电容，而大容量电解电容有
一定的绕制电感分布电感，易引起自激振荡，形成高频干扰，所以稳压器的输入、
输出端并入瓷介质小容量电容用来抵消电感效应，抑制高频干扰。稳压部分的电容
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波后的电流经过稳压器后就可以得到所需要的直流电供给负载了。
2 可调直流稳压电源的仿真分析
2.1 直流稳压电源的参数选择
（1）采用 LM317 可调式三端稳压器构成稳压电源
设计方案要求输出电压可调，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。可调三端稳压器 LM317，其特性
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图 1.3 单相桥式整流电路波形
整流之后的电流中还含有较多的交流成分。通过滤波电路可滤除整流电路输出 电压中的交流成分，使电压波形变得平滑。常见的滤波电路有电容滤波、电感滤波 和复式滤波等。
在整流电路的输出端，即负载电阻 RL 两端并联一个电容量较大的电解电容 C，则 构成了电容滤波电路，如图 1.4 所示电路，由于滤波电容与负载并联，也称为并联 滤波电路。
选择为 LM317 输入端电容 C=0.01UF，输出端电容 CO=220UF，调整端电容 C3=10UF。
保护用二极管为 IN4007，其反向Leabharlann Baidu穿电为：
UBR＝1000V 错误!未找到引用源。17V
最大整流电流：
IF＝1A＞0.8A
（2）选用电源变压器
根据变压器的次级输出功率 P2 来选用变压器，LM317 的输入电压 Ui 的范围为：
② 降压后的交流电压，通过整流电路变成单向直流电，但其幅度变化大； ③ 脉动大的直流电压须经过滤波电路变成平滑，脉动小的直流电，即将交流 成份滤掉，保留其直流成份； ④ 滤波后的直流电压，再通过稳压电路稳压，便可得到基本不受外界影响的 稳定直流电压输出，供给负载。
1.3.2 直流稳压电源的基本原理
＋ 电源
1.3.3 直流稳压电源的工作原理
交流电网 220V 的电压经过变压器降压之后，通过整流、滤波、稳压之后才可以
送到负载，设变压器副边电压为错误!未找到引用源。：
错误!未找到引用源。
1.1
其中错误!未找到引用源。为有效值。
变压之后，利用单向导电元件二极管，把 50Hz 的正弦交流电变换成脉动的直流
电。在错误!未找到引用源。的正半周内，二极管 D1、D2 导通，D3、D4 截止；错误!
（2）保护二极管 IN4007 芯片处的两只二极管 IN4007 起保护作用，为稳压器接反时与逆偏置保护用二极
管。 （3）散热装置 设计中采用了散热片，用于保护芯片且为得到额定输出电流。
4 直流稳压电源的设计结论及误差分析、教学建议
4.1 直流稳压电源的设计结论及使用说明 4.1.1 直流稳压电源的设计结论
经过变压器降压后获得 18V 的输出电压，实现后续电路正常的工作。 （2）保险丝
设计中选用的是允许通过的最大电流为 1A 的保险丝，其作用是保护电路中的元 器件，以防电路中出现电流过大而烧坏器件。
3.1.2 整流滤波电路
设计采用的是单相桥式整流电路，选用的是由四只整流二极管接成电桥形式。 其作用是把降压后的交流电变换成直流电。
图 2.2 直流稳压电源最小输出电压
电位器滑到 0%时，Uo=15.216V，仿真图如图 2.3 示。
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图 2.3 直流稳压电源 15V 电压输出电路
最大输出电压可达到 15.216V，设计符合要求，输出电压连续可调。
3.1 直流稳压电源硬件系统各模块功能简要介绍 3.1.1 变压电路
（1）变压器 设计方案中采用输出电压 18V，功率 30W 的变压器。其作用是把 220V 的交流电
显然，放电时间常数 RLC 越大、输出电压越平滑。若负载开路（RL=∞），电容 无放电回路，输出电压将保持为错误!未找到引用源。的峰值不变。
滤波之后的电流还是很不稳定的，直流电压 Ui 受电网电压的波动和负载电流变 化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。