简易直流稳压电源课程设计

本文设计的是输出3—12V连续可调的直流稳压电源，最大输出电流为200mA，而多数直流稳压电源都是利用电网的交流电经过变压、整流、滤波和稳压环节而获得。所以采用LM317集成器件。集成稳压器具有体积小，外接线路简单、使用方便、工作可靠和通用性等优点，因此在各种电子设备中应用十分普遍。集成稳压器的种类很多，应根据设备对直流电源的要求来进行选择。对于大多数电子仪器、设备和电子电路来说，通常是选用串联线性集成稳压器。而在这种类型的器件中，又以三端式稳压器应用最为广泛。
七、参考文献
秦曾煌.电工学[M].7版.北京:等教育出版社，2009
贾更新.电子技术实验与课程设计.[M]西安:西北工业大学出版社.2010
——最小输出电压；
——稳压器的最小输入电压差；
——稳压器的最大输入电压差；
已知：U0min=3V，U0max=12V
Ui-U0max≥（Ui-U0）minUi-U0min≤（Ui-U0）max
即:Uomax+(Ui-Uo)max≤Ui≤Uomin+(Ui-Uo)max
其中:（Ui-U0）min=3V（Ui-U0）max=40V
这次实验过程中我受益匪浅，培养了我的设计思维，增加了动手操作的能力。最重要的是我明白了自学的重要性。我深深地意识到了我必须提高我的自学能力。此外，我还体会到，我们书本上所学的知识和实际的东西相差甚远，我们所不懂的知识还有很多，因此今后我们要更加注重实际方面的锻炼和运用。在解决问题的过程无疑也是对自己自身专业素质的一种提高与肯定。此次设计不仅增强了自己在专业设计方面的信心，鼓舞了自己，更是一次兴趣的培养。这是一次难得的实践！
这周的课程设计是以自己动手动脑，它将基本技能训练，基本工艺知识和创新启蒙有机结合，培养我们的实践能力和创新精神。作为大学生，仅会书本理论是不够的，基本的动手能力是一切工作和创造的基础和必要条件。
通过这次课程设计，我发现了以往学习中的许多不足，我更加深深地体会到了自学和动手能力的重要性。比如我们在画电路图时，只好用Word来绘制电路图，使用也比较麻烦，主要是没有学过绘制电路图软件。
方案二：根据要求电压从3V起实现连续可调，因此要在基准电压处设计辅助电源，用于控制输出电压能够从3V开始调节。再之单纯的串联式直流稳压电源电路很简单，但增加辅助电源后，电路比较复杂，由于都采用分立元件，电路的可靠性难以保证。
方案三：采用单片机实现功能电源稳定性好、精度高，性能优于传统的可调直流稳压电源，但是电路比较复杂，成本较高，使用于要求较高的场合。在实际中，如果对电路的要求不太高(这种情况较多)，多不考虑该种方案。
计算得到15V≤Ui≤43V，稳压器的压差不用过大，因此选择Ui=15V。则变压器副电压U≥Ui/1.2=12.5V取U=13V。变压器上的绕组的压降等因素，变压器二次侧电压大约要高出10％(满足稳压系数Sr<10%)，
即13*(1+0.1)=14.3V，故取15V。
稳压器输入输出电流基本保持不变Io≤200mA,按输出电流较大时的情况考虑，则变压器副电流有效值I=200*(1+0.1)=220mA。(考虑到稳压部分电路要消耗一些电流，大概为十几毫安，变压器副边电流实际上应稍大于220mA。)
大学中很多东西都是要靠自己去学的，我们应该抽时间好好的学习那些对我来说很有用的软件。比如CAD、Photoshop 等，对子自己学的这个专业是相当重要的。自学是我们学习，学习好一门课、一门专业重要的一种能力。一个拥有很强自学能力的人，他在某种程度上可以比那些自学能力相对弱的人更容易成功。因为一个自学能力强的人，可以很快地掌握一项从来没有接触过的技术，适应环境的能力强。相信以后我会以更加积极地态度对待我的学习、对待我的生活。我的激情永远不会结束，相反，我会更加努力，努力的去弥补自己的缺点，发展自己的优点，去充实自己，只有在了解了自己的长短之后，我们会更加珍惜拥有的，更加努力的去完善它，增进它。只有不断的测试自己，挑战自己，才能拥有更多的成功和快乐快乐至上，享受过程，而不是结果！认真对待每一个实验，珍惜每一分一秒，学到最多的知识和方法，锻炼自己的能力，这个是我在课程设计中学到的最重要的东西，也是以后都将受益匪浅的！
三、
1、总体设计思路
直流稳压电源一般由整流变压器、整流电路、滤波电路以及稳压环节组成。
（1）选用合适的电源变压器将电源电压变换为符合整流所需要的电压；
（2）降压后的交流电压通过整流电路变换为单向脉动电压，其整流元件(如二极管，晶闸管)所以能整流，是因为它们都具有单向导电的共同特性；
（3）整流后的电压再经过滤波器减小其脉动程度以符合负载的需要；
（4）将滤波后的直流电压通过稳压电路以得到稳定的直流输出电压。其作用是是在交流电源电压波动或负载变动时，使直流输出电压稳定。
2、设计方案
方案一：有固定式三端稳压器构成
该方案由固定式三端稳压器（7805、7905）组成的直流稳压电源与串联式直流电源的工作原理基本相同，集成稳压器有三个端子：输入、输出、公共端。输入端接整流电路，输出端接负载；公共端接输入输出公共连接点。为使它工作稳定须在输入输出端之间并接一个电容，以解决输入端因较长接线的电感效应所产生的自激振荡和输出瞬态响应的问题。选用该种集成稳压器具有安全可靠、接线简单、维护方便等优点。但是为了符合设计要求，必须要将固定式三端稳压器（7805,7905）结合运算放大器才能改造成输出电压可调的电路。
D1和D2分别是为了防止输入短路和输出短路时电容器放电使得LM317损坏，查表得IN4001的最大反向工作电压为50V，最大整流电流1A，满足电路的需要。
因此D4、D6均选择IN4001。
另外C2=0.33μF C3=10μF C4=1μF。
六、收获与体会
我们用一周的时间设计一个可调直流稳压电源，这是我们第一次做课程设计，所以过程中难免从许多困难，结果会存在不足和纰漏。我们在设计之前，根据老师提前的讲解，参考了许多相关的资料，在设计中又参考了课本上给出的相关原理图，开始时我还不太明白电路是如何连接的，并且对其原理也不够了解，但通过对所学知识更深入的学习和老师的答疑讲解和帮助，明白其中的原理，理解了许多东西。一路走来，我收获了知识，收获了希望和努力后的成果。
方案三：采用A/D和D/A设计（通过查资料获知）
此方案控制部分采用单片机，原理框如下图所示。A/D转换之后经过功率放大得到输出电压。然后再经过单片机编程，一定程度上增加系统的灵活性。该电源稳定好、精度高、波纹小、效率和密度比较高、可靠性也不错且能够输出可调的直流电压，其性能优于传统的可调直流稳压电源。
方案四：三端可调稳压电源设计
该方案由LM317可调式三端稳压器电源能够连续输出可调的直流电压，它能连续可调的正电压，稳压器内部含有过流,过热保护电路；由一个电阻(R)和一个可变电位器(RP)组成电压输出调节电路,同时为了达到设计要求，即输出从3V，我们需要在可变电位器之前加上一个定值电阻R1,以使输出电压能从3V开始。由基尔霍夫电压定律可得V0=1.25[1+(R1+RP)/R]。
在电压u的负半周时，变压器二次侧则是上负下正D1和D3截止D2和D4导通。电流i2的通路是b D2Rwk.baidu.comD4a同样在负载电阻上得到一个半波电压。整流后的电压电流的波形如图所示
②相应参数计算以及二极管选用
因为变压器的副边电压U=15V，所以桥式整流电路中的二极管承受的最高反向电压为： I0max=200mA，桥式整流电路中二极管承受的最高平均电流为：Id=I0/2=100mA，查教材《电工学·下-电子技术》附录B：常用半导体分立器件的型号和参数，选用型号为2CZ55B二极管，其参数为：反向击穿电压URWM=50V，最大整流电流IOM=1A≥I0max，满足电路要求。
一、技术要求
主要技术指标和要求：
（1）输出直流电压U0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。(选做)
二、
电源是各种电子、电气设备工作的动力，是自动化不可或缺的组成部分。在工农业生产中主要采用交流电，而在电子线路和自动化控制中还需要稳定的直流电。为了得到直流电除了直流发电机外多采用直流稳压电源，目前广泛采用各种半导体直流电源。
u0i0
整流后的波形如右图所示：u0
i1i2i1i2
wt
整流后的波形
3、滤波电路
Ui=15V,Iimax=200mA
可得RL=15/0.2=75Ω
又RL*C≥（3—5）T/2，T=0.02S；
电容C=（5*T）/（2RL）=667μF。
选取电容常用值C=1000μF。
4、稳压电路
根据内部电路设计，流过R1的电流I=5mA，R1=UR/I=3/0.005=600Ω，考虑器件参数的分散性，实际I可能大于5mA，因此R1值应小于600Ω。所以R1=590Ω。
五、单元电路设计
1、整流变压电路
①功能作用以及原理图：电源变压器是将来自电网的220V交流电压变换为符合整流所需要的电压。
②变压器参数计算以及选取：设LM317输入电压为Ui则
集成稳压器的输出电压 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 ，稳压器的输入电压范围为：
式中， ——最大输出电压；
四、
1、原理框图
下图为直流稳压电源设计方案的原理框图，它表示把交流电变换为直流电的过程。包括变压电路、整流电路、滤波电路和稳压电路。
2、总体电路图
3、说明
如电路图所示，在输入端加上220V交流电压经过变压器变压之后得到合适的电压；将降压后的交流电压通过整流电路变换为单向脉动电压。其中的整流元件（晶体二极管）；整流后的单向脉动电压经滤波后减小了电压的脉动程度，逐渐达到负载的需要；经过滤波后的电压最后再由稳压电路稳压之后将会输出直流电U0。而稳压环节是该方案的核心部分，根据要求输出电压从3V起可变输出，而我们在稳压部分选用的LM317输出的基准电压为1.25V，同时结合分压电阻R1和可调电位器RP，实现电压从3V起可连续输出的功能。
这样，计算出变压器副边输出功率P2=UI=15*0.22=3.3W，取为4mA。通过查取参考资料，由下表：
副边功率P2/VA
<10
10～30
30～80
80～200
效率η
0.6
0.7
0.8
0.85
得出变压器原边输入功率P1≥P2/η=6.7W，故选用规格为 20V/10W的变压器是比较合适的。
2、整流电路
方案四：采用可调三端集成稳压电路，该稳压器的基准电压为1.25V，通过R1的分压调节电位器RP可实现电压从3V起连续可调。所用元件较少，结构简单，成本较低，组装方便且可靠性较高，此外，它的线性调整率和负载调整率也比标准的固定稳压器好，它能够很好的满足实际中大多数情况下的要求。综合各方案分析显然最后一种方案较为合理。
方案二：晶体管串联式直流稳压电路
晶体管串联式直流稳压电路。电路框图如下图所示，该电路中，输出电压U0经取样电路取样后得到取样电压，取样电压与基准电压进行比较得到误差电压，该误差电压对调整管的工作状态进行调整，从而使输出电压发生变化，该变化与由于供电电压U1发生变化引起的输出电压的变化正好相反，从而保证输出电压U0为恒定值(稳压值)。因输出电压要求从3V起实现连续可调，因此要在基准电压处设计辅助电源，用于控制输出电压能够从3V开始调节。
3、各种方案论证分析及选择
方案一：采用三端固定稳压电源，因为运算放大器对输出电流有一定的限制，通常情况下难以满足输出最大电流为200mA的要求，因此对运算放大器的选择有一定的限制。同时又因为7805、7905固定输出5V电压，并经过运放和分压电阻调整后达到输出端，由基尔霍夫电压定律可得U0=(1+R2/R1)U05，后通过计算发现，使用固定集成稳压器78xx,79xx系列无法达到设计输出起步为3V的要求(其最低输出电压为5V)，因此，该方案不可取。
①功能作用以及原理图：
在整流部分我们选用单相桥式整流a
电路，其电路图如图所示。我们+D1
先来分析该环节的工作情况。D4
在变压器二次侧电压u的正半周时~u RL
即a点电位高于b点电位，二极管D1和D3
D3导通，D2和D4截止，电流i1的通路-D2
是a D1RLD3b。这时，b
负载电阻RL上得到一个半波电压。单相桥式整流电路