可调的直流稳压电源电路设计

可调的直流稳压电源电路设计 课题名称 直流稳压电源 所在院系 班 级 学 号 姓 名 指导老师 时 间 2

目录

一、摘 要………………………………………………3 二、设计要求…………………………………………3 三、元件及其介绍 ……………………………………4 四、设计原理及参数计算……………………………4 (1)电源变压器 …………………………………4 (2)整流电路……………………………………5 (3)滤波电路……………………………………5 五、直流稳压电源的工作原理………………………6 六、可调式三端稳压器的引脚图及其典型应用电路6 (1)设计电路图……………………………………6 (2)仿真……………………………………………7 七、设计结论心得体会………………………………8 八、附表附录…………………………………………9 3

摘 要 电源是电子设备中的一个重要组成部分, 其性能的优劣直接影响着设备的工作质量, 随着技术的不断革新, 电源技术发生了巨大变化。 随着科技的发展，直流稳压电源的工作频率有原来的几十千赫发展到现在的几百千，但是和西方的发达国家还是有一定的差距；以美国为首的几个发达国家在这方面的研究已经转向高频下电源的拓扑理论、工作原理、建模分析等等方面技术领先；因此，直流稳压电源的研制及应用在此方面与之也从在很大的差距。 本次设计的题目为串联型连续可调直流稳压负电源：先是家用电源经过变压器得到一个大约（15~30V）的电压U1，然后U1经过一个桥堆进行整流，再采用可调阻值的滑动变阻器进行分压，在桥堆的输出端加一电容C进行滤波，滤波后再通过LM317（具体参数参照手册）输出一个负电压，在LM317的输出端加一个电阻R1，调整端加一个电位器RW，这样输出的电压就可以在某一范围内可调。因为电源的设计中要求输出电流可以扩展，在LM317的输出端加一个晶体管。这样输出的电压就可以在0~9.9V范围内可调。 经过一系列的分析、准备、设计、调试…除了在布局和无焊接方面之外，设计的电路基本符合设计要求。 关键词: 开关电源; 稳压电源;可调 直流稳压电源

设计要求 输入（AC）：U=220V，f=50HZ； 输出直流电压0~9.9v 输出电流Imax=100mA;(有电流扩展功能)

负载电流mAI800 具有过流保护功能。

系统框图 4

元件及其介绍 [1] 变压器：型号TS POWER 10 TO 1 变压器的最基本型式，包括两组绕有导线之线圈，并且彼此以电感方式称合一起。当一交流电 (具有某一已知频率)流于其中之一组线圈时，于另一组线圈中将感应出具有相同频率之交流电压，而感应的电压大小取决于两线圈耦合及磁交链之程度。 一般指连接交流电源的线圈称之为「一次线圈」;而跨于此线圈的电压称之为「一次电压.」。在二次线圈的感应电压可能大于或小于一次电压，是由一次线圈与二次线圈间的「匝数比」所决定的。因此，变压器区分为升压与降压变压器两种。 在此次实验中我们采用降压变压器，目的是将220V交流电降到我们所需的的范围。 [2] 三端稳压器： 型号LM317 三端稳压器，主要有两种，一种输出电压是固定的，称为固定输出三端稳压器，另一种输出电压是可调的，称为可调输出三端稳压器，其基本原理相同，均采用串联型稳压电路。在线性集成稳压器中，由于三端稳压器只有三个引出端子，具有外接元件少，使用方便，性能稳定，价格低廉等优点，因而得到广泛应用。因为在实验中，我们要产生电压在0~9.9V，故选择型号为型号LM317K的三端稳压器. LM317：可调三端式集成稳压器，输出电压为1.2～37v，输出电流1.5a；最大输出压差40v，最小为3v，现要求5～12v，则输入电压为15v≤≤45v [3] 电容： 1个0.01uF 1个1uF 1个10uF 其中470uF的电容是滤波电容，所以其值要较大。0.1uF和1uF的电容都是用于抵消长线传输而引起的电感，其容量一般在1uF以下。 [14 电阻： 1个200Ω 1个3kΩ。 根据设计要要求可计算出各个电阻的值。

设计原理及参数计算 直流稳压电源是一种将220V工频交流电转换成稳压输出的直流电压的装置，它需要经过变压、整流、滤波、稳压四个环节才能完成。 四个环节的工作原理如下： (1)电源变压器：是降压变压器，它将电网220V交流电压变换成符合需要的交流电压，并送给整流电路，变压器的变比由变压器的副边电压确定。 (2)整流电路： （1）整流电路的结构原理 整流电路的功能是把交流电变换成直流电，它的基本原理是利用了晶体二极管的单向导电特性。桥式整流电路及信号的输入、输出波形如下图。输出直流电压为： 5

图2 图2桥式整流电路及输出波形 （2）主要元件选取与参娄计算 桥式整流电路主要参数计算公式：

(3)滤波电路 （1）滤波电路的形式 虽然整流电路的输出电压包含一定的直流成分，但脉动较大，须经过滤波才能得到较平滑的直流电压。 常用滤波器有C型、p 型、G 型。本任务只研究C型与（RC） p型滤波器。图为桥式整流C型滤波电路及其输出电压的波形。

桥式整流C型滤波电路及其输出电压的波形 滤波电路的输出电压与滤波电容有关，一般取：UO =（0.9 ~ 1.4）Ui （2）滤波电容的选取 为了获得较好的滤波效果，应使滤波电容满足RLC=(3～5)T/2的条件。此时UO≈1.2U2。由于滤波电路的最小输出电压为15V，负载额定电流为300mA，所以RL=15/0.3A=50Ω。 取C1=4×T/2RL=(4×0.02s)/(2×50Ω)=800uF，取标称值C=1000 uF。 （4）稳压电路 采样电路由电阻R2、R3、电位器R4组成，R4滑动端的点位变化反应输出电压U0的变化量，并将这种变化输入到放大电路的反相输入端。放大电路的同相输入端接稳压管的稳定电压Uz,提供基准电压，基本不变。取样电压U2与Uz比较放大，放大电路的输出电压与U2同相。当UI升高或Io减小而导致输出电压Uo升高，则U2升高，从而使放大电路的输出电位（即调整管的基极电位）降低；输出电压Uo必将随之减小，而调整管的管压降必将随之增大，使Uo必将随之减小，而调整管的管压降必将随之增大，使Uo保持基本不变。

UUttdUUo9.022)(sin210



6 直流稳压电源的工作原理

直流稳压电源一般由变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路组成，其工作原理图如图。

图 直流稳压电源个部分的功能 （1）变压器用于把220V的交流电转换成整流电路所需要的电压U2。 （2）整流电路把交流电U2转变为脉动的直流电。 （3）滤波电路的作用是将脉动直流电压变为脉动较小的直流电Uf。 （4）稳压电路的作用是将比稳定的直流电转换成稳定的直流电压。

可调式三端稳压器的引脚图及其典型应用电路 设计电路图 在图 (a)中,R1与Rw组成输出电压 调节电路， 3 LW317 2 输出电压Uo≈1.25 (1 + Rw / R1 )，R1的值为 LW317 R1 D5 1 1 120 ~ 240Ω，流经R1的泄放电流为5 ~ 10mA。1 2 3 UI C1 Co Uo

Rw为精密可调电位器。电容1C可以进一步消 除纹波，电容C1与Co 还能起到相位补偿作用， （a） LW317系列引脚图及应用电路

以防止电路产生自激振荡。电容C2与Rw并联 其中：C1= 0.01μF，C2 =10μF，CO =1μF，

组成滤波电 路，电位器Rw两端的纹波电压通 R1 =200Ω，RW =3kΩ，D5用IN4001 过电容C2旁路掉，以减小输出电压中的纹波。 二极管D5的作用是防止输出端与地短路时， 因电容C2上的电压太大而损坏稳压器。

T 工频交流脉动直流 直流整流滤波稳

压负

载7

仿真实验

最大值

最小值 8

设计结论 在接入输入信号好，用万用表测量输出敌压数值其结果如下： 输入电压U=220V f=50Hz 固定队输出电压 U1=15~30V 可调多输出电压 Uo=583.59mV~9.151V 在此次设计任务中虽然实验结果与理想结果有一定的误差，但是还是满足设计任务。在现实生活中，精准的直流电源不可能这么简单，要是实现更加接近理想的情况这需要更多的器件，通过复杂的电路来实现。

心得体会 我认为，在这学期的实验中，不仅培养了独立思考、动手操作的能力，在各种其它能力上也都有了提高。更重要的是，在实验上，我们学会了很多学习的方法。而这是日后最实用的，真的是受益匪浅。要面对社会的挑战，只有不断的学习、实践，再学习、再实践。这对于我们的将来也有很大的帮助。以后，不管有多苦，我想我们都能变苦为乐，找寻有趣的事情，发现其中珍贵的事情。就像中国提倡的艰苦奋斗一样，我们都可以在实验结束之后变的更加成熟，会面对需要面对的事情。 回顾起此课程设计，至今我仍感慨颇多，从理论到实践，在这段日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，但可喜的是最终都得到了解决。 实验过程中，也对团队精神的进行了考察，让我们在合作起来更加默契，在成功后一起体会喜悦的心情。果然是团结就是力量，只有互相之间默契融洽的配合才能换来最终完美的结果。此次设计也让我明白了思路即出路，有什么不懂不明白的地方要及时请教或上网查询，只要认真钻研，动脑思考，动手实践，就没有弄不懂的知识，收获颇丰。