可調(diào)直流穩(wěn)壓電源(課程設(shè)計(jì))

1、 可調(diào)直流穩(wěn)壓電源摘要：隨著科技的發(fā)展，電氣、電子設(shè)備已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于日常、科研、學(xué)習(xí)等各個(gè)方面。電源作為電氣、電子設(shè)備必不可少的能源供應(yīng)部件，需求日益增加，而且對電源的功能、穩(wěn)定性等各項(xiàng)指標(biāo)也提出了更高的要求。對電源的研究和開發(fā)已經(jīng)成為新技術(shù)、新設(shè)備開發(fā)的重要環(huán)節(jié)，在推動科技發(fā)展中起著重要作用。本設(shè)計(jì)主要用串聯(lián)型穩(wěn)壓電路設(shè)計(jì)直流穩(wěn)壓電源，通過相關(guān)知識計(jì)算出各電路中各個(gè)器件的參數(shù)，使電路性能達(dá)到設(shè)計(jì)要求中的電壓調(diào)整率，電流調(diào)整率，負(fù)載調(diào)整率，紋波電壓等各項(xiàng)指標(biāo)。關(guān)鍵詞： 變壓器，整流電路，濾波電路，穩(wěn)壓電路（LM317、LM337）可調(diào)的直流穩(wěn)壓電源電路設(shè)計(jì)目錄 摘要1緒論2一設(shè)計(jì)目的3二設(shè)計(jì)

2、任務(wù)及要求3三直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)思路3四設(shè)計(jì)原理4五電路相關(guān)元件及電路指標(biāo)簡介5六電路原件選擇11七在Proteus中設(shè)計(jì)的電路圖及其仿真圖14八組合硬件電路的調(diào)試及改進(jìn)16九設(shè)計(jì)心得體會18十參考文獻(xiàn)20緒論電源技術(shù)是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的工程技術(shù)，服務(wù)于各行各業(yè)。當(dāng)今電源技術(shù)融合了電氣、電子、系統(tǒng)集成、控制理論、材料等諸多學(xué)科領(lǐng)域。隨著計(jì)算機(jī)和通訊技術(shù)發(fā)展而來的現(xiàn)代信息技術(shù)革命，給電力電子技術(shù)提供了廣闊的發(fā)展前景，同時(shí)也給電源提出了更高的要求。隨著數(shù)控電源在電子裝置中的普遍使用，普通電源在工作時(shí)產(chǎn)生的誤差，會影響整個(gè)系統(tǒng)的精確度。電源在使用時(shí)會造成很多不良后果，世界各國紛紛對電源產(chǎn)品提出了不同要求

3、并制定了一系列的產(chǎn)品精度標(biāo)準(zhǔn)。只有滿足產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，才能夠進(jìn)入市場。隨著經(jīng)濟(jì)全球化的發(fā)展，滿足國際標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品才能獲得進(jìn)出的通行證。電源可分為交流電源和直流電源，它是任何電子設(shè)備都不可缺少的組成部分。交流電源一般為220V、50Hz電源，但許多家用電器設(shè)備的內(nèi)部電路都要采用直流電源作為供電能源，如收音機(jī)、電視機(jī)、帶微處理器控制的家電設(shè)備等都離不開這種電源。直流電源又分為兩類：一類是能直接供給直流電流或電壓的，如電池、蓄電池、太陽能電池、硅光電池、生物電池等，本文不做具體介紹；另一類是將交流電變換成所需的穩(wěn)定的直流電流或電壓的，這類變換電路統(tǒng)稱為直流穩(wěn)壓電源?，F(xiàn)在所使用的大多數(shù)電子設(shè)備中，幾乎都必須用

4、到直流穩(wěn)壓電源來使其正常工作，而最常用的是能將交流電網(wǎng)電壓轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定直流電壓的直流電源，可見直流穩(wěn)壓電源在電子設(shè)備中起著主要作用，為設(shè)備能夠穩(wěn)定工作提供保證。220V、50HZ的單向交流電源經(jīng)電源變壓器降壓后，再經(jīng)過整流濾波可獲得低電壓小功率直流電源。然而，由于電網(wǎng)電壓可以有10%變化。為此必須將整流濾波后的直流電壓由穩(wěn)壓電路穩(wěn)定后再提供給負(fù)載，使負(fù)載上直流電源電壓受上述因素的影響程度達(dá)到最小。直流電源電壓系統(tǒng)一般由四部分組成，它們分別是電源變壓器、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路。一、設(shè)計(jì)目的1、學(xué)習(xí)基本理論在實(shí)踐中綜合運(yùn)用的初步經(jīng)驗(yàn)，掌握模擬電路設(shè)計(jì)的基本方法、設(shè)計(jì)步驟，培養(yǎng)綜合設(shè)計(jì)與調(diào)試能力

5、。2、學(xué)會直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)方法和性能指標(biāo)測試方法。3、培養(yǎng)實(shí)踐技能，提高分析和解決實(shí)際問題的能力。二、設(shè)計(jì)任務(wù)及要求1.兩路輸出電壓為Vo1=510（v），Vo2=-5-10（v） 2.兩路輸出的最大負(fù)載能為Io1=Io2=1A 3.電源內(nèi)阻Ro1=Ro210 4.電壓穩(wěn)定系數(shù)Sv1=Sv2=0.5% 5.輸出紋波Vo3mv三直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)思路（1）電網(wǎng)供電電壓交流220V(有效值)50Hz，要獲得低壓直流輸出，首先必須采用電源變壓器將電網(wǎng)電壓降低獲得所需要交流電壓。（2）降壓后的交流電壓，通過整流電路變成單向直流電，但其幅度變化大（即脈動大）。（3）脈動大的直流電壓須經(jīng)過濾波電路變成平滑

6、，脈動小的直流電，即將交流成份濾掉，保留其直流成份。（4）濾波后的直流電壓，再通過穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓，便可得到基本不受外界影響的穩(wěn)定直流電壓輸出，供給電壓表。四、設(shè)計(jì)原理 1.直流穩(wěn)壓電源的基本原理直流穩(wěn)壓電源是一種將220V工頻交流電轉(zhuǎn)換成穩(wěn)壓輸出的直流電的裝置，它需要變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓四個(gè)環(huán)節(jié)才能完成。一般由電源變壓器、整流濾波電路及穩(wěn)壓電路所組成，基本框圖如下：其中， (1)電源變壓器：是降壓變壓器，它的作用是將220V的交流電壓變換成整流濾波電路所需要的交流電壓Ui。變壓器的變比由變壓器的副邊按確定，變壓器副邊與原邊的功率比為P2/P1=n，式中n是變壓器的效率。(2)整流電路：利用單向

7、導(dǎo)電元件，將50HZ的正弦交流電變換成脈動的直流電。(3)濾波電路：可以將整流電路輸出電壓中的交流成分大部分濾除。濾波電路濾除較大的波紋成分，輸出波紋較小的直流電壓U1。常用的整流濾波電路有全波整流濾波、橋式整流濾波等。 (4)穩(wěn)壓電路:穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路其工作原理是利用穩(wěn)壓管兩端的電壓稍有變化，會引起其電流有較大變化這一特點(diǎn)，通過調(diào)節(jié)與穩(wěn)壓管串聯(lián)的限流電阻上的壓降來達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的。在本次課程設(shè)計(jì)中我準(zhǔn)備采用串聯(lián)型穩(wěn)壓電路，集成穩(wěn)壓器選用LM317與LM337，電源變壓器選用雙1525。由于輸入電壓u1發(fā)生波動、負(fù)載和溫度發(fā)生變化時(shí)，濾波電路輸出的直流電壓UI會隨著變化。因此，為了維持輸出

8、電壓UI穩(wěn)定不變，還需加一級穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓電路的作用是當(dāng)外界因素（電網(wǎng)電壓、負(fù)載、環(huán)境溫度）發(fā)生變化時(shí)，能使輸出直流電壓不受影響，而維持穩(wěn)定的輸出。穩(wěn)壓電路一般采用集成穩(wěn)壓器和一些外圍元件所組成。采用集成穩(wěn)壓器設(shè)計(jì)的穩(wěn)壓電源具有性能穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點(diǎn)。集成穩(wěn)壓器的類型很多，在小功率穩(wěn)壓電源中，普遍使用的是三端穩(wěn)壓器。按輸出電壓類型可分為固定式和可調(diào)式，此外又可分為正電壓輸出或負(fù)電壓輸出兩種類型。本課程設(shè)計(jì)中采用三端可調(diào)穩(wěn)壓器LM317與LM337。 五、 電路相關(guān)元件及電路指標(biāo)簡介1、LM317與LM337集成穩(wěn)壓器的特性簡介LM317可調(diào)式三端穩(wěn)壓器電源能夠連續(xù)輸出可調(diào)的直流電壓. 不過它

9、只能連續(xù)可調(diào)的正電壓,穩(wěn)壓器內(nèi)部含有過流,過熱保護(hù)電路;由一個(gè)電阻(R)和一個(gè)可變電位器(RP)組成電壓輸出調(diào)節(jié)電路,輸出電壓為:Vo=1.25(1+RP/R).由此可見此穩(wěn)壓器的性能和穩(wěn)壓穩(wěn)定都比上一個(gè)三端穩(wěn)壓電源要好,所以此此方案可選,此電源就選用了LM317三端穩(wěn)壓電源.三端可調(diào)穩(wěn)壓器的輸出電壓可調(diào)，穩(wěn)壓精度高，輸出波紋小。其一般的輸出電壓為1.2535V或-1.25-35V。比較典型的產(chǎn)品有LM317和LM337等。其中LM317的輸出電壓范圍是1.2V至37V，LM337的輸出電壓范圍是-1.2V至-37V，負(fù)載電流最大為1.5A。它的使用非常簡單，僅需兩個(gè)外接電阻來設(shè)置輸出電壓。此

10、外它的線性調(diào)整率和負(fù)載調(diào)整率也比標(biāo)準(zhǔn)的固定穩(wěn)壓器好。LM317/LM337內(nèi)置有過載保護(hù)、安全區(qū)保護(hù)等多種保護(hù)電路。特性簡介 可調(diào)整輸出電壓低到1.2V。 保證1.5A輸出電流。 典型線性調(diào)整率0.01%。 典型負(fù)載調(diào)整率0.1%。 80dB紋波抑制比。 輸出短路保護(hù)。 過流、過熱保護(hù)。 調(diào)整管安全工作區(qū)保護(hù)。 標(biāo)準(zhǔn)三端晶體管封裝。電壓范圍 輸入輸出最小壓差降為0.2V LM317/LM3371.25V至37V連續(xù)可調(diào)。LM317與LM337集成穩(wěn)壓器的特性滿足設(shè)計(jì)要求的輸出電壓Vo：1.25 - 12V連續(xù)可調(diào)。封裝形式 TO-220塑料封裝，TO-3鋁殼封裝，TO-202塑料封裝，TO-3

11、9金屬封裝圖3 TO-220塑料封裝圖圖4 TO-3鋁殼封裝圖圖5 TO-39金屬封裝圖 圖6是三端可調(diào)輸出集成穩(wěn)壓器的一般應(yīng)用電路。電路中的R1、R2組成可調(diào)輸出的電阻網(wǎng)絡(luò)。為了能使電路中的偏置電流和調(diào)整管的漏電流被吸收，所以設(shè)定R1為120240歐姆。通過R1瀉放的電流為510mA。輸入電容器C1用于抑制紋波電壓，輸出電容器C2用于消震，緩沖沖擊性負(fù)載，保證電路工作穩(wěn)定。由于加外接保護(hù)電路C2的存在，容易發(fā)生電容器發(fā)電而損壞穩(wěn)壓器。若有外接保護(hù)二極管D2，電容器C2放電時(shí)，D1導(dǎo)通鉗位，使穩(wěn)壓器得到保護(hù)。D1是為了防止調(diào)節(jié)端旁路電容器C3放電時(shí)而損壞穩(wěn)壓器的保護(hù)二極管。旁路電容器C3也是為

12、了抑制波紋電壓而設(shè)置的。當(dāng)C3為10uF時(shí)，能提高紋波抑制比15dB。LM317圖6 LM317應(yīng)用電路圖LM337圖7 LM337應(yīng)用電路圖 1，2腳之間為1.25V電壓基準(zhǔn)。為保證穩(wěn)壓器的輸出性能，R1應(yīng)小于240歐姆。改變R2阻值即可調(diào)整穩(wěn)壓電壓值。D1，D2用于保護(hù)LM317/337。這類穩(wěn)壓器是依靠外接電阻來調(diào)節(jié)輸出電壓的,為保證輸出電壓的精度和穩(wěn)定性，要選擇精度高的電阻,同時(shí)電阻要緊靠穩(wěn)壓器，防止輸出電流在連線上產(chǎn)生誤差電壓。三端可調(diào)式穩(wěn)壓器的典型應(yīng)用電路的輸出電壓為:LM317的VREF=1.2V，Iadj=50mA，由于IadjI1，所以2、 穩(wěn)壓電源的技術(shù)指標(biāo)穩(wěn)壓電源的技術(shù)指

13、標(biāo)可以分為兩大類：一類是特性指標(biāo)，如輸出電壓、輸出電濾及電壓調(diào)節(jié)范圍；另一類是質(zhì)量指標(biāo)，反映一個(gè)穩(wěn)壓電源的優(yōu)劣，包括穩(wěn)定度、等效內(nèi)阻（輸出電阻）、紋波電壓及溫度系數(shù)等。3、 串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的主要特點(diǎn)1穩(wěn)定性好 當(dāng)輸入電壓Usr （整流、濾波的輸出電壓）在規(guī)定范圍內(nèi)變動時(shí)，輸出電壓Usc 的變化應(yīng)該很小一般要求 。由于輸入電壓變化而引起輸出電壓變化的程度，稱為穩(wěn)定度指標(biāo)，常用穩(wěn)壓系數(shù)S 來表示：S的大小，反映一個(gè)穩(wěn)壓電源克服輸入電壓變化的能力。在同樣的輸入電壓變化條件下，S越小，輸出電壓的變化越小，電源的穩(wěn)定度越高。通常S約為。2.輸出電阻小負(fù)載變化時(shí)（從空載到滿載），輸出電壓Usc ，應(yīng)基本保

14、持不變。穩(wěn)壓電源這方面的性能可用輸出電阻表征。輸出電阻（又叫等效內(nèi)阻）用rn 表示，它等于輸出電壓變化量和負(fù)載電流變化量之比。rn 反映負(fù)載變動時(shí)，輸出電壓維持恒定的能力，rn 越小，則Ifz 變化時(shí)輸出電壓的變化也越小。性能優(yōu)良的穩(wěn)壓電源，輸出電阻可小到1歐，甚至001歐。3.電壓溫度系數(shù)小當(dāng)環(huán)境溫度變化時(shí)，會引起輸出電壓的漂移。良好的穩(wěn)壓電源，應(yīng)在環(huán)境溫度變化時(shí)，有效地抑制輸出電壓的漂移，保持輸出電壓穩(wěn)定，輸出電壓的漂移用溫度系數(shù)KT來表示.4.輸出電壓紋波小所謂紋波電壓，是指輸出電壓中50赫或100赫的交流分量，通常用有效值或峰值表示。經(jīng)過穩(wěn)壓作用，可以使整流濾波后的紋波電壓大大降低，降

15、低的倍數(shù)反比于穩(wěn)壓系數(shù)S 。六、 電路原件選擇1、選擇電源變壓器 1）確定副邊電壓U2： 根據(jù)性能指標(biāo)要求： 又 其中： 此范圍可任選： 根據(jù) 可得變壓的副邊電壓： 2）確定副邊電流： 又副邊電流 取 則 3)選擇變壓器的功率 變壓器的輸出功率：故選擇變壓器12V/15W2、選擇整流電路中的二極管 因?yàn)樽儔浩鞯姆冸妷?橋式整流電路中的二極管承受的最高反向電壓為： 橋式整流電路中二極管承受的最高平均電流為： 查手冊選整流二極管IN4001,其參數(shù)為：反向擊穿電 最大整流電流 故選擇二極管IN4001作為整流二極管3、集成三端穩(wěn)壓器 LM317內(nèi)置有過載保護(hù)、安全區(qū)保護(hù)等多種保護(hù)電路。調(diào)整端使用

16、濾波電容能得到比標(biāo)準(zhǔn)三端穩(wěn)壓高得多的紋波抑制比?？烧{(diào)整輸出電壓低到1.2V，保證1.5A輸出電流，典型線性調(diào)整率0.01%，80dB紋波抑制比，輸出短路保護(hù)，過流、過熱保護(hù)，調(diào)整管安全工作區(qū)保護(hù)，標(biāo)準(zhǔn)三極管封裝。LM317其特性參數(shù)：可調(diào)范圍為1.25V-37V最大輸出點(diǎn)流為1.5A輸入與輸出工作壓差為：3V-40V。輸出表達(dá)式為：其中，是集成穩(wěn)壓器件的輸出電壓，為1.25V。如圖所示，改變R2的值，Uo的值即可改變。當(dāng)R2短路時(shí)，Uo最小，為即1.25V；當(dāng)R2大于零時(shí)，Uo都大于，最大可達(dá)37V,如右圖所示。選穩(wěn)壓器：LM317、LM3373、確定R1、R2的阻值。以LM317為例說明。電

17、路圖如下所示：圖11 LM317電路圖輸出電壓計(jì)算公式 帶入數(shù)據(jù)可得 （1） （2）有（1）（2）可得： 取滑動變阻器： ， 則的阻值不是標(biāo)稱值，取標(biāo)稱阻值。 4.濾波電路中濾波電容的選擇1） 求： 根據(jù)穩(wěn)壓電路的穩(wěn)壓系數(shù)的定義： 設(shè)計(jì)要求Vo1=510（v），Vo2=-5-10（v）Sv1=Sv2=0.5%Vo3mv Ui=14v代入上式，則可求得 ； 2）求濾波電容C 設(shè)定 所以濾波電容：。 電路中濾波電容承受的最高電壓為,所以所選電容器的耐壓應(yīng)大于17V.七、在Proteus中設(shè)計(jì)的電路圖及其仿真圖1、設(shè)計(jì)的電路2、正端輸出仿真圖（5V10V）3、負(fù)端仿真效果圖（-5V-10V）八、組合

18、硬件電路的調(diào)試及改進(jìn) 安裝時(shí)，先安裝比較小的原件，所以先安裝整流電路，在安裝穩(wěn)壓電路，最后再裝上電路（電容）。安裝時(shí)要注意，二極管和電解電容的極性不要接反。檢查無誤后，才將電源變壓器與整流濾波電路連接，通電后，用萬用表檢查整流后輸出LM317輸入端電壓Ui的極性，若Ui的極性為負(fù)，則說明整流電路沒有接對，此時(shí)若接入穩(wěn)壓電路，就會損壞集成穩(wěn)壓器。然后接通電源，調(diào)節(jié)Rw的值，若輸出電壓滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)，說明穩(wěn)壓電源中各級電路都能正常工作，此時(shí)就可以進(jìn)行各項(xiàng)指標(biāo)的測試。 實(shí)際組裝出的電路如下：1、 輸出電壓將萬用表打到直流電壓檔，接到電路的正端輸出端，然后給該電路通電,通過調(diào)節(jié)滑動變阻器的旋鈕改變其阻值

19、可改變輸出電壓，還有電壓表讀書知，該電路正端電壓完全符合5V10V的設(shè)計(jì)要求。通過同樣的方法可測得負(fù)端輸出也同樣滿足設(shè)計(jì)要求：-5V-10V2.紋波電壓的測試： 紋波電壓即疊加在輸出電壓上的交流電壓分量。用示波器觀測器峰峰值，一般為毫伏級；也可用交流毫伏表測器有效值，但因紋波電壓不是正弦波，所以又一定誤差。 將示波器接到輸出端，并將示波器打到毫伏檔，觀察其紋波電壓，通過觀察示波器知紋波電壓約為3mv,符合設(shè)計(jì)要求。 3.穩(wěn)壓系數(shù)的測量在Ui=220V時(shí)，測出穩(wěn)壓電源的輸出電壓Uo,然后調(diào)節(jié)自耦變壓器是輸入電壓Ui=198V,測出穩(wěn)壓電源的輸出電壓Uo2。則穩(wěn)壓系數(shù)為： 因?yàn)樵谡{(diào)試中，無法得到自

20、耦變壓器，所以只能把電壓歸算到降壓器的輸出電壓(Ui): U1=220V, Ui=11.8V Ui=12.4V 時(shí)，Uo=8.95V Ui=14.4V時(shí)，Uo=8.96V Ui=9.84V時(shí)， Uo=8.95V 所以，穩(wěn)壓系數(shù)：=0.29%0.3% 符合設(shè)計(jì)要求4、電源內(nèi)阻的測量：只要測量輸出電壓在負(fù)載開路時(shí)(E)和接入負(fù)載時(shí)(U)的兩個(gè)數(shù)值，就能算出內(nèi)阻r.負(fù)載開路時(shí)測得的是電源電勢E，接入負(fù)載R時(shí)，測得端電壓為U。則：U=(E-Ir)=E-r*U/R ;r=(E-U)R/U 將正端輸出端空載，接通電源，測得其輸出電壓為9.88V,斷開電源，然后再在輸出端加100歐姆的電阻，通過萬用表測得輸

21、出電壓為9.07V,計(jì)算的電源內(nèi)阻約為8.9歐姆；通過同樣方法測得負(fù)端電源內(nèi)阻約為7.2歐姆，均小于10歐姆符合設(shè)計(jì)要求， 九、設(shè)計(jì)心得體會 經(jīng)過一個(gè)的學(xué)習(xí)與實(shí)踐，我還是把我的課程設(shè)計(jì)報(bào)告完成了。通過這一次的學(xué)習(xí)與實(shí)踐，讓我對模電知識更近一步的了解，對模電課程中直流穩(wěn)壓電源這一章所涉及的部分元件有了一定的認(rèn)識；掌握了選擇變壓器、整流二極管、濾波電容及集成穩(wěn)壓器來設(shè)計(jì)直流穩(wěn)壓電源，學(xué)會了用Proteus仿真軟件對直流穩(wěn)壓電源進(jìn)行調(diào)試及各部件主要技術(shù)指標(biāo)的測試。從選題到畫圖這個(gè)過程并沒有發(fā)費(fèi)我太多的時(shí)間，因?yàn)樯蠈W(xué)期我才學(xué)過Ptotel畫電路板和PCB板，其中老師也教過我們?nèi)绾萎嬙庋b，所以，這個(gè)

22、過程沒有給我造成困難。但是畫PCB板關(guān)系到之后的印版，所以畫PCB板的時(shí)候我特意向在行的同學(xué)尋求幫助，問他們哪些地方需要改進(jìn)的。但任存在不足的是，容值較大的電容與穩(wěn)壓管的距離靠得太近，導(dǎo)致散熱片不能正常接上去，影響了穩(wěn)壓管的散熱。硬件的制作按流程操作并不是很難，我只用了一個(gè)晚上的時(shí)間，但是由于買不到與仿真等值的元件，難免造成誤差，而且由于仿真軟件本身的原因也可能造成誤差，所以在完成硬件之后，我用萬用表測得的輸出電壓范圍是4.5V9.06V，與要求的輸出電壓值有較大的誤差，我又將與變壓器串聯(lián)的電阻換成更小阻值的，之后測得的輸出電壓為2.71V9.04V，減少了誤差。整個(gè)事件過程中最難的要數(shù)調(diào)試了。因?yàn)闆]有示波器，所以除了測電壓電流用到實(shí)物外，其它參數(shù)設(shè)計(jì)只能用仿真軟件測得。由于對仿真軟件使用懂得不多，對模電知識學(xué)習(xí)的也不是很透徹，所以有些數(shù)據(jù)的測試是參考資料測試的。過而能改，善莫大焉。在課程設(shè)計(jì)過程中，我們不斷發(fā)現(xiàn)錯誤，不斷改正，不斷領(lǐng)悟，不斷獲取。最終的檢測調(diào)試環(huán)節(jié)，本身就是在踐行“過而能改，善莫大焉”的知行觀。這次課程