毕业设计（论文）-大电流输出高精度稳压电路的研究 - 图文

摘 要

城市学院本科毕业设计

大电流输出高精度稳压电路的研究

学生姓名：

班 级：

电气701

专 业： 电气工程及其自动化

指导教师：

2011年5月

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西安交通大学城市学院本科生毕业设计（论文）

题目：大电流输出高精度稳压电路的研究

姓名： 班级：电气701 学号： 专业：电气工程及其自动化

摘 要

直流稳压电源是先把交流电变为脉动的直流电，再通过滤波电路、稳压电路，使输出直流电压维持稳定，为负载提供稳定直流电源的电子装置。直流稳压电源的供电电源大都是交流电源，当交流供电电源的电压或负载电阻变化时，稳压器的直流输出电压都会保持稳定。 直流稳压电源随着电子设备向高精度、高稳定性和高可靠性的方向发展，对电子设备的供电电源提出了高的要求。

本文设计了一种基于LM723的大电流输出稳压电源，输出电压8～23V，电流0～1.7A。整个电源由变压器、整流电路、滤波电路，稳压电路，以及放大电路几部分组成。本文主要介绍其具体实现及原理，以及硬件电路的搭建和印刷电路板的设计。并对硬件电路安装调试做了描述和说明。

关键词：直流稳压电源，集成稳压电路，PCB设计

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摘 要

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ABSTRACT

Title: The Research of High-current and High Accuracy Voltage output Circuit Applicant: Wang Fanggang

Speciality: Electrical Engineering and Automation

ABSTRACT

DC power supply first changes alternating current into pulsating direct current and can make the output DC voltage maintain stability by the filter circuit and the voltage regulator circuit.It is a stable DC power electronic devices and it can provide stable DC power for the load. Its own power are mostly AC power supply. when AC power supply voltage or load resistance changes, the DC output voltage of the regulator will remain stable. DC power supply puts forward higher requirements to electronic equipment with the development of the electronic equipment becoming highly accurate, stable and reliable .

This paper presents a high current output power supply based on LM723 , with its output voltage 8～23V and current 0～1.7A. The power is made up by the transformer, rectifier, filter circuit, voltage regulator circuits, and amplifier circuit .In this paper,we mainly introduce the principles of its realization and the hardware circuit structures and printed circuit board design. And we describe its hardware installation and debugging process .

KEY WORDS: DC Power Supply，Integrated voltage regulator，PCB Design

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目 录

目 录

第一章前 言 ................................................................................................................ 1 1.1课题背景概述 .......................................................................................................... 1 1.1直流稳压电源的概述 .......................................................................................... 1 1.2集成稳压电路的发展 .......................................................................................... 1 1.3稳压电源的应用 .................................................................................................. 2 2.毕业设计工作 ............................................................................................................. 3 第二章 基于LM723的直流稳压源设计 .................................................................... 5 1.设计的总体思想 ......................................................................................................... 5 2.线性电源的基本构成 ................................................................................................. 5 3.大电流输出高精度稳压电路电气原理图的设计 ..................................................... 6 3.1降压、整流、滤波电路 ...................................................................................... 7 3.2 集成稳压电路部分 ............................................................................................. 8 硬件选择 .................................................................................................................... 17 1.主电路器件的选定 ................................................................................................... 17 1.1 核心器件LM723的简介 ..................................................................................... 17 1.2 电路关键元件的选用 ....................................................................................... 18 1.3电路工作电源的选用 ........................................................................................ 22 第三章 电路的调试与实验结果 ................................................................................ 23 1.电路的调试 ............................................................................................................... 23 1.1主电路模块的调试 ............................................................................................ 23 2.实验结果 ................................................................................... 错误！未定义书签。 第四章 PCB印刷板的设计与制作 ........................................................................... 31 1.Protel 99 SE的组成 ................................................................................................. 31 2.Protel 99 SE 设计电路的流程 ................................................................................ 32 3.设计的PCB制作 ..................................................................................................... 34

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结论与展望 .................................................................................................................. 37 1.结论 ........................................................................................................................... 37 2.展望 ........................................................................................................................... 37 致 谢 .......................................................................................................................... 39 参考文献 ...................................................................................................................... 41

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前 言

第一章 前 言

1.1课题背景概述

1.1.1直流稳压电源的概述

形形色色的电子设备发展日新月异，它们越来越强调多功能、小体积以及绿色环保等特性，解决其工作的首要条件是稳定可靠的电源。如办公设备打印机，笔记本电脑等都需要不同功率的直流电源。

电源技术是一种应用功率半导体器件，综合电力变换技术、现代电子技术、自动控制技术的多学科边缘交叉技术。目前电源技术已逐步发展成为一门多学科互相渗透的综合性技术学科。尤其随着微电子集成技术及高速大功率器件的快速发展，电源技术一直是目前研究的热点，同时也是应用最广泛的领域之一。

线性稳压电源是比较早使用的一类直流稳压电源。线性稳压直流电源的特点是：输出电压比输入电压低；反应速度快，输出纹波较小；工作产生的噪声低；效率较低；发热量大（尤其是大功率电源），间接地给系统增加热噪声。

输出精度较高，电流较大的稳压可调直流电源一般采用集成稳压电路。此电路采用LM723芯片，在配合适合的大功率管等外围元件。组成的大功率电路其输出可达数安。

1.1.2集成稳压电路的发展

集成稳压器在近十年发展很快，目前国内外已发展到几百个品种。但就从工作方式来分，可以分成线性集成稳压器和开关式集成稳压器。

线性集成稳压器是模拟集成电路的一个重要分支，也是使用最多的一种专用集成电路。线性集成稳压器的电路形式大多采用串联稳压方式，它与分立元件串联稳压电路的工作原理相似。线性集成稳压器的主要特点是体积小、性能优越、工作可靠、使用方便、成本低廉。目前主要有一般集成稳压器和低压差线性集成稳压器。

一般压差线性集成稳压器分为：三端固定式集成稳压器、三端可调式集成稳压器、多端可调式集成稳压器。分别有以下特点：

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输出电压固定、多种输出电压规格、多种输出电流规格、电路简单、工作可靠、价格低等；在调节端处外接两个电阻即可实现对输出电压作连续调节。该集成稳压器稳压精度较高。多种输出电流规格；该集成稳压器的取样电阻和保护电路一般都需要外接，使用电路略显复杂，但该稳压器一般设置有限流等控制端，可以方便的组成稳压、稳流源。LM723为第三种稳压器。

开关式集成稳压器是一种将功率管工作在开关状态、采用PWM控制技术实现的集成稳压器。其特点是输出电流大、转换效率高、体积小、重量轻、稳压范围宽等优点。它代表了稳压电源的发展方向。

由于集成开关稳压器的开关频率很高，故所需外接的滤波电容、储能电感体积小，所以整个电源的体积可以做的很小，再者由于效率高，可以省略大的散热器。

更方便的是：开关稳压器有降压式、升压式、反极性式三大类。使用者可以根据自己的要求灵活选择。同时，一般开关时集成稳压器均设有使能端，使用更加灵活。只是外围元件略显多，电路稍显复杂。

1.1.3稳压电源的应用

当今社会人们极大的享受着电子设备带来的便利，但是任何电子设备都有一个共同的电路--电源电路。大到超级计算机、小到便携计算器，所有的电子设备都必须在电源电路的支持下才能正常工作。当然这些电源电路的样式、复杂程度千差万别。通过这套电源系统，超级计算机各部分都能够得到持续稳定、符合各种复杂规范的电源供应。随着用电设备性能的提高对电源电路技术指标也在提高，比较新型的电路完全具备电池能量提醒、掉电保护等高级功能。可以说电源电路是一切电子设备的基础，没有电源电路就不会有如此种类繁多的电子设备。

稳压电源的分类方法繁多，按输出电源的类型分有直流稳压电源和交流稳压电源；按稳压电路与负载直流稳压电源的连接方式分有串联稳压电源和并联稳压电源；按调整管的工作状态分有线性稳压电源和开关稳压电源；按电路类型分有简单稳压电源和反馈型稳压电源。

直流稳压电源已广泛应用于国防、科研、大专院校、实验室、工矿企业、电

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前 言

解、电镀、直流电机、充电设备等。用于各种电子设备老化，如PCB板老化，家电老化，各类IT产品老化，灯管老化；用于需要自动定时通、断电，自动记周期数的电子元件的老化、测试；电解电容器脉冲老练；电阻器，继电器，马达等测试老练；整机老练；电子元器件性能测试，例行试验。

1.2毕业设计工作

设计一个基于LM723的输出可调稳压电源，该电源有220V交流直接供电，经过整流、滤波、射极跟随器，提供8V～23V连续可调的工作的电压。主要工作如下：

（1）查阅相关资料，学习并了解(线性)稳压电路的工作原理和种类； （2）重点了解掌握(线性)稳压集成电路LM723的工作原理及特性和使用方法；

（3）了解掌握整流电路、射极跟随器的工作原理； （4）完成样机并达到设计功能和技术指标要求；

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基于LM723的稳压电源的设计

第二章 基于LM723的直流稳压源设计

2.1设计的总体思想

采用LM723为核心的线性稳压电源，三极管工作在线性工作区，故输出可以在一定范围内平滑调节，但工作在线性区的功率管有较大的耗散功率，故发热量很大，效率较低。在相同电压降的条件下，线性稳压器件与工作在开关状态的三极管相比具有较大的热损失。用一个220V\\18V-45W的变压器和一个全桥整流、滤波电路为整个电路供电。在LM723输出端，射极跟随器放大输出电流，提高大电流输出高精度稳压电源的带负载能力。同时接入电压表、电流表，用来观测输出电压、电流的大小。

2.2线性电源的基本构成

线性电源主点路的工作原理是输入电源（市电）先经降压变压器进行初步交流降压后,通过主工作变压器隔离整流、滤波变换成直流电源,再经过控制电路和单片微处理控制器的智能控制（本设计采用LM723）对线性调整元件进行精细调节,使之输出高精度的直流电压源。

电源变压器及整流电路将220V的交流电变换成所需的直流电。预稳压电路采用继电器元件或可控硅元件对输入的交流或直流电压进行预调整和初步稳压,从而降低线性调整元件的功耗,提高工作效率.并确保输出电压源高精度和高稳定。 线性调整元件对滤波后的直流电压进行精细调整,使输入电压达到所需要的值和精度要求。滤波电路对直流电源的脉动、干扰、噪声进行最大限度的阻止和吸收,从而保证直流电源的输出电压低纹波、低噪声、低干扰。小电容滤除高频干扰，大电容滤除低频脉动干扰。辅助电源及基准电压源为直流稳压系统提供高精度的基准电压源及电子电路工作所需要的电源。辅助电源及基准电压源兼有电压取样及电压调节的功能。辅助电源及基准电压源检测直流稳压电源输出电压值及设定调节直流稳压电源的输出电压值。比较放大电路将直流稳压电源的输出电压值与基准源的电压进行比较取得误差电压信号后,进行放大反馈及控制线性调整元件而保证输出电压稳定。电流检测电路取得直流稳压电源输出电流值,作限

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流或保护控制的信息。本设计采用LM723内部电路实现此功能。

2.3大电流输出高精度稳压电路电气原理图的设计

本设计的电气原理图由三个部分构成，分别是供电电源部分，主电路部分和功率放大部分。这三个部分将构成一个输出为8V～23V连续可调、输出电流可达数安的线性稳压电源。该稳压电源电路结构简单、维修方便、稳压效果好，几乎不受供电网交流电压和负载波动的影响。适合电子爱好者及电子产品开发人员用来进行电路实验和电路开发。该电源以STMicroelectronics公司生产的LM723集成电路为核心，其主要特点有：LM723本身就是一种串联式的可调稳压器，可控制输出电压Uo=2～37V,输出电流Im=0.15A。具有输出温漂小，纹波抑制比高，短路限流保护等。

射极跟随器信号从发射极输出的放大器。其特点为输入阻抗高，输出阻抗低，电压放大系数略低于1，负载能力强。也可认为是一电流放大器。

其电路构成：三极管按共集(Common Collector)方式连接。就是基极与集电极共地，基极输入信号，发射极输出，亦称为共集电极放大器。动态电压放大倍数小于1并接近1，且输出电压与输入电压同相但是输出电阻低，具有电流放大作用，所以有功率放大作用。 它从基极输入信号，从射极输出信号。它具有高输入阻抗、低输出阻抗、输入信号与输出信号相位相同的特点 。如图2.1。

图2.1 射极跟随器

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基于LM723的稳压电源的设计

2.3.1降压、整流、滤波电路

由于输入电源电路的交流市电为220V而直流工作电压只需很低的电压，所以交流市电电压在进入电源电路后首先加到降压电路中，对交流电降压。实现元件为电源变压器。

本设计需要直接接入市电电网工作，因此供电部分设计时，首先要用变压器把电压降低，再经过一个全桥整流器，把交流电变为脉动的直流电。所以本设计采用了一个输入为220V，输出为18V，功率为45W的变压器。整流采用的是一个由4个IN5408二极管制作的全桥整流器。这样，输出的直流电压20V，为整个电路提供了稳定的工作电压。

图2.2 供电电源部分

其中：

（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，变压器的副边电压由变压器的变比确定。

（2）整流电路：利用单向导电元件整流二极管，把50Hz的正弦交流电变换成脉动的直流电

（3）滤波电路：可以将整流电路输出电压中的交流成分大部分加以滤从而得到比较平滑的直流电压。

（4）稳压电路：稳压电路的功能是使输出的直流电压稳定，不随交流电网

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/fk28.html