可调直流稳压电源的设计 - 模电实验 - 西工大

可调直流稳压电源的设计

1. 实验目的

1.1 了解电源电路的定义与组成

电子电路要正常工作,电源的作用是不可忽视的,电源性能的好坏,对电路、电子仪器和电子设备的使用寿命、使用性能等影响很大,尤其在带有感性负载的电路和设备(如电机)中,对电源的性能要求更高。在很多应用直流电机的场合中,要求为电机驱动电路提供一个其输出能从0V开始连续可调0V～24V的直流电源,并且要求电源有保护功能。实际上就是要求设计一个具有足够的调压范围和带负载能力的直流稳压电源电路。这样一个电路的设计,其关键在于稳压电路的设计,要求:一输出电压从0V开始连续可调,二所选器件和电路必须达到在较宽范围内输出电压可调;三输出电压应能够适应所带负载的启动性能。此外,电路还必须简单可靠,能够输出足够的电流。

1.2 掌握稳压电路的作用及基本构成

稳压电路是电源电路系统中的关键，它属于一种稳定电压的电路，整个系统在它的作用下才能输出稳定电压。稳压电路分为稳压管稳压电路，串联型稳压电路，开关型稳压电路。稳压管稳压电路由二极管和限流电阻组成，是一种最简单的直流稳压电路。串联型稳压电路以稳压管稳压电路为基础，利用晶体管的电流放大作用，增大负载电流，在电路中引入深度电压负反馈使输出电压稳定。开关型稳压电路中的调整管工作在开关状态，使得电路效率大大提高。而本次设计我们采用Lm317三端稳压电路。Lm317是可调节3端电压稳压器，此稳压器非常易于使用，只需要两个外部电阻来设置输出电压，此外还使用内部限流，热关断和安全工作区补偿使之基本能防止烧断保险丝。

2. 设计方案

2.1 任务分析

可调直流稳压电源一般由电源变压器，整流滤波电路及稳压电路所组成。变压器把家用照明电交流电压220V变为所需要的低压交流电。桥式整流器把交流电变为直流电。经滤波后，稳压器再把不稳定的直流电压变为稳定的直流电压输出。本设计主要采用直流稳压构成集成稳压电路，通过变压，整流，滤波，稳压过程将220V交流电，变为稳定的直流电，并实现电压可在3 V- 18V可调。根据

课程设计要求，分析可知，可调直流稳压电源是由桥式整流管，lm317稳压器，一个470uf的滤波电容，一个10uf电解电容，一个1uf电解电容，一个330nf的普通电容，一个500Ω的电阻和一个10KΩ电位器组成。

2.2 方案论证

根据设计指标要求，我们进行了多次论证，讨论了直流稳压电源应采用的电路结构，通过多次试验，我们最终决定了该电源的结构组成。该直流稳压电源由变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路等组成，其方框图如下图2.1。

整流电路起的作用就是把交流电整流成直流电。滤波电路的作用是变不稳定的直流电为更稳定的直流电。稳压电路的作用是输出稳定的电压。通过方案的论证，我们建立了所要设计电源的基本结构。

2.1 系统总体框架图

3. 方案实施

3.1 电路仿真

1、整流滤波电路

在设计整流电路时，将交流电压Ui变换成脉动的直流电压。再经滤波电路滤除较大的纹波成分，输出纹波较小的直流电压U1。常用的整流滤波电路有全波整流滤波、桥式整流滤波等。但本次设计我们用的是桥式整流电路。桥式整流滤波电路图如图3.1。

在整流滤波电路中，滤波电容C满足RL-C＝（3~5）T/2，式中T为输入交流信号周期，RL为整流滤波电路的等效负载电阻。

图3.1 整流滤波图

在稳压电源中一般用四个二极管组成桥式整流电路，整流电路的作用是将交流电压u2变换成脉动的直流电压u3。滤波电路一般由电容组成，其作用是把脉动直流电压u3中的大部分纹波加以滤除，以得到较平滑的直流电压UI。UI与交流电压u2的有效值U2的关系为

Ui=(1.1~1.2)*U2

2、稳压电路

三端可调稳压器因具有稳定度高、适应性强、使用方便的优点，得到广泛应用。最大输出电流1.5A以下的三端可调稳压器，正电压输出的国产型号为CW117、CW217、CW317,他们的输出电压均为1.2~37V,最大输出电流IoM用后缀加以区别，标L为0.1A，M为0.5A,不标字母为1.5A。

在本次课程设计中，我们用的稳压器是Lm317，LM317是应用最为广泛的电源集成电路之一，它不仅具有固定式三端稳压电路的最简单形式，又具备输出电压可调的特点。此外，还具有调压范围宽、稳压性能好、噪声低、纹波抑制比高等优点。lm317是可调节3端正电压稳压器，在输出电压范围1.2伏到37伏时能够提供超过1.5安的电流，此稳压器非常易于使用。Lm317特性为：保证1.5A

输出电流。典型线性调整率0.01%。典型负载调整率0.1%。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。标准三端晶体管封装。LM317电压范围1.25V 至 37V 连续可调。

如图3.2为Lm317引脚图，Lm317主要参数如下。输出电压：1.25~37V DC；输出电流：5Ma~1.5A；芯片内部具有过热、过流、短路保护电路；最大输入输出电压差：40V DC，最小输入输出电压差：3V DC；使用环境温度：-10~+85℃ 。存储环境温度：-65~+150℃。

图3.2 LM317引脚图

三端可调稳压器的输出端与调整端（ADJ）间的UREF是固定不变的，lm317为+1.25V。调整端的电流十分稳定且很小(IADJ=50uA），故

UO=1.25(1+

R2)V R1图中R1跨接在输出端与调整端之间，为保证负载开路时IO>IOmin，R1的最大值为

R1max =UREF/IOmin

本电路中取IOmin=500mA，PR1用下式求得

)PR1>=(1.R25W 12本例中，PR1>=3.125mW选1/4W、400Ω电阻。要求最大输出电压为18V，根据以上式求得R2=5360Ω，取标称值10KΩ。

C1为输入端滤波电容，可抵消电路的电感效应和滤波输入线窜入的干扰脉冲。取0.33uF瓷介电容。C2是为减小R2两端纹波电压而设置的，一般取10uF。

C3是消振电容，防止输出端负载程电容性时可能出现的阻尼振荡。根据经验一般取1 uF，本例中选 1 uF、50V的电解电容。

图3.3中D2、为保护二极管，防止反向电压击穿稳压器，

图3.3 稳压电路

3、整体电路

根据实验要求和以上的分析，按照总体电路图在仿真软件Multisim上一一选择相应的原件并进行连接，然后启动观察。将电路在Multisim上连接好后，为各个电阻和电容选取适当值，检查无误后，然后打开Multisim的开关，滑动电位器滑片调节输出电压。通过仿真，得到了我们所要的结果，因此我们得出电路原理图无误，可以制板。则可得仿真图如图3.4。仿真结果如图3.5（a）和（b）。

图3.4 电路仿真图

（a）

（b）

图3.5 电路仿真结果

(a)最小值仿真结果图 （b）最大值仿真结果图

4. 调试

调

节

自

耦

变

压

器

使

输

入

电

压

增

加

10%

此

时

调

节

自

耦

变

压

器

使

输

入

电

压

减

少

15%

此

时

纹波小于0.3mVpp

通过测试，达到了预期效果。

5 PCB制作

在布线前要在DXP中完成对电路图各个元件的封装。在封装时，要注意封装的选择，因为对于同一个元件可能有多种封装方式。封装时根据所给元件的类型选择合适的封装然后对各个元件进行封装。封装完成后，把原理图导入PCB板。导入PCB板后，再对元件的位置重新手动摆放，使尽量少的线重叠，以减少布线时的跳线出现。PCB原件分布已经做好，下面我们就要布线了，布线需要遵守布线规则。总之，制作好的PCB应满足以下条件：1、电源线和地线要求采用0.8mm或是0.6mm,如果从两个焊盘中间穿过时用0.4mm或0.3mm。2、信号线采用0.5mm。如果从两个焊盘中间穿过时用0.4mm或0.3mm。3、焊盘的内径用0.9mm或0.85mm。外径根据需要进行修改，一般为X方向1.6mm，Y方向2.0mm，或是X方向2.0 mm，Y方向1.6mm。但由于我们做的是直流电源，按老师的要求，我们的信号线都采用0.8mm。制作好的PCB如图。 212223122111122121232112211211

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