最新直流稳压电源设计论文20

毕业设计(论文)

题目：直流稳压电源设计

系部：电气工程系

专业：电气自动化

学生姓名：王仕光

班级：09213

学号：38

指导教师：邓燕文

题目类型：理论研究工程设计工程技术研究软件发

2012 年5 月日

目录

摘要 (3)

第一章设计内容及要求 (3)

1.1 设计目的 (3)

1.2 设计任务 (3)

1.3 设计要求 (3)

第二章设计方法与步骤 (4)

2.1设计方法 (4)

2.2设计步骤 (4)

第三章电路的设计 (5)

3.1 电源变压器 (5)

3.2 整流电路 (5)

3.3 滤波电路 (6)

3.4 稳压电路 (9)

3.5 总电路图和元件清单 (11)

3.6 电源的参数测试与分析 (12)

第四章制作与调试 (13)

4.1 安装与检查 (13)

4.2 稳压电源各项性能指标的测试 (14)

第五章结论和心得 (15)

参考文献 (16)

摘要

本文主要采用变压器、整流、滤波、稳压的流程思路将输入220V交流电转换成电压5V的直流电源。其中，稳压电路采用三端固定稳压器LM317达到稳压效果，因此系统可根据实际需要对其设计进行适当的修改。本系统设计方便简单、易学易改、成本低廉、功能实用。

关键词：变压；整流；滤波；稳压

第一章：设计内容及要求

1.1设计目的

1、学习小功率直流稳压电源的设计与调试方法。

2、掌握小功率直流稳压电源有关参数的测试方法。

3、通过集成直流稳压电源的设计、安装和调试，要求学会：

(1)选择变压器、整流二极管、滤波电容及集成稳压器来设计直流稳压电源；

(2)掌握直流稳压电路的调试及主要技术指标的测试方法。

(3)通过电路的设计可以加深对该课程知识的理解以及对知识的综合运用。

1.2设计内容

主要技术指标要求：

1. 输出电压U O=3~12V连续可调；

2. 输出电流I max=1.2A；

3. 纹波电压的有效值ΔU O≤5mV；

4．稳压系数S v≤3×10-2；

5．电压调整率K u≤3%；

6. 电流调整率K i≤1%；

1.3设计要求

(1)电源变压器只做理论设计；

(2)合理选择集成稳压器；

(3)完成全电路理论设计、计算机辅助分析与仿真、安装调试、绘制电路图，自制印刷板；

(4)撰写设计报告、调试总结报告及使用说明书。

第二章：设计方法与步骤

2.1设计方法

单元电路设计、印制板设计、电路的组装与调试。

2.2设计步骤

（1）功能和性能指标分析：对题目的各项要求进行分析，整理出系统和具体电路设计所需的更具体、更详细的功能要求和技术性指标数据，以求得设计的原始依据。

（2）选择元器件：很好地理解电路的工作原理，正确利用计算公式，选择合理的元件参数，且应降低成本，减少器件品种，减少元器件的功耗和体积。（3）画出总体电路图，要求按相关规定，布局合理，图面清晰，便于对图的理

解和阅读，为印制电路板，并组装、调试和维修时做好准备。

（4）按总电路图安装电路，调试并改进。

第三章：电路的设计

3.1 电源变压器

过整流电路将交流变为脉动的直流电压。由于此脉动的直流压含有较的纹波，必须通过滤波电路加以滤波，从而得到平滑的直流电压。电源变压器的作用是将交流220V的电压变为所需的电压值，然后通过的电压还随电网电压波动、负载何温度的变化而变化。因而在整流、滤波电路之后，还需接稳压电路。稳压电路的作用是当电网电压波动、负载何温度变化时，维持输出直流电压稳定。

3.2 整流电路

利用二极管的单向导电性，将交流电压（电流）变成单向脉动电压（电流）的电路，称为整流电路。交流电分为三相交流电和单相交流电，在小功率电路中一般采用单相半波、全波、桥式整流电路和倍压整流电路。本节主要研究单相桥式整流电路，对于倍压整流电路及全波整流电路，可通过相应参考书来了解。

为简化分析，假定二极管是理想器件，即当二极管承受正向电压时，将其作为短路处理；当承受反向电压时，将其作为开路处理。

单相桥式整流电路

为了保留全波整流电路效率高、脉动系数小的优点而克服其反向电压高的缺点，若使二极管承受的反向电压和半波电路一样，比全波整流电路减少一半，使二极管成本下降，可在此基础上多用几只二极管，如图3.1所示电路就基本解决

了上述问题。

图3.1 单相桥式整流电路

1）电路组成及工作原理

桥式整流电路由四只二极管组成的一个电桥，电桥的两组相对节点分别接变压器二次绕组和负载。这种电路有三种画法，如图所示。在工作时，D1、D2与D3、D4两两轮流导通。在u2正半周，二极管D1和D2正向导通，而D3、D4反向截止，形成负载电流i0，i0流通路径为：a→D1→RL→D2→b→a，u0=u2；在u2的负半周，二极管D3和D4正向导通，而D1、D2反向截止，形成负载电流i0，i0流通路径为：b→D3→RL→D4→a→b，u0=－u2。由此可见，不论哪两只二极管导通，负载电流的方向都始终保持不变。电路各处电压、电流波形如图3.2 所示。

2）输出电流电压U0=3~12V

由桥式整流电路的波形可知，其输出电压及流过二极管的电流与全波整流的波形相同：

U0=0.9U2

U2=2.7V~3.8V

3）整流二极管的选择

由桥式整流电路的波形可知，每只二极管截止时所承受的反向电压为变压器副边电压峰值，因此，各二极管所承受的最大反向电压为

URM=2U2

URM=3.8V~5.37V

虽然是全波整流，由于二极管仍然是只有半个周期导通。此值与半波整流电

路相同，负载上的电流是这个数值的2倍。

ID=I0/2

ID=0.6A

图3.2 单相桥式整流电路的波形图

3.3滤波电路

经过整流后，输出电压在正负方向上没有变化，但输出电压波形仍然保持正弦波的形状，起伏很大。为了能够得到平滑的直流电压波形，需要有滤波的措施。在直流电源上多是利用电抗元件对交流信号的电抗性质，将电容器或电感器与负载电阻恰当连接而构成滤波电路。电容有通高频、阻低频的作用，将其直接并在整流电路后面，可以让高频电流通过电容流回电源，从而减少了流入负载的高频电流，降低了负载电压的高频成分，减小了脉动。

下面讨论电容滤波电路的工作原理，为讨论问题的方便，我们以半波整流电容滤波电路为例进行分析，电路如图3.3所示。

图3.3 单向半波整流电容滤波电路及其波形图

（1）工作原理：

设u2波形如图3.3（b）所示，未接电容时，输出电压如图3.3（b）中的虚线所示。在u2正半周，设u2由零上升，二极管D导通，u0=u2，此时电源对电容充电，由于充电时间常数很小，电容充电很快，所以电容上升的速度完全跟得上电源电压的上升速度，uC=u2。当u2上升到峰值时，电容充电达到1.4U2，二极管D截止，随后u2下降，电容C向负载RL放电，放电时间常数为RLC，其值较大，所以电容电压下降的速度比u2下降到速度慢得多，此时负载电压靠电容C的放电电流来维持，u0=uC。当电容放电到b点时，uC＜u2，二极管D 又导通，电容又被充电。充电至1.4U2后，又放电。如此重复进行，就得到输出电压的波形如图3.3（b）中实线所示。由图可见，经电容滤波后，负载电压变得平稳，且平均值提高了。桥式整流电容滤波电路的原理与半波时相同，其电路和波形如图3.4所示。

图3.4 单相桥式整流电容滤波电路及其波形图

（2）输出直流电压：

在有滤波电容的整流电路中，要对其输出直流电压进行准确的计算是很困难的，工程上一般按下列经验公式进行估算。当电容的容量足够大，满足RLC≥（3－5）T/2（T为电网电压的周期）时，

对于半波整流电容滤波：U0≈U2 =2.7V~3.8V

对于全波或桥式整流电容滤波：U0＝1.2 U2

＝3.24V ~ 4.56V

（3）滤波电容的选择：

为了得到比较好的滤波效果，在实际工作中常根据下式选择滤波电容的容量。

对于半波整流：RLC≥（3－5）T

对于全波或桥式整流：RLC≥（3－5）T/2

由于电容值比较大，约为几十至几千微法，一般选用电解电容，接入电路时，注意极性不要接反，电容器的耐压值应大于1.4U2 。

（4）整流二极管的选择：

对于半波整流滤波电路：ID=I0 ，URM=1.4U2

对于全波或桥式整流电容滤波电路：ID=I0/2 ，桥式整流URM=2U2 ，全波整流URM=2.8U2

由图3.3、图3.4可见，加上电容滤波，流过整流管的电流变成脉冲电流，由于电源接通的瞬间，电容相当于短路，有一个很大的冲击电流流过二极管，其瞬间值可以是正常工作时的好几倍，故在选择整流管最大允许的正向平均电流时，应留有充分的裕量，一般选IF = （2 ～3）ID 。

(5) 纹波的测试和连接方式：

纹波就是直流电源中的交流成分，用示波器，调成交流输入就可以看到了，但纹波一般都很小，所以示波器的量程要打到20mV左右，还要注意测量时线不能拉太长，这容易受干扰。

3.4 稳压电路

集成三端稳压器具有体积小，外围元件少，调整简单，使用方便且性能好，稳定性高，价格便宜等优点，因而获得越来越广泛的应用。

常见的有固定式和可调式两类集成三端稳压器，内部多以串联型稳压电源为主，还有适当的过流、过热等保护电路。一般固定式较便宜，可调式较贵，性能也好些，功率相对也较大。故本次设计采用LM317是可调节3端正电压稳压器图3.5是外形图和电路符号。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。

图3.5 固定式集成三端稳压器外形及电路符号

图3.6 LM317示例图

稳压电源的输出电压可用下式计算，Vo＝1.25（1＋R2/R1）。仅仅从公式本身看，R1、R2的电阻值可以随意设定。然而作为稳压电源的输出电压计算公式，R1和R2的阻值是不能随意设定的。

首先317稳压块的输出电压变化范围是Vo＝1.25V—37V（高输出电压的317稳压块如LM317HVA、LM317HVK等，其输出电压变化范围是Vo＝1.25V—45V），所以R2/R1的比值范围只能是0—28.6。

经计算可知R1的最大取值为R1≈0.83KΩ。又因为R2/R1的最大值为28.6。所以R2的最大取值为R2≈23.74KΩ。在使用317稳压块的输出电压计算公式计算其输出电压时，必须保证R1≤0.83KΩ，R2≤23.74KΩ两个不等式同时成立，才能保证317稳压块在空载时能够稳定地工作。

测量稳压系数：用数字万用表测量稳压系数，测出来的稳压系数误差就很小，在负载电流为最大时，分别测得输入交流比220V增大和减小10％的输出。

3.5总电路图和元件清单

（1）总电路图

总电路图

（2）元件清单

元件序列型号元件参数值数量备注

Ji 变压器12V 1 实际输入电压

大于12V

D1 D2 D3 D4 D5 D6 二极管

1N4001

V

U

RM

50

，1A 6 也可用

1N4007

D7 发光二极

管

1 FUSH 熔断丝1A 1 C1 C

2 电解电容4700uF/25V 2 C5 电解电容0．1uF 1 C9 电解电容1uF/25V 1 C7 电解电容10uF/25V 1

3.6电源的参数测试与分析

输出电压与最大输出电流的测试：

测试电路如右图所示。一般情

I 电流o I 要小于最大输出电流max o I R L

取A I 6.00=，可算出R L =20Ω， 电路 工作时L R 上消耗的功率为：

W I U P o o L 3.67.09=?==

故L R 取额定功率为10W ，阻值为 稳压电源性能指标的测试电路 20Ω的电位器。

测试时，先使Ω=20L R ，交流输入电压为220V ，用数字电压表测量的电压值就是U o 。然后慢慢调小L R ，直到U o 的值下降5%，此时流经L R 的电流就是

max o I ，记下max o I 后，要马上调大L R 的值，以减小稳压器的功耗。

第四章： 制作与检测

4.1安装与检查

对电路进行组装：按照自己设计的电路，在在通用板上焊接。焊接完毕后，应对照电路图仔细检查，看是否有错接、漏接、虚焊的现象。对安装完成的电路板的参数及工作状态进行测量，以便提供调整电路的依据。经过反复的调整和测量，使电路的性能达到要求。

安装前应检查元器件的质量，安装是特别要注意电解电容、集成芯片等主要器件的引脚和极性，不能接错。从输入级开始向后级安装。

开始安装稳压电源，检查万能板内部结构，确定其内部的电气连接属性． 1) 检查元器件看是否有损坏，或者不符合规格的，要及时更换。

2) 安装一个元器件，先要用尖嘴钳将其引脚成型，然后用镊子把引脚放入孔

内．高度要适中，符合电气标准．完毕后，要用万用表测量元器件引脚和电路板之间是否接触良好，然后再安装下一个元器件。

3) 对于导线要用斜口钳切成适当的长度，然后成型安装．安装时必须采用绝缘

良好的绝缘导线,在画连线的时候要取好元件与元件的距离.连接的时候线与线之间不能交叉。

4) 应避免元器件损坏的发生，插元器件时候要垂直插拔以免行成不必要的损

坏。

一．最后结果没有出来的原因主要有以下情况：

1.操作不当（如布线错误等）

2.设计不当（如电路出现险象等）

3.元器件使用不当或功能不正常

4.仪器（主要指数字电路实验箱）和集成元件本身出现故障。

二．检查故障的方法主要有以下一些：

1.查线法：

由于在实验中大部分故障都是由于布线错误引起的，因此，在故障发生时，复查电路连线为排除故障的有效方法。应着重注意：有无漏线、错线，导线与插孔接触是否可靠，集成电路是否插牢、集成电路是否插反等。

2.观察法：

用万用表直接测量各集成块的V cc端是否加上电源电压；输入信号，时钟脉冲等是否加到实验电路上，观察输出端有无反应。重复测试观察故障现象，然后对某一故障状态，用万用表测试各输入/输出端的直流电平，从而判断出是否是插座板、集成块引脚连接线等原因造成的故障。

3.信号注入法

在电路的每一级输入端加上特定信号，观察该级输出响应，从而确定该级是否有故障，必要时可以切断周围连线，避免相互影响。4.信号寻迹法

在电路的输入端加上特定信号，按照信号流向逐线检查是否有响应和是否正确，必要时可多次输入不同信号。

5.替换法

对于多输入端器件，如有多余端则可调换另一输入端试用。必要时可更换器件，以检查器件功能不正常所引起的故障。

4.2 稳压电源各项性能指标的测试

电路的调试与检测：

1) 静态调试

当连好电路板的线路时，先不要急着通电，而因该从以下几个方面进行检测：

A、对照原理图，用万用表一一检查线路的各个接口是否接通，是

否有短路、断路或漏接的现象，如果有，因该及时改好电路连

线。

B、对照原理图，检查各元件是否接正确。

2) 动态调试

接通220V的电源，用数字万用表对所设计的电路实物进行测试,看电压是否在正常的范围内变化。

第五章结论和心得

本设计主要利用电源变压器、整流二极管、滤波电容及集成稳压器固定式来设计同时输出3~12V电压直流稳压电源。其结构简单，使用元器件较少；系统的可靠性好，其精度高，成本低，便于维修，且可作为一个独立的模块为其他电子设备提供电能。

在设计的过程，遇到了不少的问题，但是我们没有后退，而是接受，并且通过翻阅资料来解决问题。我们在设计了电路以后中，发现电路板焊接后，不方便调试，于是加了两个插槽。调试时，有发现负电压的输出为零，通过用万用表检查发现原来焊接做的不好，有些焊点之间根本就没连接起来。起先为了焊接方便，我们没有将元件的管脚剪掉，而是互相搭接焊在一起，以至于造成了后来调试结果出不来，并且做的板子也不美观。我们便把起先那些没焊好的，都重新焊了一遍，用导线给焊接，在这过程，也注意一些美观的细节，终于是大功告成。最后在老师的指导下，一次性完成了最后的调试。

通过这次设计，了解了书本上没有的知识，更加巩固了所学的知识，也增强了自己灵活运用所学知识到实践中的能力。此外，也学到了许多的经验，做什么事都有思前想后，我们在焊接时，就因为没有深入思考，把六脚开关接成了开关起作用时的状态，好在检查时发现了。这次的课程设计，获益匪浅，虽然从了解原理到设计电路，在到买元件，最后安装调试和课程设计书的撰写，花了很多

时间，但是是值的，因为成就感让我们很满足，也让我深深体会到了做学问一定要有认真、严谨的治学态度，这也将对我以后的学习和工作起到莫大的帮助。有最后不足的地方希望老师指正，以后一定改正，加强。

参考文献

1.邱关源《电路》高等教育出版社技术；

2.《模拟电子技术》教材；

3.王港元《电工电子实践指导》江西科学技术出；

4.《电子技术动手实践》（北京航空天大学出版社崔瑞雪张增良主编）；

5.《电工基础》教材；（第三版宋长池主编）；

6.《供配电技术》教材；（刘介才主编）;

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/yd1e.html