可调直流稳压电源优秀课程设计优质报告.doc

可调直流稳压电源电路设计
目录

一、设计目标 2
二、设计任务及要求 2
三、试验设备及元器件 3
四、设计步骤 3
1．电路图设计方法 3
2、设计电路图 3
五、总体设计思绪 4
1．直流稳压电源设计思绪 4
2．直流稳压电源原理 4
1、直流稳压电源 4
2、整流电路 5
3、滤波电路——电容滤波电路 6
4、稳压电路 7
5、设计电路原理图 8
3．设计方法介绍 8
六、 课程设计汇报总结 10

一、设计目标
1、学习基础理论在实践中综合利用初步经验，掌握模拟电路设计基础方法、设计步骤，培养综合设计和调试能力。
2、学会直流稳压电源设计方法和性能指标测试方法。
3、培养实践技能，提升分析和处理实际问题能力。
二、设计任务及要求
1、设计一个连续可调直流稳压电源，关键技术指标要求：
① 输入（AC）：U=220V，f=50HZ；
② 输出直流电压：U0=9→12v；
③ 输出电流：I0<=1A；
④ 纹波电压：Up-p<30mV；
2、设计电路结构，选择电路元件，计算确定元件参数，画出实用原理电路图。
3、自拟试验方法、步骤及数据表格，提出测试所需仪器及元器件规格、数量。
4、在试验室MultiSIM8-8330软件上画出电路图，并仿真和调试，并测试其关键性能参数。
三、试验设备及元器件
1、 装有multisim电路仿真软件PC
2、三端可调稳压器 LM317一片
3、电压表、滑动变阻器、二极管、变压器
四、设计步骤
1．电路图设计方法
（1）确定目标：设计整个系统是由那些模块组成，各个模块之间信号传输，并画出直流稳压电源方框图。
（2）系统分析：依据系统功效，选择各模块所用电路形式。
（3）参数选择：依据系统指标要求，确定各模块电路中元件参数。
（4）总电路图：连接各模块电路。
（5）将各模块电路连起来，整机调试，并测量该系统各项指标。
（6）采取三端集成稳压器电路，用输出电压可调且内部有过载保护三端集成稳压器，输出电压调整范围较宽，设计一电压赔偿电路可实现输出电压从 0 V起连续可调，因要求电路含有很强带负载能力，需设计一软开启电路以适应所带负载开启性能。该电路所用器件较少，成本低且组装方便、可靠性高。
2、设计电路图

图1 可调直流稳压电源
五、总体设计思绪
1．直流稳压电源设计思绪
（1）电网供电电压交流220V(有效值)50Hz，要取得低压直流输出，首先必需采取电源变压器将电网电压降低取得所需要交流电压。
（2）降压后交流电压，经过整流电路变成单向直流电，但其幅度改变大（即脉动大）。
（3）脉动大直流电压须经过滤波电路变成平滑，脉动小直流电，立即交流成份滤掉，保留其直流成份。
（4）滤波后直流电压，再经过稳压电路稳压，便可得到基础不受外界影响稳定直流电压输出，供给电压表。
2．直流稳压电源原理
1、直流稳压电源
直流稳压电源是一个将220V工频交流电转换成稳压输出直流电压装置，它需要变压、整流、滤波、稳压四个步骤才能完成。
直流稳压电源方框图
图2 直流稳压电源方框图

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交流电压，并送给整流电路，变压器变比由变压器副边电压确定。
（2）整流电路：利用单向导电元件，把50Hz正弦交流电变换成脉动直流电
（3）滤波电路：能够将整流电路输出电压中交流成份大部分加以滤除，从而得到比较平滑直流电压。
（4）稳压电路：稳压电路功效是使输出直流电压稳定，不随交流电网电压和负载改变而改变。
2、整流电路
（1）直流电路常采取二极管单相全波整流电路，电路图3所表示。
图3 单相桥式整流电路

（2）工作原理
设变压器副边电压u2=√2U2sinωt，U2为有效值。
在u2正半周内，二极管D1、D2导通，D3、D4截止；u2负半周内，D3、D4导通，D1、D2截止。正负半周内部全部有电流流过负载电阻RL，且方向是一致。图4

图4单相桥式整流电路简易画法及波形图

在桥式整流电路中，每个二极管全部只在半个周期内导电，所以流过每个二极管平均电流等于输出电流平均值二分之一，即 电路中每只二极管承受最大反向电压为 (U2是变压器副边电压有效值)。
3、滤波电路——电容滤波电路
采取滤波电路可滤除整流电路输出电压中交流成份，使电压波形变得平滑。常见滤波电路有电容滤波、电感滤波和复式滤波等。
在整流电路输出端，即负载电阻RL两端并联一个电容量较大电解电容C，则组成了电容滤波电路，图5所表示电路，因为滤波电容和负载并联，也称为并联滤波电路。

图5单相桥式整流电容滤波电路
从图4能够看出，当u2为正半周时, 电源u2经过导通二极管VD1、VD3向负载RL供电，并同时向电容C充电（将电能存放在电容里，如t1～t2），输出电压uo＝uc ≈ u2；uo达峰值后u2减小，当uo≥u2时，VD1、VD3提前截止，电容C经过RL放电，输出电压缓慢下降（如t2～t3），因为放电时间常数较大，电容放电速度很慢，当uC下降不多时u2已开始下一个上升周期，当u2＞uo时，电源u2又经过导通VD2、VD4向负载RL供电，同时再给电容C充电（如t3～t4），如此周而复始。电路进入稳态工作后，负载上得到图中实线所表示近似锯齿电压波形，和整流输出脉动直流（虚线）相比，滤波后输出电压平滑多了。
显然，放电时间常数RLC越大、输出电压越平滑。若负载开路（RL=∞），电容无放电回路，输出电压将保持为u2峰值不变。
（1）输出电压估算
显然，电容滤波电路输出电压和电容放电时间常数τ=RLC相关，τ应远大于u2周期T，分析及试验表明，当
τ=RLC≥（3～5）T /2

时，滤波电路输出电压可按下式估算，即

UO≈1.2U2

（2）整流二极管导通时间缩短了，存在瞬间浪涌电流，要求二极管许可经过更大电流，管子参数应满足
IFM＞2IV=IO

（3）在已知负载电阻RL情况下，依据式子选择滤波电容C容量，即

C≥（3～5） T /2RL

若容量偏小，输出电压UO将下降，通常均选择大容量电解电容；电容耐压应大于u2峰值，同时要考虑电网电压波动原因，留有足够余量。
电容滤波电路负载能力较差，仅适适用于负载电流较小场所。

4、稳压电路

在设计中，常利用电容器两端电压不能突变和流过电感器电流不能突变特点，将电容器和负载电容并联或电容器和负载电阻串联，以达成使输出波形基础平滑目标。选择电容滤波电路后，直流输出电压：Uo1=(1.1～1.2)U2，直流输出电流：（I2是变压器副边电流有效值），稳压电路可选集成三端稳压器电路。稳压电路原理电路见图6

图6 稳压电路原理图

5、设计电路原理图

图7 可调（2.5V——36V）直流稳压电源
3．设计方法介绍
（1）依据设计所要求性能指标，选择集成三端稳压器。
因为要求输出电压可调，所以选择三端可调式集成稳压器，可调式集成稳压器，常见关键有CW317、CW337、LM317、LM337。317系列稳压器输出连续可调正电压，337系列稳压器输出连可调负电压，可调范围为2.5V~36V，最大输出电流 为1.5A。稳压内部含有过流、过热保护电路，含有安全可靠，性能优良、不易损坏、使用方便等优点。其电压调整率和电流调整率均优于固定式集成稳压组成可调电压稳压电源。
输出电压表示式为：

式中，1.25是集成稳压块输出端和调整端之间固有参考电压 ，此电压加于给定电阻两端，将产生一个恒定电流经过输出电压调整电位器 ， 通常使用精密电位器，和其并联电容器C可深入减小输出电压纹波。
输出电压可调范围：2.5V～36V
输出负载电流：1.5A
能满足设计要求,故选择LM317组成稳压电路。
（2）选择电源变压器
1）确定副边电压U2:
依据性能指标要求：Uomin=3V Uomax=9V
又 ∵ Ui-Uomax≥(Ui-Uo)min Ui-Uoin≤(Ui-Uo)max
其中：（Ui-Uoin）min=3V，(Ui-Uo)max=40V
∴ 12V≤Ui≤43V
此范围中可任选 ：Ui=14V=Uo1
依据 Uo1=(1.1～1.2)U2
可得变压副边电压：
2）确定变压器副边电流I2
∵ Io1=Io
又副边电流I2=(1.5～2)IO1 取IO=IOmax=800mA
则I2=1.5*0.8A=1.2A
3）选择变压器功率
变压器输出功率：Po>I2U2=14.4W
（3）选择整流电路中二极管
查手册选整流二极管IN4001，其参数为：反向击穿电压UBR=50V>17V
最大整流电流IF=1A>0.4A
（4）滤波电路中滤波电容选择
滤波电容大小可用下式求得。
1）求ΔUi:
依据稳压电路稳压系数定义：
设计要求ΔUo≤15mV ，SV≤0.003
Uo=+3V～+9V
Ui=14V
代入上式，则可求得ΔUi
2）滤波电容C
设定Io=Iomax=0.8A，t=0.01S
则可求得C。
电路中滤波电容承受最高电压为 ，所以所选电容器耐压应大于17V。
注意： 因为大容量电解电容有一定绕制电感分布电感，易引发自激振荡，形成高频干扰，所以稳压器输入、输出端常 并入瓷介质小容量电容用来抵消电感效应，抑制高频干扰。
六、 课程设计汇报总结
经过此次课程设计，使我愈加扎实掌握了相关模拟电子技术方面知识，在设计过程中即使碰到了部分问题，但经过一次又一次思索，一遍又一遍检验最终找出了原因所在，也暴露出了前期我在这方面知识欠缺和经验不足。实践出真知，经过亲自动手操作，使我们掌握知识不再是纸上谈兵。
过而能改，善莫大焉。在课程设计过程中，我们不停发觉错误，不停更正，不停领悟，不停获取。最终检测调试步骤，本身就是在践行“过而能改，善莫大焉”知行观。这次课程设计最终顺利完成了，在设计中碰到了很多问题，最终在老师指导下，最终游逆而解。在以后社会发展和学习实践过程中，一定要不懈努力，不能碰到问题就想到要退缩，一定要不厌其烦发觉问题所在，然后一一进行处理，只有这么，才能成功做成想做事，才能在以后道路上劈荆斩棘，而不是知难而退，那样永远不可能收获成功，收获喜悦，也永远不可能得到社会及她人对你认可！
课程设计诚然是一门专业课，给我很多专业知识和专业技能上提升，同时又是一门讲道课，一门辩思课，给了我很多道，给了我很多思，给了我莫大空间。同时，设计让我感慨很深。使我对抽象理论有了具体认识。经过这次课程设计，我掌握了常见元件识别和测试；熟悉了常见仪器、仪表；了解了电路连线方法；和怎样提升电路性能等等，掌握了可调直流稳压电源结构及原理。
我认为，在这学期试验中，不仅培养了独立思索、动手操作能力，在多种其它能力上也全部有了提升。更关键是，在试验课上，我们学会了很多学习方法。而这是以后最实用，真是受益匪浅。要面对社会挑战，只有不停学习、实践，再学习、再实践。这对于我们未来也有很大帮助。以后，不管有多苦，我想我们全部能变苦为乐，找寻有趣事情，发觉其中珍贵事情。就像中国提倡艰苦奋斗一样，我们全部能够在试验结束以后变愈加成熟，见面对需要面正确事情。
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，能够说得是苦多于甜，不过能够学到很多很多东西，同时不仅能够巩固了以前所学过知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过知识。经过这次课程设计使我知道了理论和实际相结合是很关键，只有理论知识是远远不够，只有把所学理论知识和实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提升自己实际动手能力和独立思索能力。在设计过程中碰到问题，能够说得是困难重重，但可喜是最终全部得到了处理。
试验过程中，也对团体精神进行了考察，让我们在合作起来愈加默契，在成功后一起体会喜悦心情。果然是团结就是力量，只有相互之间默契融洽配合才能换来最终完美结果。
此次设计也让我明白了思绪即出路，有什么不懂不明白地方要立即请教或上网查询，只要认真钻研，动脑思索，动手实践，就没有弄不懂知识，收获颇丰。