直流穩(wěn)壓電源設(shè)計課程設(shè)計論文

1、遼 寧 工 業(yè) 大 學 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ) 課程設(shè)計（論文）題目：直流穩(wěn)壓電源設(shè)計摘要直流穩(wěn)壓電源應用廣泛，幾乎所有電器、電力或電子設(shè)備都毫不例外地需要穩(wěn)定的直流電壓（電流）供電，它是電子電路工作的“能源”和“動力”。不同的電路對電源的要不同的。在很多電子設(shè)備和電路中需要一種當電網(wǎng)電壓波動或負載發(fā)生變化時，輸出電壓仍能基本保持不變的電源。電子設(shè)備中的電源一般由交流電網(wǎng)提供，如何將交流電壓（電流）變?yōu)橹绷麟妷海娏鳎┕╇?？又如何使直流電壓（電流）穩(wěn)定？這是電子技術(shù)的一個基本問題。解決這個問題的方案很多，歸納起來大致可分為線性電子穩(wěn)壓電源和開關(guān)穩(wěn)壓電源兩類，它們又各自可以用集成電路或分立元件構(gòu)成。

2、半導體二極管和晶體管是電子電路中常用的半導體器件，也是構(gòu)成集成電路的基本單元。主要利用這兩種元器件設(shè)計制作一個分立式元器件串聯(lián)反饋型穩(wěn)壓電源。直流穩(wěn)壓電源由交流電網(wǎng)經(jīng)變壓、整流、濾波、和穩(wěn)壓四個主要部分構(gòu)成。本次設(shè)計的主要容是圍繞著如何使分立式元器件串聯(lián)可調(diào)直流穩(wěn)壓電源輸出直流電壓穩(wěn)定、脈動成分減小而展開的。首先介紹了全波整流電路的工作原理，接著介紹了電容濾波電路的性能特點，然后引入了具有放大環(huán)節(jié)和輔助電源的串聯(lián)可調(diào)式穩(wěn)壓電源，并在電路中采用了提高穩(wěn)定度，提高溫度穩(wěn)定性與限流型過流保護電路的具體措施，以確保電路安全穩(wěn)定的工作。關(guān)鍵字：串聯(lián)穩(wěn)壓,直流,可調(diào)電源，Multisim軟件，LM317.

3、目 錄第1章 串聯(lián)式直流穩(wěn)壓電源設(shè)計方案論證1 1.1串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計意義2 1.2串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源設(shè)計的要求與技術(shù)指標3 1.3 總體設(shè)計方案論證31.3.1 總體設(shè)計方案論證31.3.2 總體設(shè)計方案框圖4 第2章 直流穩(wěn)壓電源各單元電路設(shè)計5 2.1 降壓電路設(shè)計5 2.2 整流電路設(shè)計5 2.3 濾波電路設(shè)計7 2.4 穩(wěn)壓電路設(shè)計8 2.5 保護電路設(shè)計9第3章 直流穩(wěn)壓電源整體電路設(shè)計10 3.1 整體電路圖與工作原理10 3.2 電路參數(shù)計算11 3.3 電路仿真結(jié)果13第4章 設(shè)計總結(jié)17參考文獻18附錄 總體電路圖19附錄 元器件清單2219 / 22 第一章 串聯(lián)

4、式直流穩(wěn)壓電源設(shè)計方案論證1.1串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計意義當今社會人們極大的享受著電子設(shè)備帶來的便利，但是任何電子設(shè)備都有一個共同的電路-電源電路。大到超級計算機、小到袖珍計算器，所有的電子設(shè)備都必須在電源電路的支持下才能正常工作。當然這些電源電路的樣式、復雜程度千差萬別。超級計算機的電源電路本身就是一套復雜的電源系統(tǒng)。通過這套電源系統(tǒng)，超級計算機各部分都能夠得到持續(xù)穩(wěn)定、符合各種復雜規(guī)的電源供應。袖珍計算器則是簡單多的電池電源電路。不過你可不要小看了這個電池電源電路，比較新型的電路完全具備電池能量提醒、掉電保護等高級功能。可以說電源電路是一切電子設(shè)備的基礎(chǔ)，沒有電源電路就不會有如此種類繁多

5、的電子設(shè)備。半導體二極管和晶體管是電子電路中常用的半導體器件，也是構(gòu)成集成電路的基本單元。本工程訓練主要利用這兩種元器件設(shè)計制作一個分立式元器件串聯(lián)反饋型穩(wěn)壓電源。直流穩(wěn)壓電源由交流電網(wǎng)經(jīng)變壓、整流、濾波、和穩(wěn)壓四個主要部分構(gòu)成。本次設(shè)計的主要容是圍繞著如何使分立式元器件串聯(lián)可調(diào)直流穩(wěn)壓電源輸出直流電壓穩(wěn)定、脈動成分減小而展開的。首先介紹了全波整流電路的工作原理，接著介紹了電容濾波電路的性能特點，然后引入了具有放大環(huán)節(jié)和輔助電源的串聯(lián)可調(diào)式穩(wěn)壓電源，并在電路中采用了提高穩(wěn)定度，提高溫度穩(wěn)定性與限流型過流保護電路的具體措施，以確保電路安全穩(wěn)定的工作。由于電子技術(shù)的特性，電子設(shè)備對電源電路的要求就

6、是能夠提供持續(xù)穩(wěn)定、滿足負載要求的電能，而且通常情況下都要求提供穩(wěn)定的直流電能。提供這種穩(wěn)定的直流電能的電源就是直流穩(wěn)壓電源。直流穩(wěn)壓電源在電源技術(shù)中占有十分重要的地位。 穩(wěn)壓電源的分類方法繁多，按輸出電源的類型分有直流穩(wěn)壓電源和交流穩(wěn)壓電源；按穩(wěn)壓電路與負載的連接，方式分有串聯(lián)穩(wěn)壓電源和并聯(lián)穩(wěn)壓電源； 并聯(lián)穩(wěn)壓電源有效率低、輸出電壓調(diào)節(jié)圍小和穩(wěn)定度不高這三個缺點。而串聯(lián)穩(wěn)壓電源正好可以避免這些缺點，所以廣泛使用的一般都是串聯(lián)穩(wěn)壓電源。1.2 串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計要求和技術(shù)指標設(shè)計參數(shù)：1 設(shè)計并制作一臺串聯(lián)型（連續(xù)調(diào)整式）直流穩(wěn)壓電源。2 輸出直流電壓。3 最大輸出電流。4 穩(wěn)壓系數(shù)。5

7、 具有過流保護功能。設(shè)計要求：1 .分析設(shè)計要求，明確性能指標。必須仔細分析課題要求、性能、指標與應用環(huán)境等，廣開思路，構(gòu)思出各種總體方案，繪制結(jié)構(gòu)框圖。2 .確定合理的總體方案。對各種方案進行比較，以電路的先進性、結(jié)構(gòu)的繁簡、成本的高低與制作的難易等方面作綜合比較，并考慮器件的來源，敲定可行方案。3 .設(shè)計各單元電路。總體方案化整為零，分解成若干子系統(tǒng)或單元電路，逐個設(shè)計。4. 組成系統(tǒng)。在一定幅面的圖紙上合理布局，通常是按信號的流向，采用左進右出的規(guī)律擺放各電路，并標出必要的說明。1.3總體設(shè)計方案1 方案的論證方案一：本方案采用變壓器，單相橋式電路，電阻，集成運放，電容等元器件。用變壓器

8、先把220Vac交流電源降到12Vac，然后用整流二極管進行整流，再用電容濾波，然后用輸出可調(diào)的線性穩(wěn)壓器LM317穩(wěn)壓，選擇適當?shù)谋壤娮瑁ㄆ渲兄粸榭烧{(diào)），就可以實現(xiàn)12V電壓輸出。當R1阻值選用1.25k，R2阻值選用11k，就可以確保實現(xiàn)12V電壓輸出。圖 1.1 以LM317為核心電路圖方案二：本方案采用變壓器、二極管、集成運放、電阻、穩(wěn)壓管、三極管等元器件。220V 的交流電經(jīng)變壓器變壓后變成電壓值較小的交流電，再經(jīng)橋式整流電路和濾波電路形成直流，穩(wěn)壓部分采用串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。特點是采用復合管作為調(diào)整管。 圖1.2 復合管作為調(diào)整管電路圖 通過比較，方案一設(shè)計通過市電的輸入，經(jīng)過降壓

9、、整流、濾波和穩(wěn)壓，最終獲得穩(wěn)定的直流電壓。且結(jié)構(gòu)簡單，可用常用分立元器件，容易實現(xiàn)，技術(shù)成熟，完全能夠達到技術(shù)參數(shù)的要求，造價成本低。故本設(shè)計選用方案一。二 總體設(shè)計方案框圖圖1.4所示是具有穩(wěn)壓電路的電源電路框圖。從圖中可以看出，這一電源電路有交流降壓電路、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路四部分組成。它是在無穩(wěn)壓電源電路的基礎(chǔ)上，在濾波電路之后再介入穩(wěn)壓電路，對直流工作電壓進行穩(wěn)定處理而形成的電路.圖1.3 直流穩(wěn)壓電路設(shè)計方案框圖 相對應直流穩(wěn)壓過程的U-T圖像如下:圖 1.4 直流穩(wěn)壓過程圖第2章 串聯(lián)型直流放大電路各單元電路設(shè)計2.1交流降壓過程交流市電的降壓電路通過降壓變壓器或者電容來

10、實現(xiàn)，通常是采用電源變壓器進行交流降壓。在電源電路中的變壓器成為電源變壓器。在電源變壓器電路中，輸入電壓都是220V交流市電，從初級線圈0和1之間輸入。降壓后的交流電壓從次級線圈輸出，即從2和3端輸出。圖2.1 變壓器仿真圖 圖2.2變壓器原理圖2.2單相橋式整流電路在正半周期時，、導通，、截止。圖2.3 單相橋式整流電路仿真圖的對應降壓前后電壓圖像如下:圖2.4 整流電路波形圖2.3電容濾波原理濾波電路用于濾去輸出電壓中的紋波，一般由電抗元件組成，如在負載電阻兩端并聯(lián)電容器C，或在整流電路輸出端與負載間串聯(lián)電感器L，以與由電容、電感組合而成的各種復式濾波電路。（本設(shè)計中采用電容濾波電路，不考

11、慮電感以與電容電感復合整流電路。）采用濾波電路可濾除整流電路輸出電壓中的交流成分，使電壓波形變得平滑。常見的濾波電路有電容濾波、電感濾波和復式濾波等。對應濾波元件仿真圖如下:圖2.5 濾波原件仿真圖對應濾波電路波形圖如下：圖2.6 濾波電路波形圖 圖2.7 濾波電路特性圖2.4串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路假設(shè)穩(wěn)壓電路的輸入電壓保持不變，當負載電阻減小，負載電流增大時，由于電流在電阻R上的壓降升高，輸出電壓將下降。而穩(wěn)壓管并聯(lián)在輸出端，由圖中穩(wěn)壓管兩端的電壓有一個很小的下降時，穩(wěn)壓管的電流將減小很多。此時IR也有減小的趨勢。實際上利用IZ的減小來補償流過負載的電流的增大，使IR基本保持不變，從而使輸出電壓

12、也保持基本穩(wěn)定。假設(shè)負載電阻保持不變，由于電網(wǎng)電壓升高而使電容兩端電壓升高時，自輸出電壓也將隨之上升。但是，由于穩(wěn)壓管的伏安特性課件，此時穩(wěn)壓管的電流將急劇增加，于是電阻R上的壓降增大，以此抵消電容兩端電壓的升高，從而使輸出電壓基本保持穩(wěn)定。 圖2.8 串聯(lián)式穩(wěn)壓電路仿真圖接入負載后串聯(lián)式穩(wěn)壓電路的原理圖：圖2.9 串聯(lián)式穩(wěn)壓電路原理圖2.5 過流保護設(shè)計 317穩(wěn)壓塊都有一個最小穩(wěn)定工作電流，有的資料稱為最小輸出電流。在應用中，為了電路的穩(wěn)定工作，在一般情況下，還需要接二極管作為保護電路，防止電路中的電容放電時的高壓把317燒壞。選擇在LM317元件4,5端各接入一個二極管，防止當電容放電時

13、電流過大燒壞LM317元件。 圖2.10 過流保護部分第3章 串聯(lián)式直流穩(wěn)壓電路整體電路設(shè)計3.1整體電路與原理首先市電（220V，50Hz）輸入，經(jīng)過降壓變壓器降低電壓，再經(jīng)過整流管就行整流。然后通過電容濾波，最后經(jīng)過穩(wěn)壓管進行穩(wěn)壓處理。即將交流轉(zhuǎn)換為直流，完成了直流穩(wěn)壓電源的實現(xiàn)。用變壓器先把220Vac交流電源降到12Vac，然后用整流二極管進行整流，再用電容濾波，然后用輸出可調(diào)的線性穩(wěn)壓器LM317穩(wěn)壓，選擇適當?shù)谋壤娮瑁ㄆ渲兄粸榭烧{(diào)），就可以實現(xiàn)12V可調(diào)電壓輸出。當R1阻值選用1.25k，R2阻值選用11k，就可以確保實現(xiàn)12V電壓輸出。圖3.1 整體電路仿真圖3.2電路參數(shù)計

14、算與選擇 變壓器先把220Vac交流電源降到12Vac，然后用整流二極管進行整流，再用電容濾波，然后用輸出可調(diào)的線性穩(wěn)壓器LM317穩(wěn)壓，選擇適當?shù)谋壤娮瑁ㄆ渲兄粸榭烧{(diào)），就可以實現(xiàn)12V可調(diào)電壓輸出。當R1阻值選用1.25k，R2阻值選用11k，就可以確保實現(xiàn)12V可調(diào)電壓輸出。當負載取22即可實現(xiàn)最大輸出電流 500mA.輸入電壓（220V市電情況下）與輸出電壓關(guān)系的表達式： 其中和分別為1、0端（原邊）和3、2端（副邊）的線圈匝數(shù)，所以=12V負載上的直流電壓直流電流為 =500mA 輸出電壓 =12V穩(wěn)壓系數(shù) 計算得Sr=0.043 所以Sr5%3.3電路仿真結(jié)果 （1）當示波器接

15、入輸入交流電壓時，測量輸入電壓的波形，仿真電路圖3.2如下 圖 3.2 輸入交流電壓當輸入交流電為220V 50Hz時，對應輸入電壓波形圖： 圖3.3 波形圖（2）當示波器接入降壓器副邊處，測量降壓后的電壓，仿真電路圖如圖3.4所示 圖 3.4 接入副邊 對應降壓后的波形圖如下： 圖 3.5波形圖波形的幅值明顯減小，即本設(shè)計的降壓部分達到預期效果。(3)當示波器接入電路整流部位，測量此時經(jīng)濾波過后的輸出電壓，仿真圖如下:圖 3.6 濾波部分 對應濾波后電壓波形圖如下: 圖 3.7 波形圖波形屬性符合整流后的特點，即本設(shè)計的降壓部分達到了預期的效果。(4)示波器接入電路的輸出端,測量經(jīng)穩(wěn)壓過后的

16、輸出直流電壓的 圖 3.8 輸出端電路圖經(jīng)過穩(wěn)壓后的直流電壓波形圖如下: 圖 3.9 波形圖 得到的仿真波形如圖3.9所示，即本設(shè)計全部符合要求，達到了預期的降壓-整流-濾波-穩(wěn)壓的目的，將交流電成功地轉(zhuǎn)換成了直流電，實現(xiàn)了直流穩(wěn)壓電源的目的。第4章 設(shè)計總結(jié) 用變壓器先把220Vac交流電源降到12Vac，然后用整流二極管進行整流，再用電容濾波，然后用輸出可調(diào)的線性穩(wěn)壓器LM317穩(wěn)壓，選擇適當?shù)谋壤娮瑁ㄆ渲兄粸榭烧{(diào)），就可以實現(xiàn)12V可調(diào)電壓輸出。當R1阻值選用1.25k，R2阻值選用11k，就可以確保實現(xiàn)12V可調(diào)電壓輸出.當負載取22即可實現(xiàn)最大輸出電流 500mA。將所有的元器件

17、安裝完成后，必須仔細對照電路圖檢查線路是否正確，看有沒有接錯的地方。然后接通220V電源，按下主電路開關(guān)，用萬用表檢測輸出端有無電壓輸出，若無電壓輸出，則檢測輸出端以前的電路每點的電位，找到電位異常的點后，可斷開電源，仔細分析原因?qū)﹄娐氛w進行分析排查，看是否有元器件因為某點的短路而燒壞的，逐級進行。反復調(diào)試，直到找到原因所在。本設(shè)計以lm317為核心放大，通過Musitilism10對仿真軟件對電路仿真后，結(jié)果滿足設(shè)計要求，完成了本設(shè)計. 參考文獻1康華光主編 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)；:高等教育 .20012戴優(yōu)生主編 基礎(chǔ)電子電路設(shè)計與實踐；.國防工業(yè).20023曉文主編 電子線路課程設(shè)計；.電子工業(yè).20064梁宗善主編 電子課程基基礎(chǔ)設(shè)計；.華中理工大學.20025素行主編，模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)簡明教程（第三版）；清華大學