可調(diào)直流穩(wěn)壓電源設計

1、電子技術課程設計說明書（電氣工程學院）設 計 題 目： 可調(diào)直流穩(wěn)壓電源設計 專 業(yè) 班 級： 電自142 指 導 教 師： 明德剛 學 生 姓 名： 設 計 地 點： 實驗室315 設 計 日 期： 2016年11月28日12月9日 目 錄設計題目：21 設計目的及任務31.1 設計目的31.2 設計任務32 設計過程42.1 題目分析42.2 整體構思42.3 具體實現(xiàn)53 元件說明及相關計算73.1 元件說明73.2 相關計算94 制作及調(diào)試過程124.1 制作過程124.2 調(diào)試過程124.3 遇到問題及解決措施125 心得體會14參考文獻15致謝16附錄1：電路原理圖17附錄2：實物

2、圖片17附錄3：元件清單19貴州理工學院學生課程設計成績評定表（電氣類）20可調(diào)直流電源穩(wěn)壓設計摘要直流穩(wěn)壓電源,又稱直流穩(wěn)壓器，它的供電電源大都是交流電源，當交流供電電源的電壓或負載電阻變化時，穩(wěn)壓器的直接輸出電壓都能保持穩(wěn)定。直流穩(wěn)壓電源一般由電源變壓器，整流電路，濾波電路以及穩(wěn)壓電路等電路組成。變壓器把高壓交流電壓變?yōu)樗枰牡蛪航涣麟?；整流器把交流電變?yōu)橹绷麟?；?jīng)濾波后，穩(wěn)壓器再把不穩(wěn)定的直流電壓變?yōu)榉€(wěn)定的直流電壓輸出。本設計主要采用變壓器，整流，濾波，穩(wěn)壓的流程思路將輸入220V交流電轉(zhuǎn)換成3V9V的直流電源。其中，穩(wěn)壓電路采用三端固定穩(wěn)壓器LM317達到穩(wěn)壓效果，因此系統(tǒng)可根據(jù)實際

3、需要對其設計進行適當?shù)男薷?。關鍵詞： 變壓器，整流，濾波，穩(wěn)壓，LM317穩(wěn)壓管，電路仿真課程設計：可調(diào)直流電源穩(wěn)壓設計1 設計目的及任務1.1 設計目的（1） 結合電子技術基礎中所學的理論知識，獨立的設計方案，培養(yǎng)學生獨立分析和解決問題的能力。（2） 學會查閱相關手冊和資料，通過查閱手冊和資料，進一步熟悉常用電子器件的類型和特性，并掌握合理的選用的原則。（3） 學會使用常用電子元器件。（4） 掌握基本的現(xiàn)代電子技術設計工具和EDA技術。（5） 掌握電子電路的安裝與調(diào)試技術，進一步熟悉電子儀器的使用方法。（6） 認真撰寫總結報告，培養(yǎng)嚴謹?shù)淖黠L和科學的態(tài)度。1.2 設計任務設計一個基于LM31

4、7的可調(diào)直流穩(wěn)壓電源，其輸出電壓+3V+9V連續(xù)可調(diào)，電源由降壓，整流，濾波和穩(wěn)壓等環(huán)節(jié)構成。在萬能板上焊接并調(diào)試，實現(xiàn)如下的功能：（1） 輸出電壓U0=+3V+9V連續(xù)可調(diào)；（2） 最大輸出電流；（3） 要求選用LM317集成穩(wěn)壓器；（4） 考慮變壓器輸入接口和電壓輸出接口；（5） 考慮過流和過壓保護。2 設計過程2.1 題目分析（1） 電網(wǎng)供電電壓交流220V（有效值）50Hz，要獲得低壓直流輸出，首先必須采用電源變壓器將電網(wǎng)電壓降低獲得所需要的交流電壓。（2） 降壓后的交流電壓，通過整流電路變成單向直流電，但其幅度變化大（及脈動大）。（3） 脈動大的直流電壓需進過濾波電路變成平滑，脈動小

5、的直流電，即將交流成分濾掉，保留其直流成分。（4） 濾波后的直流電壓，再通過穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓，便可得到基本不受外界影響的穩(wěn)壓直流電壓輸出，供給電壓表。2.2 整體構思直流電壓電源是一種將220V工頻交流電轉(zhuǎn)換成穩(wěn)壓輸出的直流電的裝置，它需要降壓，整流，濾波，穩(wěn)壓四個環(huán)節(jié)才能完成。一般由電源變壓器，整流濾波電路及穩(wěn)壓電路所組成，基本框圖如下： 直流穩(wěn)壓電源的原理框圖和波形變換（1） 電源變壓器：是降壓變壓器，它的作用是將220V的交流電壓變換成整流濾波電路所需要的交流電壓Ui。變壓器的變比由變壓器的副邊確定，變壓器副邊與原邊的功率比為，式中是變壓器的效率。（2） 整流電路：利用單向?qū)щ娫?，?0H

6、z的正弦交流電變換成脈動的直流電。（3） 濾波電路：可以將整流電路輸出電壓中的大部分交流成分濾除。濾波電路濾除較大的波紋成分，輸出波紋較小的直流電壓U1。常用的整流濾波電路有全波整流濾波，橋式整流濾波等。（4） 穩(wěn)壓電路：穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路其工作原理是利用穩(wěn)壓管兩端的電壓，電壓稍有變化，會引起其電流有較大變化這一特點，通過調(diào)節(jié)與穩(wěn)壓管串聯(lián)的限流電阻上的壓降來達到穩(wěn)壓輸出電壓的目的。2.3 具體實現(xiàn) 1.電源變壓器：過整流電路將將交流變?yōu)槊}動的直流電壓，由于此脈動的直流電壓含有較少的波紋，必須通過濾波電路加以濾波，從而得到平滑的直流電壓，電源變壓器的作用是將交流220V的電壓變?yōu)樗璧碾妷褐?，然后?/p>

7、過的電壓還隨電網(wǎng)電壓波動，負載和溫度的變化，因而在整流，濾波電路之后，還需接穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓電路的作用是當電網(wǎng)電壓波動，負載和溫度變化時，維持輸出直流電壓穩(wěn)定。如下圖所示2. 整流電路：利用二極管的單向?qū)щ娦?，將交流電壓（電流）變成單向脈動電壓（電流）的電路，稱為整流電路。交流電分為三相交流電和單相交流電，在小功率電路中一般采用單相半波，全波，橋式整流電路和倍壓整流電路。本次課程設計主要研究單相橋式整流電路，對于倍壓整流電路及全波整流電路，可通過相應參考書來了解。如下圖所示3. 濾波電路：經(jīng)過整流后，輸出電壓在正負方向上沒有變化，當輸出電壓波形仍然保持正弦波的形狀，起伏很大。為了能過得到平滑的直

8、流電壓波形，需要有濾波的措施。在直流電源上多是利用電抗元件對交流信號的電抗性質(zhì)，將電容器或電感器與負載電阻恰當連接而構成濾波電路。電容有通高頻，阻低頻的作用，將其并在整流電路后面，可以讓高頻電流通過電容流回電源，從而減少了流入負載的高頻電流，降低了負載電壓的高頻成分，減小了脈動。如下圖所示：4. 穩(wěn)壓電路：集成三端穩(wěn)壓器具有體積小，外圍元件少，調(diào)整簡單，使用方便且性能好，穩(wěn)定性高，價格便宜等優(yōu)點，因而獲得越來越廣泛的應用。如下圖所示：3 元件說明及相關計算3.1 元件說明圖3.5是外形圖和電路符號，在輸出電壓范圍1.2V37V時能夠提供超過1.5A的電流，此穩(wěn)壓器非常易于使用。 圖3.5固定式

9、集成三端穩(wěn)壓器外形及電路符號穩(wěn)壓電源的輸出電壓的公式為。僅僅從公式本身公式來看，R1，R2的電阻值可以隨意設定，然而作為穩(wěn)壓電源的輸出電壓的計算公式，R1和R2的阻值是不能隨意設定的。首先317穩(wěn)壓塊的輸出電壓變化范圍是(高輸出電壓的317穩(wěn)壓塊如LM317HVA,LM317HVK等,其輸出電壓的變化范圍是)，所以R2/R1的比值范圍只能是028.6。經(jīng)計算可知R1的最大取值為又因為R2/R1的最大值為28.6，所以R2的最大取值為。在使用317穩(wěn)壓塊的輸出電壓計算公式計算其輸出電壓時，必須保證，兩個不等式同時成立，才能保證317穩(wěn)壓塊在空載時能夠穩(wěn)定地工作。2.橋式整流二極管： 在橋式整流二

10、極管中有兩個要點，一是容許通過的最大電流，二是反向穿電壓，一般選擇在路電流電壓的2倍左右的二極管。3.電位器 電位器是一種具有三個接頭的可變電阻器。 AB和BC之間的電阻可以通過簧片調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)軸來加以改變電阻，其中AC兩邊電阻最大。符號如圖所示：3.2相關計算1.集成三端穩(wěn)壓器  LM317內(nèi)置有過載保護、安全區(qū)保護等多種保護電路。調(diào)整端使用濾波電容能得到比標準三端穩(wěn)壓高得多的紋波抑制比?？烧{(diào)整輸出電壓低到1.2V，保證1.5A輸出電流，典型線性調(diào)整率0.01%，80dB紋波抑制比，輸出短路保護，過流、過熱保護，調(diào)整管安全工作區(qū)保護，標準三極管封裝。如圖所示： LM317其特性

11、參數(shù)：可調(diào)范圍為最大輸出點流為1.5A 輸入與輸出工作壓差為 輸出表達式為：=  其中，是集成穩(wěn)壓器件的輸出電壓，即為1.25V。如圖所示，改變R2的值，的值即可改變。當R2短路時最小，為即1.25V；當R2大于零時，都大于，最大可達37V。2.選擇電源變壓器  1）確定副邊電壓：    根據(jù)性能指標要求： =          因為 所以 - 其中：,= 所以：此范圍可任選：= 

12、60;      根據(jù)          可得變壓的副邊電壓：2）確定副邊電流       又因為副邊電流 所以取=     則3)選擇變壓器的功率        變壓器的輸出功率： >3.選擇整流電路中的二極管  因為變壓器的伏變電壓 =&#

13、160; 所以橋式整流電路中的二極管承受的最高反向電壓為：= 橋式整流電路中二極管承受的最高平均電流為： 查手冊選整流二極管IN4007,其參數(shù)為：反向擊穿電>=  最大整流電流= 4.濾波電路中濾波電容的選擇 1）求：  根據(jù)穩(wěn)壓電路的穩(wěn)壓系數(shù)的定義：D=    設計要求 將其代入上式，則可求得  2）求濾波電容C       設定=      所以

14、濾波電容：電路中濾波電容承受的最高電壓為,所以所選電容器的耐壓應大于17v。4 制作及調(diào)試過程4.1 制作過程安裝時，先安裝比較小的元件，所以先安裝整流電路，再安裝穩(wěn)壓電路，最后再裝上電路（電容）。安裝時要注意，二極管和電解電容的極性不要接反，檢查無誤后，才將電源變壓器與整流濾波電路連接，通電后用萬用表檢查整流后輸出LM317輸入端電壓Ui的極性，若Ui的極性為負，則說明整流電路沒有接對，此時若接入穩(wěn)壓電路，就會損壞集成穩(wěn)壓器。然后接通電源，調(diào)節(jié)RW的值，若輸出電壓滿足設計指標，說明穩(wěn)壓電源中各級電路都能正常工作，此時就可以進行各項指標的測試。4.2 調(diào)試過程 靜態(tài)調(diào)試 當連好電路板的線路時，

15、先不要急著通電，而應該從以下幾個方面進行檢測：（1） 對照原理圖，用萬用表檢查線路的各個接口是否接通，是否有短路，斷路或漏接的現(xiàn)象，如果有，應該及時改好電路連線。（2） 對照原理圖，檢查各元件是否接得正確。動態(tài)調(diào)試接通12V的電壓，用數(shù)字萬用表對所設計的電路實物進行測試，調(diào)節(jié)滑動變阻器看電壓是否在3V9V的范圍之間。4.3 遇到問題及解決措施問題一：最小電壓低于3V？答：增大R2的電阻。誤差的因素：（1） 由于在測輸出電流時接觸點之間的微小電阻造成的誤差；（2） 電流編內(nèi)阻串入回路造成的誤差；（3） 示波器，萬用表本身的準確度而造成的系統(tǒng)誤差。改進此電路的方法：（1）減小接觸點的微小電阻；（2

16、）根據(jù)電流表的內(nèi)阻對測量進行修正；（3）采用更高精確讀的儀器去測量。問題二：在把電源電源接通后，測電源的輸入端沒有電源？答：按照電路原理圖重新檢查電路。沒有電源的原因：（1） 橋堆接反；（2） 連接電源的線接觸不良。采取的措施：（1） 按照原理圖對電路進行檢查，若橋堆接反，按照原理圖將電路改過來；（2） 若線路接觸不良，換線重新接。問題三：二極管燈不亮？答：先按照原理圖檢查電路。燈不亮的原因？（1） 電路有的地方可能接反了；（2） 二極管壞了。 采取的措施： （1）先按照原理圖檢查電路中是否有地方接反，若接反，將錯誤的地方改過； （2）用萬用表測一下二極管是否亮，若不亮，重新?lián)Q一顆二極管。5

17、心得體會本次的課程設計題目是可調(diào)直流穩(wěn)壓電源設計，本設計主要利用電源變壓器，整流二極管，濾波電容及集成穩(wěn)壓器固定式來設計，同時電壓直流穩(wěn)壓電源的輸出電壓范圍是+3V+9V，其結構簡單，使用元器件較少，系統(tǒng)的可靠性較好，且其精度高，成本低，并且可作為一個獨立的模塊為其他電子設備提供電能。伴隨著計算機和通訊技術發(fā)展而來的現(xiàn)代信息技術革命，給電力電子技術提供了更加廣闊的發(fā)展空間，同時也給電源提出了更高的要求。而電源在使用時會造成很多不良的影響和后果，而在世界各國紛紛對電源產(chǎn)品提出來不同的要求和措施并制定了一系列的產(chǎn)品精度標準。只有滿足了產(chǎn)品的標準，才能過進入市場進行銷售和買賣。在這次課程設計的過程中

18、，我們遇到了不少問題和困難，但我們都努力的克服了，并且通過討論和指導老師的幫助解決了遇到的問題和困難，在這次課程設計的實驗過程中，我們在實物接線中多次接線失敗，我們又重新按照原理圖接線并查找接線錯誤的原因，經(jīng)過多次的連接和改正，最后接線終于成功了，雖然本次實驗的接線不復雜，但是我們還是下了很大的努力。在這中間，我們要對導線進行測量，進行電路的組裝，整體電路的調(diào)試，最終順利的完成了本次實驗。在此過程中，不但增強了我們的動手能力，同時也讓我們對課本上的知識又進行了一次溫故，使我們加強了對課本上知識的理解和掌握，也擴寬了我們對課本知識以外的了解。通過本次課程的設計，使我們了解了書本上沒有的知識，更加

19、鞏固了我們所學的知識，同時也增強了自己的靈活運用所學知識到實踐中的能力。在這次課程設計中我受益匪淺，雖然在這過程中遇到了很多的意想不到的問題，但在最后都順利的完成并取得了成功，因為取得成功的能夠讓我們的內(nèi)心充滿成就感和滿足感，也讓我深深地體會到了做學問一定要有認真，嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度，這也將在我們以后的生活和學習中起到莫大的幫助和作用。最后，我在這里感謝我的指導老師我?guī)椭^我的同學們，非常謝謝你們的幫助和知道。參考文獻1. 模擬電子技術簡明教程 楊素行 高等教育出版社2. 數(shù)字電子技術簡明教程 余孟嘗 高等教育出版社3. 基于PROTEUS的電路及單片機設計與仿真 周潤景 北京航空航天大學出版社4

20、. 楊素行 編模擬電子技術簡明教程，北京 高等教育出版社，2001年1月出版5. 基于PROTEUS的電路及單片機設計與仿真 6. 張憲 編電子電路制作指導，北京 化工工業(yè)出版社，2005年8月出版7. 張友汗 編電子技術基礎教學參考書，北京 高等教育出版社，2005年6月出版致謝在這兩個星期的電子技術課程設計的實踐中。我首先要感謝明德剛指導老師，因為從課程設計的開始到完成，他都對我們付出了很多，是他在我們遇到困難和難題時幫助我們解決，在這段時間里使我學會了直流穩(wěn)壓電源的基本設計方法，同時也使我對直流穩(wěn)壓電源的工作原理和使用方法有了更深刻的理解和詮釋。當我們把自己想出來的方案應用到實踐中的時候，出現(xiàn)了許多問題，如LM317引腳接反，測試時LED燈不亮，測試的結果和要求的結果不相符合等等。都是經(jīng)過