直流稳压电源的设计

江苏省楚州职教中心

直流稳压稳流电源的设计

  宋金伟 李忠 陈鹏 谭学文

20##年3月10日

目   录

一、设计目的. 1

二、设计任务及要求. 1

三、设计步骤. 1

四、总体设计思路. 2

五、实验设备及元器件. 5

六、测试要求. 5

七、设计报告要求. 6

八、注意事项. 6


直流稳压电源的设计

一、设计目的

1．学习基本理论在实践中综合运用的初步经验，掌握模拟电路设计的基本方法、设计步骤，培养综合设计与调试能力。

2．学会直流稳压电源的设计方法和性能指标测试方法。

3．培养实践技能，提高分析和解决实际问题的能力。

二、设计任务及要求

1．设计并制作一个连续可调直流稳压电源，主要技术指标要求：

① 输出电压可调：Uo=+3V～+9V

② 最大输出电流：Iomax=800mA

③ 输出电压变化量：ΔUo≤15mV

④ 稳压系数：SV≤0.003

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．自拟实验方法、步骤及数据表格，提出测试所需仪器及元器件的规格、数量，交指导教师审核。

4.批准后，进实验室进行组装、调试，并测试其主要性能参数。

三、设计步骤

1．电路图设计

（1）确定目标：设计整个系统是由那些模块组成，各个模块之间的信号传输，并画出直流稳压电源方框图。

（2）系统分析：根据系统功能，选择各模块所用电路形式。

（3）参数选择：根据系统指标的要求，确定各模块电路中元件的参数。

（4）总电路图：连接各模块电路。

2．电路安装、调试

（1）为提高学生的动手能力，学生自行设计印刷电路板，并焊接。

（2）在每个模块电路的输入端加一信号，测试输出端信号，以验证每个模块能否达到所规定的指标。

（3）重点测试稳压电路的稳压系数。

（4）将各模块电路连起来，整机调试，并测量该系统的各项指标。

四、总体设计思路

1．直流稳压电源设计思路

（1）电网供电电压交流220V(有效值)50Hz，要获得低压直流输出，首先必须采用电源变压器将电网电压降低获得所需要交流电压。

（2）降压后的交流电压，通过整流电路变成单向直流电，但其幅度变化大（即脉动大）。

（3）脉动大的直流电压须经过滤波电路变成平滑，脉动小的直流电，即将交流成份滤掉，保留其直流成份。

（4）滤波后的直流电压，再通过稳压电路稳压，便可得到基本不受外界影响的稳定直流电压输出，供给负载RL。

2．直流稳压电源原理

直流稳压电源是一种将220V工频交流电转换成稳压输出的直流电压的装置，它需要变压、整流、滤波、稳压四个环节才能完成，见图1。

 

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的交流电压，并送给整流电路，变压器的变比由变压器的副边电压确定。

（2）整流电路：利用单向导电元件，把50Hz的正弦交流电变换成脉动的直流电

（3）滤波电路：可以将整流电路输出电压中的交流成分大部分加以滤除，从而得到比较平滑的直流电压。

（4）稳压电路：稳压电路的功能是使输出的直流电压稳定，不随交流电网电压和负载的变化而变化。

整流电路常采用二极管单相全波整流电路，电路如图2所示。在u2的正半周内，二极管D1、D2导通，D3、D4截止；u2的负半周内，D3、D4导通，D1、D2截止。正负半周内部都有电流流过的负载电阻RL，且方向是一致的。电路的输出波形如图3所示。

 


在桥式整流电路中，每个二极管都只在半个周期内导电，所以流过每个二极管的平均电流等于输出电流的平均值的一半，即       。电路中的每只二极管承受的最大反向电压为(U2是变压器副边电压有效值)。

在设计中，常利用电容器两端的电压不能突变和流过电感器的电流不能突变的特点，将电容器和负载电容并联或电容器与负载电阻串联，以达到使输出波形基本平滑的目的。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是变压器副边电流的有效值。），稳压电路可选集成三端稳压器电路。

总体原理电路见图4。

3．设计方法简介

（1）根据设计所要求的性能指标，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，常见主要有CW317、CW337、LM317、LM337。317系列稳压器输出连续可调的正电压，337系列稳压器输出连可调的负电压，可调范围为1.2V~37V，最大输出电流为1.5A。稳压内部含有过流、过热保护电路，具有安全可靠，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构成的可调电压稳压电源。LM317系列和lM337系列的引脚功能相同，管脚图和典型电路如图4和图5.

 

图4管 脚图                                       图5典型电路

输出电压表达式为:

式中，1.25是集成稳压块输出端与调整端之间的固有参考电压，此电压加于给定电阻两端，将产生一个恒定电流通过输出电压调节电位器，电阻常取值，一般使用精密电位器，与其并联的电容器C可进一步减小输出电压的纹波。图中加入了二极管D，用于防止输出端短路时10µF大电容放电倒灌入三端稳压器而被损坏。

LM317其特性参数：

输出电压可调范围：1.2V～37V

输出负载电流：1.5A

输入与输出工作压差ΔU=Ui-Uo：3～40V

能满足设计要求,故选用LM317组成稳压电路。

（2）选择电源变压器

1）确定副边电压U2:

根据性能指标要求：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

根据  Uo1=(1.1～1.2)U2

可得变压的副边电压：

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）选择变压器的功率

变压器的输出功率：Po>I2U2=14.4W

（3）选择整流电路中的二极管

∵ 变压器的副边电压U2=12V

∴ 桥式整流电路中的二极管承受的最高反向电压为：

桥式整流电路中二极管承受的最高平均电流为：

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的选择

滤波电容的大小可用式         求得。

1）求ΔUi:

根据稳压电路的的稳压系数的定义：

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的最高电压为，所以所选电容器的耐压应大于17V。

注意： 因为大容量电解电容有一定的绕制电感分布电感，易引起自激振荡，形成高频干扰，所以稳压器的输入、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。

五、实验设备及元器件

1.万用表                2.示波器                         

3.交流毫伏表            4.三端可调的稳压器  LM317一片

六、测试要求

1．测试并记录电路中各环节的输出波形。

2．测量稳压电源输出电压的调整范围及最大输出电流。

3．测量输出电阻Ro。

4．测量稳压系数。

用改变输入交流电压的方法，模拟Ui的变化，测出对应的输出直流电压的变化，则可算出稳压系数SV.（注意： 用调压器使220V交流改变±10％。即ΔUi=44V）

5．用毫伏表可测量输出直流电压中的交流纹波电压大小，并用示波器观察、记录其波形。

6．分析测量结果，并讨论提出改进意见。

七、设计报告要求

1．设计目的。

2．设计指标。

3．总体设计框图，并说明每个模块所实现的功能。

4．功能模块，可有多个方案，并进行方案论证与比较，要有详细的原理说明。

5．总电路图设计，有原理说明。

6．实现仪器，工具。

7．分析测量结果，并讨论提出改进意见。

8．总结：遇到的问题和解决办法、体会、意见、建议等。

八、注意事项

1．焊接时要对各个功能模块电路进行单个测试，需要时可设计一些临时电路用于调试。

2．测试电路时，必须要保证焊接正确，才能打开电源，以防元器件烧坏。

3．注意LM317芯片的输入输出管脚和桥式整流电路中二极管的极性，不应反接。

4. 按照原理图焊接时必须要保证可靠接地。

 

第二篇：课程设计任务书(数控直流稳压电源)

电子线路课程设计实践报告

    课程名称：  电子线路   

实践题目：数控电压源

专业班级：12电子信息工程（本）                    

第  一 组，姓名 刘路              

学号   2012103243  

指导教师   余良国         

南昌工程学院信息工程学院教学科研部

南 昌 工 程 学 院

课程设计（论文）任务书

   信息工程   学院12电子信息工程(本) 专业    01        班

学生：      刘路              

日期：    自  20## 年  12月   22   日至 2105 年  1月 2  日

指导教师：     余国良               

助理指导教师(并指出所负责的部分)：

教研室：   电子工程             教研室主任：       王颖                

目录

一、         课题简介············································

二、         方案设计··········································

三、         各单元电路设计和参数计算·························

四、心得体会···········································16

五、参考资料······································17

六、附实物图·····································18

                              

                         

一．课题简介:

1.应用AT89S51作为控制器。51系列优点之一是它从内部的硬件到软件有一套完整的按位操作系统，称作位处理器，或布尔处理器。它的处理对象不是字或字节而是位。它不光能对片内某些特殊功能寄存器的某位进行处理，如传送、置位、清零、测试等，还能进行位的逻辑运算，其功能十分完备，使用起来得心应手。51系列的另一个优点是乘法和除法指令，这给编程也带来了便利。而且，51系列的I/O脚的设置和使用非常简单，当该脚作输入脚使用时，只须将该脚设置为高电平（复位时，各I/O口均置高电平）。当该脚作输出脚使用时，则为高电平或低电平均可。低电平时，吸入电流可达20mA，具有一定的驱动能力；而为高电平时，输出电流仅数十μA甚至更小（电流实际上是由脚的上拉电流形成的），基本上没有驱动能力。

 2.使用led显示。优点，可视角度宽，价格便宜。缺点，显示的内容少，界面呆板，而且占用较多的I/O口资源。

3.电源部分：

三端固定输出电压式稳压电源78XXXX系列，运用其器件内部电路来实现过压保护，过流保护，过热保护。这使它的性能很稳定。能够实现1A以上的电流器件，具有良好的温度系数，本产品有多种电压输出值5v~24v，因此产品的应用范围很泛，可以运用本地调节来消除噪声影响，解决了与单点调节的分散问题，输出电压误差精度分为正负3%和正负5%。

二．方案设计

 1．整流、滤波电路设计。首先确定整流电路结构为桥式电路，选用大的电解电容对输入的电流进行滤波处理。电路如图

3.该部分电路通过运用两个MC74HC573N芯片控制数码管的位选和段选，并且，都将

他们接在AT89S51的主芯片的Ｐ０.０～Ｐ０．７口上进行对数码管的控制。通过数码管的时时检测来知道电路电压输出的大小。

电压显示电路，如下图所示

4.所用原件

ＡＴ８９Ｓ５１

芯片的引脚图如图所示：

attachments/200707/1339477786.gif

8位数模转换器DAC0832芯片

TLC2543引脚、功能及时序

一、引脚：

TLC2543为20脚DIP封装，引脚图如下图所示。

24C02芯片

概述：

CAT24WC01/02/04/08/16 是一个1K/2K/4K/8K/16K 位串行CMOS E2PROM 内部含有128/256/512/1024/2048 个8 位字节CATALYST 公司的先进CMOS 技术实质上减少了器件的功耗CAT24WC01 有一个8 字节页写缓冲器CAT24WC02/04/08/16 有一个16 字节页写缓冲器该器件通过I2C 总线接口进行操作有一个专门的写保护功能。

5.SCL 串行时钟

CAT24WC01/02/04/08/16 串行时钟输入管脚用于产生器件所有数据发送或接收的时钟这是一个输入管脚。

SDA 串行数据/地址

CAT24WC01/02/04/08/16 双向串行数据/地址管脚用于器件所有数据的发送或接收SDA 是一个开漏，输出管脚可与其它开漏输出或集电极开路输出进行线或wire-ORA0 A1 A2 器件地址输入端这些输入脚用于多个器件级联时设置器件地址当这些脚悬空时默认值为0 24WC01 除外。

6.TLC2543概述

TLC2543是12位的串行模数转换器，使用开关电容逐次逼近技术完成A/D转换过程。由于是串行输入结构，能够节省51系列单片机的I/O资源；且价格适中，分辨率较高，因此使用较为广泛。

   TLC2543与围外电路的连线简单，三个控制输入端的CS（片选）、输入/输出时钟（I/O CLOCK）以及串行数据输入端（DATE INPUT 。片内的14通道多路器可以选择11个输入中的任何一个或三个测试电压中的一个，采样保持是自动的，转换结束，EOC输出变高。

四．心得体会

课程设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程.随着科学技术发展的日新日异，单片机已经成为当今计算机应用中空前活跃的领域， 在生活中可以说得是无处不在，因此作为二十一世纪的大学来说掌握单片机的开发技术是十分重要的。通过此次课程设计，使我更加扎实的掌握了有关高频电子线路，数控电压源方面的知识，在设计过程中虽然遇到了一些问题，但经过一次又一次的思考，一遍又一遍的检查终于找出了原因所在，也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。实践出真知，通过亲自动手制作，使我们掌握的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，我们不断发现错误，不断改正，不断领悟，不断获龋最终的检测调试环节，本身就是在践行“过而能改，善莫大焉”的知行观。这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多问题，最后在老师的指导下，终于游逆而解。在今后社会的发展和学习实践过程中，一定要不懈努力，不能遇到问题就想到要退缩，一定要不厌其烦的发现问题所在，然后一一进行解决，只有这样，才能成功的做成想做的事，在今后的道路上劈荆斩棘，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他人对你的认可!

课程设计诚然是一门专业课，给我很多专业知识以及专业技能上的提升，同时又是一门讲道课，一门辩思课，给了我许多道，给了我很多思，给了我莫大的空间。同时，设计让我感触很深。使我对抽象的理论有了具体的认识。通过这次课程设计，我掌握了常用元件的识别和测试;熟悉了常用仪器、仪表;了解了电路的连线方法;以及如何提高电路的性能等等，掌握了焊接的方法和技术，通过查询资料，也了解了收音机的构造及原理。我认为，在这学期的实验中，不仅培养了独立思考、动手操作的能力，在各种其它能力上也都有了提高。更重要的是，在实验课上，我们学会了很多学习的方法。而这是日后最实用的，真的是受益匪浅。要面对社会的挑战，只有不断的学习、实践，再学习、再实践。这对于我们的将来也有很大的帮助。以后，不管有多苦，我想我们都能变苦为乐，找寻有趣的事情，发现其中珍贵的事情。就像中国提倡的艰苦奋斗一样，我们都可以在实验结束之后变的更加成熟，会面对需要面对的事情。

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，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，但可喜的是最终都得到了解决。

实验过程中，也对团队精神的进行了考察，让我们在合作起来更加默契，在成功后一起体会喜悦的心情。果然是团结就是力量，只有互相之间默契融洽的配合才能换来最终完美的结果。

五．参考资料

[1]、康华光，电子技术基础[M]（第五版），高等教育出版社，2006

[2]、唐竞新：数字电子电路[M].第一版 北京：清华大学出版社，2003

[3]、吴立新.实用电子技术手册[M].北京：机械工业出版社

[4]、杨长春.论数字技术[J].《电子报》合订本.成都；四川科学技术出版社2003

六．实物图

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