物理与电子信息学院学年论文 可调直流稳压电源设计报告

任微明（学号：20101106133）

（物理与电子信息学院 10级科技班,内蒙古 呼和浩特 010022）

指导教师:高焕生

摘要：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3~12V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。

关键字：变压器；整流；滤波；稳压

1 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

设计一波形直流稳压电源，满足：当输入电压在220V±10%时，输出直流电压为3~12V。

1.3 设计要求

(1)电源变压器做理论设计；

(2)合理选择集成稳压器；

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可调直流电源设计报告 (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，PCB板；

(4)撰写设计报告、调试总结报告。

2 设计方法与步骤

2.1 设计方法

单元电路设计、PCB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）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，为组装、调试和维修时做好准备。

（3）按总电路图安装电路，调试并改进。

3 电路的设计

图3 整体电路图

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。

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物理与电子信息学院学年论文 3.2 整流电路

利用二极管的单向导电性，将交流电压变成单向脉动电压的电路，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、桥式整流电路。

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。

（1）输出电流电压U0

由桥式整流电路的可知，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

（2）整流二极管的选择

由桥式整流电路的可知，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

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。

3.3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

（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

（4）整流二极管的选择

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可调直流电源设计报告 对于半波整流滤波电路：ID=I0 ，URM=1.4U2

对于桥式整流电容滤波电路：ID=I0/2 ，桥式整流URM=2U2。

3.4 稳压电路

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。故本次设计采用LM317稳压器。

3.5 仿真电路 3.5.1 仿真电路电路图

在仿真软件中连接电路，检查并进行仿真。并进行调整使其输出

3-12V。

3.5.1仿真电路图

3.5.2仿真电路最大输出电压

3.5.2最大输出电压

3.5.3仿真电路最小输出电压

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物理与电子信息学院学年论文

3.5.3最小输出电压

3.6 PCB板制作

3.6.1 protel下制作PCB板

3.6.1 PCB板

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可调直流电源设计报告 3.6.2对PCB板进行铺铜

3.6.2PCB板铺铜

3.6.3PCB板3D图

3.6.3 PCB板3D仿真

4制作与检测

4.1安装与检查

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物理与电子信息学院学年论文 对电路进行组装：按照自己设计的电路，在面包版上组装。组装完毕后，应对照电路图仔细检查，看是否有错接、漏接的现象。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。

4.1.1 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。

4.1.2 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。

(2) 观察法：

用万用表直接测量各集成块的Vcc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、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) 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。必要时可更换电路板，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

4.2.1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

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可调直流电源设计报告 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

5 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，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，但是我们努力克服，并且通过讨论来解决问题。试验过程中，我们多次失败，又重新连接电路，虽然不太麻烦，可也下了好大的功夫。在这中间，我们要对导线进行测量，检查是否导通，各个电路功能的测试，进行组装，整体电路调试，最终取得成功。在此过程中，增强了我们的动手能力，让我们对课本知识进行了一次温故，加强了对课本的掌握。 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。这次的课程设计，获益匪浅，虽然从了是是值的，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。 参考文献

[1]邱关源.电路.高等教育出版社技术(北京)，2006

[2]林涛.模拟电子技术基础.重庆大学出版社，2004

[3]王港元.电工电子实践指导.江西科学技术出版社，2009

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第二篇：直流可调电源(0~12V )

直流稳压电源设计

目录

一．直流稳压电源的设计过程概述 ............................................................................................... 2

1.1电路图设计 ........................................................................................................................ 2

1.2电路安装、调试 ................................................................................................................ 2

1.3元器件的介绍 .................................................................................................................... 2

二．总体设计方案图 ....................................................................................................................... 3

2.1直流稳压电源设计思路 .................................................................................................... 3

2.2直流稳压电源原理 ............................................................................................................ 3

三、原理计算 ................................................................................................................................... 5

3．1各参数选取 ...................................................................................................................... 5

四、电路设计效果图 ....................................................................................................................... 7

五、调试和实验 ............................................................................................................................... 7

5.1注意事项 ............................................................................................................................ 7

5.2方法或步骤 ........................................................................................................................ 7

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直流稳压电源设计

直流可调稳压电源设计报告

[摘要]：

电子电路要正常工作，电源必不可少，并且电源性能对电路、电子仪器和电子设备的使用寿命、使用性能等影响很大，尤其在带有感性负载的电路和设备(如电机)中，对电源的性能要求更高。在很多应用直流电机的场合中，要求为电机驱动电路提供1个其输出能从0 V开始连续可调(0～12 V)的直流电源，并且要求电源有保护功能。实际上就是要求设计一个具有足够调压范围和带负载能力的直流稳压电源电路。该电路的设计关键在于稳压电路的设计，其要求是输出电压从0 V开始连续可调；所选器件和电路必须达到在较宽范围内输出电压可调；输出电压应能够适应所带负载的启动性能。此外，电路还必须简单可靠，能够输出足够大的电流。

关键字: LM317 稳压电源 线性电源 连续可调 TO-220

一．直流稳压电源的设计过程概述

1.1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。

1.2电路安装、调试

（1）自行设计电路板，并焊接电路。

（2）在电路的输入端加一电压，测试输出端电压，以验证每个模块能否达到所规定的指标。

（3）将各模块电路连起来，整机调试，并测量该系统的各项指标。

1.3元器件的介绍

LM317是接线非常简单的可调节线性稳压集成电路，LM317的过流和短路采用的是限流保护方式，当输出端电阻太小，导致电流超过保护阀值时，电流会受限制，不会增大很多，但也跟输入端的电压有关，短路后，电流一般在1A左右，但最大也有可能高达3.5A。输出端短时间稍长后，LM317功耗会非常大，如不进行处理，LM317仍然可能会烧毁。

LM337 的输出电压范围是 -1.2V 至 -37V，负载电流最大为 0.5A-5A。它的使用非常简单，仅需两个外接电阻来设置输出电压。此外它的线性调整率和负载调整率也比标准的固定稳压器好。LM337 内置有过载保护、安全区保护等多种保护电路。如下图，端口1为信号调整端，端口2为信号输出端，端口3为信号输入端。

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直流稳压电源设计

图1

二．总体设计方案图

2.1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。

2.2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。

（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。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2所示。

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直流稳压电源设计

图2

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所要承受的最大向电压为0.5U2V(U2是变压器副边电压有效值)。

在设计中，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，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。），稳压电路选集成三端稳压器电路。

5）简单的说就是：220V交流电压 → 降压 → 整流 → 滤波 → 稳压 → 调压。滤波图像见图3，稳压图像见图4，调压图像见图5：

图3

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直流稳压电源设计

图4

图5

三、原理计算

3．1各参数选取

（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

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直流稳压电源设计

要有CW317、CW337、LM317、LM337。LM317系列稳压器输出连续可调的正电压，LM337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。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 ，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10?F大电容放电倒灌入三端稳压器而被损坏, 加入了二极管D，用于防止输入端短路时10?F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

a.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=23V=Uo1

根据 Uo1=(1.1～1.2)U2

可得变压的副边电压：U2 =20V。

b.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

c.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=20V

∴ 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IN4007，其参数为：反向击穿电压UBR=1000V>17V

最大整流电流IF=1A>0.4A

（4）滤波电路中滤波电容的选择

a.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=0V～+12V

Ui=20V

代入上式，则可求得ΔUi

b.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28.8V。

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、输出端常并入小容量电容用来抵消电感效应，抑制高频干扰。

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直流稳压电源设计

四、电路设计效果图

五、调试和实验

5.1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。

5. 由于LM317芯片内部还是线性稳压，因此功耗比较大。当输入输入电压差比较大且输出电流也比较大时，注意317的功耗不要过大。

5.2方法或步骤

1．切断电源，把变压器接入电路，

2．用万用电表的直流电压档（20v档）分别测量正负12v电源的输出级的最大电压和最小电压；

3．用示波器测量流稳压电源的纹波。具体做法：把示波器的黑色表笔接地，红色表笔接+12v输出端；选择示波器菜单按钮调出交流测量，再选择自动挡，就可以在示波器上读出平均值既为纹波，有的也可以读出峰峰值。

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直流稳压电源设计

附录：

元器件清单

参考文献:

韩广兴.电子残品装配与技能实训教程.北京电子工业出版社.2006 黄智伟.全国大学生电子设计竞赛电路设计. 北京航空航天大学出版社.2006

汤元信.电子工艺及电子工程设计. 北京航空航天大学出版社.2001 孙青.电子元器件可靠性工程.北京电子工业出版社.2002 李银华.电子线路设计指导. 北京航空航天大学出版社.2005

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