直流稳压电源课程设计[1]

题        目：    直流稳压电源的课程设计                    

专     业：电力自动化

班     级：电力09-2

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学     号：**********

一 、简介.......................................................................3

二 、设计目的................................................................4

三 、设计任务和要求.....................................................5

四 、设计步骤................................................................6

1．电路图设计........................................................6

2. 电路安装、调试...................................................6

五、总体设计思路..................................7

1．直流稳压电源设计思路.................................7

2．直流稳压电源原理.....................................7

3．设计方法简介.........................................8

六、实验设备及原器件..................................................11

七、注意事项................................................................12

八、此电路的误差分析..................................................13

九、心得体会.............................................................14

十、参考文献.............................................................15

一 简介

直流稳压电源一般由电源变压器，整流滤波电路及稳压电路所组成。变压器把市电交流电压变为所需要的低压交流电。整流器把交流电变为直流电。经滤波后，稳压器再把不稳定的直流电压变为稳定的直流电压输出。本设计主要采用直流稳压构成集成稳压电路，通过变压，整流，滤波，稳压过程将220V交流电，变为稳定的直流电，并实现电压可在6-13V可调。                                             

二 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。

三 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=+6V～+13V

② 最大输出电流：Iomax=1A

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。

四 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。

五 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。

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。

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。

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，稳压电路可选集成三端稳压器电路，如图3。

图3

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。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6V~13V，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。电路系列的引脚功能相同，管脚图和典型电路如图4.

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。

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,故选用稳压电路。

（2）选择电源变压器

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： 

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

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

 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

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。

六 实验设备及元器件

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。

4. 按照原理图焊接时必须要保证可靠接地。

八 此电路的误差分析

综合分析可以知道在测试电路的过程中可能带来的误差因素有:

    ① 测得输出电流时接触点之间的微小电阻造成的误差; 

    ② 电流表内阻串入回路造成的误差;

    ③ 测得纹波电压时示波器造成的误差;

    ④ 示波器, 万用表本身的准确度而造成的系统误差;

可以通过以下的方法去改进此电路:

     ① 减小接触点的微小电阻;

     ② 根据电流表的内阻对测量结果可以进行修正;

     ③ 测得纹波时示波器采用手动同步;

     ④ 采用更高精确度的仪器去检测;

九 心得体会

通过这次设计实践。我学会了直流稳压电源的基本设计方法，对直流稳压电源的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。在对理论的运用中，提高了我们的工程素质，在没有做实践设计以前，我们对直流稳压电源的撑握都是思想上的，对一些细节不加重视，当我们把自己想出来的方案应用到实践中的时候，问题出现了，不是不能测试，就是测试的结果和要求的结果不相符合。经过解决一个个测试中出现的问题，我们对直流稳压电源的理解得到加强，看到了实践与理论的差距。加深了我们对理论与实践联系的理解，促进了我们运用知识解决具体问题的综合应用能力，特别是对直流稳压电源的应用、理解上升到了更深的一个层次。

十 参考文献

1、<<电子线路基础>>,华东师范大学物理系万嘉若,林康运等编著,高等教育出版社。

2、<<电子技术基础>>,华中工学院电子学教研室编,康华光主编,高等教育出版社。

3、<<电子线路设计>>,(第二版)华中科技大学谢自美主编,华中科技大学出版社. 

附录：总电路图