集成稳压电源课程设计

1 引言 (1)2 总体设计 (3)2.1 设计任务分析 (3)2.1.1 集成稳压电源的主要技术指标 (3)2.1.2 设计要求 (3)2.2 单元电路分析与设计 (3)2.2.1 选择集成三端稳压器 (3)2.2.2 选择电源变压器 (4)2.2.3 选用整流二极管和滤波电容 (5)2.3系统原理电路及印刷电路的绘制 (6)2.3.1 系统原理图的绘制 (6)2.3.2印刷电路的绘制 (7)2.4 电路仿真 (8)3 性能测试与分析 (11)3.1 输出电压与最大输出电流的测试 (11)3.2 纹波电压的测试 (13)3.3 稳压系数的测量 (13)4 心得体会 (15)5 参考文献 (15)1 引言在电子电路及电子设备中，通常都需要电压稳定的直流电源供电，作为电子电路中必不可少的组成部分，它的作用之一是为各级电路中的三极管提供合适的偏置，其次是作为整个电子电路能量来源。

常见的供电方式有两种，一种是采用干电池、蓄电池或其他形式如光电池等向电路供电，这种供电方式是用化学能或其他形式的能量转化为电能之后，向电路提供能量，其缺陷在于能量的使用要受实际条件（如电池的容量）的限制；另一种是利用电网向电路供电，这种供电方式是把电网的交流电经过降压、整流、滤波和稳压之后，转化为直流电向电路提供能量，其优势在于电网所提供的能量是源源不断的。

小功率稳压电源的组成可以用图1.1表示，它是由电源变压器、整流、滤波和稳压电路等四部分组成。

图1.1 直流稳压电源结构图和稳压过程电源变压器是将交流电网220V的电压变为所需要的电压值，然后通过整流电路将交流电压变成脉动的直流电压。

由于此脉动的直流电压还含有较大的纹波，必须通过滤波电路加以滤除，从而得到平滑的直流电压。

但这样的电压还随电网电压波动（一般有±10%左右的波动）、负载和温度的变化而变化。

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、负载和温度变化时，维持输出直流电压稳定。

当负载要求功率较大、效率高时，常采用开关稳压电源。

在电子设备中，所需的直流电能比较小，一般在千瓦以下，但要求电压的稳定性较高。

通常对直流电源的要求是：输出电压稳定、纹波小、负载能力强等。

直流电源的性能指标主要有如下几个参数：。

电源所要求的（交流）输入电压，在我国一般是220V、（1）输入电压Ui50Hz 的交流电。

（2）额定输出电压U。

电源输出的直流电压值，可变电源为某个范围值。

（3）最大输出电流IM。

电源在额定输出电压U0，所能提供的最大输出电流。

有时也用最大输出功率PM来表示。

（4）纹波系数S。

电源输出电压所含有的基波分量的峰值与输出直流电压之比，它反应了输出电压的稳定程度。

本设计主要讨论的是把电网电压的单相交流电转换为直流电源的方法、实现的电路及直流电源的性能指标。

最后简单介绍开关型稳压电源的电路组成原理及分析方法。

2 总体设计2.1 设计任务分析2.1.1 集成稳压电源的主要技术指标设计一个集成直流稳压电源，其要求如下：1）输入交流电压为220V,输出电压Uo=3~9V；2）最大输出电流IoMAX=800mA；3）纹波电压△UOP-P≤5mA；4）稳压系数Su≤0.003。

2.1.2 设计要求1）分析设计任务，查阅相关资料；2）确定系统方案，设计各模块电路，计算参数，分析其特性，使其满足题目要求；3）利用EDA软件绘制所设计系统的原理图及PCB图及仿真；4）按格式要求撰写课程设计说明书。

2.2 单元电路分析与设计2.2.1 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I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、maxO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，这里我们采用的是LM317T,管脚图和典型电路如图2.1和图2.2.图2.1管脚图 3 图2.2典型电路输出电压表达式为:⎪⎭⎫ ⎝⎛+=11125.1R RP U o式中，1.25V 是集成稳压块输出端与调整端之间的固有参考电压REF V ，此电压加于给定电阻1R 两端，将产生一个恒定电流通过输出电压调节电位器1RP ，电阻1R 常取值2k ，在这里，采用10K 的电位器，其最大阻值为10.36k 再串联一个R2，其阻值为2.2k,根据LM317输出电压表达式，取：R1=2.2k,R2=2k 。

我们1RP 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：1.25V ～37V 输出负载电流：1.5A输入与输出工作压差ΔU=U i -U o ：3～40V 能满足设计要求,故选用LM317T 组成稳压电路。

2.2.2 选择电源变压器电源变压器的作用是将来自电网的220V 交流电压u 1变换为整流电路所需要的交流电压u 2。

电源变压器的效率为：其中：2P 是变压器副边的功率，1P 是变压器原边的功率。

一般小型变压器的效率如表2.1所示：表2.1 小型变压器的效率因此，当算出了副边功率2P 后，就可以根据上表算出原边功率1P 。

12P P =η由于LM317的输入电压与输出电压差的最小值()V U U o I 3min =-，输入电压与输出电压差的最大值()V U U o I 40max =-，故LM317的输入电压范围为： max min min max )()(o I o I o I o U U U U U U U -+≤≤-+ 即 V V U V V I 40339+≤≤+ V U V I 4312≤≤V U U in 111.1121.1Im 2==≥， 取 V U 122= 变压器副边电流： A I I o 8.0max 2=>，取A I 12=， 因此，变压器副边输出功率： W U I P 12222=≥由于变压器的效率7.0=η，所以变压器原边输入功率WP P 1.1721=≥η，为留有余地，选用功率为W 20的变压器。

2.2.3 选用整流二极管和滤波电容由于：V U U RM 1712222=⨯=>，A I 8.0max 0=。

IN4001的反向击穿电压V U RM 50≥，额定工作电流max 01I A I D >=，故整流二极管选用IN4001。

滤波电容根据 300103,5,12,9--⨯==∆==v p p I S mV U V U V U ， 和公式常数常数==∆∆=o I T II v U U U U S 0可求得： V S U U U U vI p op I 2.2103912005.030=⨯⨯⨯=∆=∆-- 所以，滤波电容：uF F U T I U tI C IIc 3636003636.02.2215018.02max 0==⨯⨯=∆⋅=∆=电容的耐压要大于V U 1712222=⨯=，故滤波电容C 取容量为F μ4700，耐压为V 25的电解电容。

2.3系统原理电路及印刷电路的绘制 2.3.1 系统原理图的绘制整流电路采用桥式整流电路，电路如图2所示。

在u2的正半周内，二极管D1、D4导通，D2、D3截止；u2的负半周内，D2、D3导通，D1、D4截止。

正负半周内部都有电流流过的负载电阻R L ，且方向是一致的。

电路的输出波形如图2.4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22U (U 2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：U o1=(1.1～1.2)U 2，。

直流输出电流：（I 2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2.5。

()2~5.121I I o =121o fI I =图2.3 整流电路图2.4 输出波形图tt2.3.2印刷电路的绘制... 图2.6 protel 99se 原理图图2.5 稳压电路原理图图2.7 PCB原理布线图的pdf图2.4 电路仿真仿真原理图如下：图2.8 proteus电路图图2.9 R2调至最大值时的电压 U=9.16V=2.82V电位器在0.21k到9.4k之间，输出电压连续可调：约为3V～9V。

3 性能测试与分析3.1 输出电压与最大输出电流的测试测试电路如图 3.1所示。

一般情况下，稳压器正常工作时，其输出 被测电流o I 要小于最大输出电流max o I ，取A I 6.00=，可算出R L =20Ω，图3.1 稳压电源性能指标的测试电路工作时L R 上消耗的功率为：W I U P o o L 3.67.09=⨯==故L R 取额定功率为10W ，阻值20Ω的电位器。

测试时，先使Ω=20L R ，交流输入电压为220V ，用数字电压表测量的电压值就是U o 。

然后慢慢调小L R ，直到U o 的值下降5%，此时流经L R 的电流就是max o I ，记下max o I 后，要马上调大L R 的值，以减小稳压器的功耗。

图3.2 测试界面R5=20Ω时，U0=9.16V,I0=458mAU0下降5%（8.75）时，I0=767mA,即I0max=I03.2 纹波电压的测试用示波器观察U o 的峰峰值，（此时Y 通道输入信号采用交流耦合AC ），测量ΔU op-p 的值（约几mV ）。

由示波器得出：ΔU op-p =300uV 。

3.3 稳压系数的测量按图5所示连接电路， 在V U 2201=时，测出稳压电源的输出电压Uo 。

然后调节自耦变压器使输入电压V U 2421=，测出稳压电源对应的输出电压Uo1 ；再调节自耦变压器使输入电压V U 1981=，测出稳压电源的输出电压Uo2。

则稳压系数为：oo o oov U U U U U U U S 2111198242220-⋅-=∆∆=下面是所测得的数据：U 1=198V 时，V 0=9.11VU1=220V时，V0=9.10V所以，稳压系数：S v=5=0.00244心得体会本次的模拟电子技术课程设计，培养了我们综合应用课本理论解决实际问题的能力；我觉得本次课程设计对我们的脑力操作和动手能力的提高是很大的，它需要我们将学过的理论知识与实际系统地联系起来，加强我们对学过的知识的实际应用能力！但是由于我们水平有限，我们的课程设计难免会有一些错误和误差，还希望望老师批评指正。