稳压电源设计报告

直流稳压电源设计一、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：电压为 +3～+24v直流稳压输出，连续可调。

最大输出电流为0.8A输出电压变化量为△uo≤15mV稳压系数：S V≤0.0051 最大输出电流最大输出电流是指稳压电源正常工作的情况下能输出的最大电流，用I omax表示。

一般情况下的工作电流I o＜I omax，稳压电路内部应有保护电路，以防止I o＞I omax或者输出端与地短路时损坏稳压器。

采用LM317稳压芯片来稳压时，根据手册可得到I omax=1.5A。

2 直流输出电压U o直流输出电压是指稳压电源的输出电压，也即是稳压器的输出电压，用U O表示。

根据设计要求，稳压输出电压为3～+24v3 纹波电压△uo纹波电压是指叠加在输出电压U O上的交流分量。

可以采用示波器直接观测其峰－峰值。

也可用交流毫伏表测量其有效值∆U O。

因为∆U O 不是正弦波，所以用有效值衡量其纹波电压，存在一定误差。

∆U O的大小主要取决于滤波电容、负载电阻及稳压系数等。

4 稳压系数S VS V 是衡量稳压器稳压效果最主要的指标，它是指当负载电流I o 和环境温度都保持不变时输入电压U i 的相对变化所引起的输出电压的相对变化，即S U U U U v o o i iIo ==∆∆Ｔ＝常数常数 S V 越小越好。

5 输出动态电阻R OR O 是指在环境温度T ，输入电压U i 等条件保持不变的条件下，由于负载电流I O 变化引起的U O 变化，即R U I U U I I o o o T U i o o o o ==--==∆∆∆∆001212R O 越小，U O 的稳定性越好，它主要是由稳压器的内阻所决定的。

仍用上图电路测试，但须注意R L 不能取得太小，一定要满足I U R I o oo =<1m a x ， 否则会因输出电流过大而损坏稳压器。

2、稳压原理：T工频交流脉动直流直流整流滤波稳压负载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。

二、系统设计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。

隔离变压器（2）降压后的交流电压，通过整流电路变成单向脉动直流电，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。

电容滤波（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 。

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，采用桥式整流。

（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、D4导通，D3、D2截止；u2的负半周内，D3、D2导通，D1、D4截止。

正负半周在桥式整流电路中，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I vt =1/2 I d电路中的每只二极管承受的最大反向电压为2U2(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。

在这里不需要电感滤波，因为电流并不大，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 O1=I 2/(1.5～2) ,（I 2是变压器副边电流的tϖ0ππ2π3π422U tϖ0ππ2π3π4ou 22U 图3输出波形图图2整流电路有效值。

），稳压电路可选集成三端稳压器电路。

总体原理电路见图4。

2．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I为1.5A。

稳压内部Omax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所示：通过改变RP1的阻值来改变输出电压，1为调整端，2为输出端，3为输入端。

输出电压表达式为:U o=1.25(1+RP1/R1)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V REF，此电压加于给定电阻R1两端，将产生一个恒定电流通过输出电压调节电位器RP1(流经R1的泄放电流为5～10mA)，电阻R1常取值100Ω～240Ω，在实际接线时应尽可能靠近LM317，因为它本应是LM317内部电阻。

RP1为电位器，C3是去抖作用，可防止变阻器在调节过程中由于抖动而产生的谐波。

一般经验值为10uF, C2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=U i -U o ：3～40V 能满足设计要求,故选用LM317组成稳压电路。

1．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：12P P =η 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1所示：表1 小型变压器的效率副边功率2PVA 10<VA 30~10 VA 80~30 VA 200~80效率η 0.6 0.7 0.8 0.85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 。

2．整流和滤波电路在稳压电源中一般用四个二极管组成桥式整流电路，整流电路的作用是将交流电压u 2变换成脉动的直流电压u 3。

滤波电路一般由电容组成，其作用是把脉动直流电压u 3中的大部分纹波加以滤除，以得到较平滑的直流电压U I 。

根据经验，一般滤波电路常用的滤波电容是2200uF 和1100uF ，但是要注意它的耐压值要大于电路中所承受的电压。

如果要详细计算滤波所需的电容值，可采用以下公式： C=V m /2fRV ґ式中，V m 为滤波之后的最大电压，V ґ为滤波之后的纹波电压，即最大电压与最小电压的差值，R 为负载电阻，此式适用于全波整流。

而半波整流时滤波电容计算则把上式中分母的2去掉。

U I 与交流电压u 2的有效值U 2的关系为： 2)2.1~1.1(U U I =在整流电路中，每只二极管所承受的最大反向电压为： 22U U RM = 流过每只二极管的平均电流为：Ivt=1/2 I d 3．稳压电路由于输入电压u 1发生波动、负载和温度发生变化时，滤波电路输出的直流电压U I 会随着变化。

因此，为了维持输出电压U I 稳定不变，还需加一级稳压电路。

稳压电路的作用是当外界因素（电网电压、负载、环境温度）发生变化时，能使输出直流电压不受影响，而维持稳定的输出。

稳压电路一般采用集成稳压器和一些外围元件所组成。

采用集成稳压器设计的稳压电源具有性能稳定、结构简单等优点。

集成稳压器的类型很多，在小功率稳压电源中，普遍使用的是三端稳压器。

按输出电压类型可分为固定式和可调式，此外又可分为正电压输出或负电压输出两种类型。

根据设计要求应选择正电压输出连续可调的三端器件LM317。

设计步骤稳压电源的设计，是根据稳压电源的输出电压U o、输出电流I o、输出纹波电压ΔU o等性能指标要求，正确地确定出变压器、集成稳压器、整流二极管和滤波电路中所用元器件的性能参数，从而合理的选择这些器件。

稳压电源的设计可以分为以下三个步骤：根据稳压电源的输出电压U o、最大输出电流I omax，确定稳压器的型号及电路形式。

1、根据稳压器的输入电压U，确定电源变压器副边电压u2的有I效值U2；根据稳压电源的最大输出电流I0max，确定流过电源变压器副边的电流I2和电源变压器副边的功率P2；根据P2，查表查出变压器的效率η，从而确定电源变压器原边的功率P1。

然后根据所确定的参数，选择电源变压器。

2、确定整流二极管的正向平均电流I D、整流二极管的最大反向电压U和滤波电容的电容值和耐压值。

根据所确定的参数，选择RM整流二极管和滤波电容。

设计：设计一个直流稳压电源，性能指标要求为：U o =3～24v ，I Omax =1A ， 纹波电压的有效值△uo ≤15mV 稳压系数：S V ≤0.005 1）选择集成稳压器，确定电路形式集成稳压器选用LM317，其输出电压范围为：V U o 37~2.1 ，最大输出电流max o I 为1.5A 。

根据技术要求，查有关手册，选可调式三端稳压器LM317，其特性参数为：Uo=1.2～37V ,Iomax=1.5A,(Ui-Uo)min=3,(Ui-Uo)max =40V ,均满足性能指标要求。

稳压电源电路确定如下：取c1=2200uF, C2=0.1uF,c3=100uf ，c4=10uf稳压电源的输出电压可用下式计算，Vo＝1.25（1＋R2/R1）。

仅仅从公式本身看，R1、R2的电阻值可以随意设定。

然而作为稳压电源的输出电压计算公式，R1和R2的阻值是不能随意设定的。

首先317稳压块的输出电压变化范围是Vo＝1.25V—37V（高输出电压的317稳压块如LM317HVA、LM317HVK等，其输出电压变化范围是Vo＝1.25V—45V），所以R2/R1的比值范围只能是0—28.6。

输出调节电路中固定电阻R1取240Ω，此时U0max=1.25（1+RP1/R1)=24RP1=4368ΩU0min=1.25（1+RP1/R1)=3RP1=336Ω电位器RP1选取4.7k线绕电位器。

选电源变压器通常根据变压器的副边输出功率P2来选购变压器，变压器的额定工作电流应大于Iomin。

变压器的输出电压U2则要由稳压器的正常工作电压范围和稳压电源输出电压来确定。