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1、武汉理工大学集成直流稳压源的设计课程设计任务书 工作单位：信息工程学院题目：集成直流稳压源的设计初始条件：副边电压15V、功率20W 的变压器一个，IN 4001型号的二极管四个，型号为4148的二极管一个，2200uF/25V的电解电容两只，10uF电容一个，1uF及0.1uF的钽电容各一个，可调式三端稳压器CW317一个，电阻器240、18和4.7K的滑动变阻器各一个，散热片、电路板、导线若干。要求完成的任务： 已知条件：集成稳压器CW317。性能指标要求：输出电压+3+可调，输出电流omax=1A; 纹波电压：小于或等于5mV 电压调整率：Ku 3% 电流调整率：Ki1%时间安排：第14
2、周理论讲解，时间：礼拜一5，6节 地点：鉴四605第14-20周理论设计、实验室安装调试，地点：鉴主13楼通信工程综合实验室、鉴主15楼通信工程实验室（1）指导教师签名： 年 月 日系主任（或责任教师）签名： 年 月 日集成直流稳压源的设计 目录：设计任务与要求3设计报告的具体内容.4考虑过的方案11 元件参数的选择13 电路安装与指标测试 .15 性能测试数据16 实际调试过程.18 收获与体会19 元件清单.20 参考文献211、设计任务与要求1.1设计目的： 通过集成直流稳压源的设计、安装、和调试，要求学会：1.1.1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； 1.
3、1.2掌握直流稳压电路的调试及主要技术指标的测试方法。1.1.3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。、设计报告的具体内容：直流稳压电源的一般设计思路为：由输出电压Uo、电流Io确定稳压电路形式，通过计算极限参数（电压、电流和功耗）选择器件；由稳压电路所要求的直流电压、直流电流输入确定整流滤波形式，选择整流二极管及滤波电容并确定变压器的副边电压的有效值，电流的有效值及变压器功率。最后由电路的最大功耗工作条件确定稳压器、扩流功率管的散热措施。 输入电压U1的确定：为保证稳压器在电网量低时仍处于稳压状态，要求 （）.(2-1)式中，（
4、）是稳压器的最小输入输出压差，典型值为3V。按一般电源指标的要求，当输入交流电压220V变化10%时，电源应稳态。所以稳态电路的最低输入电压UImin （）/0.9。(2-2) 另一方面，为保证稳压器安全工作，要求 Ui in（）ax(2-3) 式中（）ax 是稳压器允许的最大输入输出压差，典型值为35V。直流稳压电源一般由直流电源变压器、整流滤波电路及稳压电路所组成，基本框图如下。 图2.1 直流稳压源基本框图 2.1变压电路 电源变压器T的作用是将电网220V的交流电压变换成整流滤波电路所需要的交流电压ui。变压器副边与原边的功率比为 P2/P 1=.(2-4)式中，为变压器的效率。经变压
5、器后，电压的波形图如下： 2.2整流电路：整流电路将交流电压ui变换成脉动的直流电压。常用的直流滤波电路有全波整流滤波、桥式整流滤波、倍压整流电路。各滤波电容C满足： RL1C=（35）T/2.(2-5) 式中T为输入交流信号周期；RL 1为整流滤波电路的等效负载电阻。 次实验的整流部分主要采用桥式电路，即由四个二极管交叉而成。 图2.3 桥式整流典型电路但使用二极管时应注意以下问题：最大整流电路If指二极管长期运行允许通过的最大反向平均电流。若使用时超过此值，有可能烧坏二极管。最高反向工作电压rm指允许施加在二极管两端的最大方向电压通常为击穿电压的一半。反向电流Ir指二极管未击穿时的反向电流
6、值。其值会随温度的升高而急剧增加，其值越小，二极管的单向导电性越好。但是反向电流值会随温度的上升而显著增加。最高工作频率f指保证二极管单向导电时的最高导电频率。当工作频率超过其限度时，二极管的单向导电性能就会变差。 桥式整流电路相当于理想二极管，及正偏时导通，电压降为零，相当于理想开关闭合；反偏时截止，电流为零，相当于理想开关断开。在交流电压的整个周期始终有同方向的电流流过负载电阻R，故R上得到单方向全波脉动的直流电压。在桥式整流电路中，由于每两只二极管只导通半个周期，故流过每只二极管的平均电流仅为负载电流的一半，在输入电压的正半周期，D1 和D3 导通时，可将它们看成短路，这样D2 和D4
7、就并联在输入电压上，其承受的反向峰值电压为 VRM = 2V2 (2-6)同理D2 和D4 导通时，D1 和D3 截止，其承受的反向峰值电压值，大小与上式相同。整流后电压波形图如下:2.3滤波电路 整流电路将交流电变为脉动直流电，但其中含有大量的交流成分(称为纹波电压)。为了获得平滑的直流电压，应在整流电路的后面加接滤波电路，以滤去交流部分。 在整流器的输出端并联一个电容器，就是电容滤波器，一个实际的单相桥式整流滤波电路图如 图2.5 滤波的典型电路其工作原理为:当负载R未接入时的情况，设电容两端初始电压为零，接入交流电源后，当输入电压v为正半周期时，v通过、 向电容C充电，v为负半周期时，经
8、D2 、 D4 向电容充电，充电电流方向相同。充电时间常数=RC .(2-6)式中R为包括变压器二次绕组的直流电阻和二极管D的正向电阻。由于R一般很小，故充电的时间常数也就很小，因此电容器上的电压很快充电到交流电压v的最大值1.414v。因而使整流二极管的外加要么为反向电压，要么为零电压；此时，电容器无放电回路，故输出电压Vo （即电容两端的电压）保持在1.414V2，输出为恒定的直流，如图所示： 图2.6 滤波后的电压波形滤波电路通常由电抗元件组成，由于电抗元件在电路中有储能的作用，并联的电容C在电源供给的电压升高时，可以把部分能量储存起来，而当电源电压降低时，又可以把电场能量释放出来，使负
9、载电压比较平滑，即电容C具有平波的作用。滤波电路形式多种多样，依不同的划分标准又可进行不同的分类，根据需要选择。在整流电路采用电容滤波后使二极管得到的时间缩短，由于电容C充电的瞬时电流较大，形成了浪涌电流，容易损坏二极管，故在选择二极管时，必须留有足够的电流余量，以免烧坏。2.4稳压电路 2.4.1 三端集成稳压器分为固定式和可调式两种。在此选用LM317可调式三端集成稳压器。LM317三端可调正输出稳压器的输出电压范围为1.2-37V，最大输出电流为1.5A，最小输入输出电压差（Vi -Vo）min =3V,最大输入输出电压差（Vi -Vo）max=40V。 为保证稳压器能正常工作，对输入直
10、流电压也有所要求，一般输入直流电压比输出直流电压高出3-5V，不宜高出太多，高出太多会使稳压器功耗过大，易损坏稳压器。同时电阻要紧靠稳压器，防止输出电流在连线电阻上产生误差。317系列集成稳压器的典型应用电路如下： 图2.7 317系列集成稳压器典型应用电路2.4.2稳压器主要参数及测试方法2.4.2.1稳压系数SV当输出电流不变（ 且负载为确定值）时，输入电压变化将引起输出电压变化，则输出电压相对变化量于输入电压相对变化量之比，定义为稳压系数，用SV表示 SV =VOVi/ViVo (2-7) 测量时，如选用多位直流数字电压表，可直接测出当输入电压Vi 增加或 减少10%时，其相应的输出电压
11、Vo 、Vo1 、Vo2，求出VO1、Vo2 ，并将其中数值较大的VO 代入SV 表达式中。显然SV愈小，稳压效果愈好。2.4.2.2输出电阻RO输入电压不变，当负载变化使输出电流增加或减小，会引起输出电压发生很小的变化，则输出电压变化量与电流变化量之比，定义为稳压电源的输出电阻，用RO 表示。RO =VO /IL (2-8)式中IL =ILmax-ILmin (ILmax为稳压器额定输出电流，ILmin=0)。 测量时，令Vi=常数，用直接测量法分别测出Ilmax时的Vo1和ILmin=0时的VO2，求出VO，即可算出RO。2.4.2.3纹波电压纹波电压是指输出电压交流分量的有效值，一般为毫
12、伏数量级。测量时，保持输出电压VO 和输出电流IL 为额定值，用交流电压表直接测量即可。3、考虑过的方.1方案一按照通常的设计方案，经变压器变压获得所需的电压值，然后通过整流电路将交流电压变为脉动的直流电压，整流电路有四个二极管（IN4001）组成；在此脉动的直流电压中还含有较大的纹波，所以必须通过滤波电路加以滤除，选用两个2200uF/25V的电容用来滤波，案3从而可以得到平滑的直流电压。经滤波之后也并不能保证输出稳定的电压，它还会随电网电压波动、负载和温度的变化而变化，故在整流、滤波电路之后，还需要接稳压电路，这里采用LM317可变三端集成稳压器，稳压器内部含有过流、过热保护电路，用以稳定
13、输出直流电压。R1 与R2 组成电压输出调节电路，输出电压Vo=1.25(1+R1/R2) (2-9)R2的值为120240，流经R2的泄放电流为5mA10mA. R1为精密可调电位器，通过调节RP就能改变输出电压。选用一个型号为IN4181的二极管作为保护二极管，当输入端短路时，给输出电容C一个放电通路，防止C两端电压作用于调整管的be结，击穿损坏稳压器。电容C3与R1 并联组成滤波电路，以减小输出的纹波电压。二极管D的作用是防止输出端与地短路时损坏稳压器。 集成稳压器的输出电压VO与稳压电源的输出电压相同。稳压器最大允许电流Io max ,输入电压Ui的范围为：（）Ui in（）ax (2-9)式中，为最大输出电压；in为最小输出电压；（）为稳压器的最小输入、输出电压差；（）ax为稳压器的最大输入、输出压差。 图3.1 方
