可调直流稳压电源设计

成绩

课程设计说明书

题目： 可调直流稳压电源设计

课程名称： 模拟电子技术 院 系： 电子信息与电气工程学院 学生姓名： 学 号： 201102010063 专业班级： 自动化2011级2班 指导教师： 李琪

2013年6月7日

课 程 设 计 任 务 书

设计题目 学生姓名 设计要求： 1、设计制作一个可调直流稳压电源电路； 2、输入电压为220V的交流电压，频率为50Hz； 3、输出直流电压为1.25V~15V可调； 4、最大输出电流为Iomax=1A； 5、纹波电压小于10mA，稳压系数Sr小于5％。 主要元件：变压器、整流二极管N 4001、三端稳压器LM317、电位器、电阻、电容 学生应完成的工作： 首先设计一可调直流稳压电源的电路图，然后用Multisim进行仿真，测试所设计的电路图是否正确，然后使用用Altium Designer绘制出原理图。然后导入PCB图进行布线。完成布线后将PCB图打印在铜板上进行钻孔，最后将元器件焊接到电路板上。检测电路是否能正常工作。 参考文献阅读： [1] 童诗白.模拟电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，2005. [2] 秦长海，张天鹏，翟亚芳.数字电子技术[M].北京：大学出版社. [3] 邱关源，罗先觉.电路（第五版）[M].北京：高等教育出版社，2006. [4] 谷树忠，刘文洲，姜航.Altium Designer教程—原理图、PCB设计与仿真[M].北京：2009. 工作计划： 5月27日—28日课程设计说明、Multism软件培训；Multism电路设计与仿真。5月29日—31日 用Altium Designer 设计原理图，指导教师单独指导，用Altium Designer设计PCB指导，教师检查学 生设计的PCB是否符合要求；6月3日—4日制作PCB板；6月5日—7日电路板安装与调试 号书写课程设计报告，指导老师验收设计电路结果，提交课程设计报告。 任务下达日期： 2013 年 5 月 27 日 任务完成日期： 2013 年 6 月 7 日 指导教师（签名）： 学生（签名）： 可调直流稳压电源设计 石兵 所在院系 电子信息与 自动化2011级2专业、年级、班 电 气工程学院 班

可调直流稳压电源设计

摘 要：可调直流稳压电源是将220V的交流电转换为1.25V～15V之间可调的直流稳定的电压一种电路。该电路是有变压电路，整流电路，滤波电路和稳压电路组成。通过变压电路可以将大电压变为所需要的小电压。整流电路分为半波整流和全波整流，本设计使用的是全波整流。滤波电路可以把整流后的只有上半周期地交流电变换为较为平滑的近似直流的电源。再通过稳压电路就能得要直流的电源了。 关键词：可调直流稳压；变压；整流；滤波；稳压

目 录

1. 设计背景…………………………………………………………………....1 1.1 设计原因......................................……………………..................................1 1.2 设计目的........................................................................................................1 2. 设计方案…………………………………………………………………....1 2.1任务分析………………………………………………………………1 3. 方案实施……………………………………………………………………2 3.1 变压电路设计………………………………………………………………2 3.2整流电路设计……………………………………………………………2 3.3滤波电路设计……………………………………………………………3 3.4稳压电路设计……………………………………………………………4 3.5安装与调试.....................................................................................................5 4. 结果与结论 …………………………………………………………6 5. 收获与致谢……………………………………………………………6 6. 参考文献………………………………………………………………7 7. 附 件…………………………………………………………………7 7.1电路原理图………………………………………………………………...7 7.2 PCB布线图……………………………………………………………8 7.3 元器件清单………………………………………………………………8

1.设计背景

1.1设计原因

普通的市网电压是220V的交流电，但在实际的生产和生活中220V的电压存在很

多的弊端，比如220V的电压已经超出了人体的安全电压，会存在人触电的安全隐患。而有时有的有电器的驱动是用直流驱动的所以对电压的转换就势在必行了。而可调直流稳压电源能够将220V的交流电转换为一定范围电压的直流电源信号，从而满足了不同的供电需求。

1.2设计目的

在本次课程设计中所设计的音频功率放大电路设计的带载电压就是一个小电压，

还有就是在可调延时电路设计的设计中需要的外加电压就是一个5V的小电压。所以本课程设计设计的可调直流稳压电压原就能为它们提供合适的电压。 2.设计方案

2.1任务分析

通过查询资料得知要想把220V的交流电转化为最小1.25V最大15V的电直流电压首先先要经过一个变压器，将220V的大电压转化为一个小的电压。然后要想把交流变化为直流就需要对正弦的交流电进行整流。这里为了提高效率采用的是桥式全波整流，将交流电压变为只有上半周期地 交流电。然后在对得到的交流电进行滤波，使只有上半周期的交流电变得平缓，趋于直流。然后在的得到电压上加上一个可调的电位器，使得输出电压随着电位器的改变而改变输出电压。最后在得到的电压上加上一个稳压电路，使得输出的电压不会产生突变，输出一直能恒定在一个值。设计电路1：

图1 设计方案图

要想把220V的交流电转化为电压为1.25V～15V的可调电压首先需要对大电压进行降

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压，把大电压降到合适的范围。然后需要对得到的交流电进行整流，滤波，稳压等把交流电变化为可调的直流电。

3. 方案实施

3.1变压

首先是要将220V的交流电进行降压，这就需要用到的变压器。按照要求用到的 原副线圈是9:1的变压器，将源电压220V变为24V。电路图2：

图2 变压电路 3.2整流

变压后需要把交流电转化为只有上半周期的交流顶电这就需要用到整流电路。整流电路分为半波整流和全波整流，这里为了提高电路的效率使用的是全波整流电路，全波整流电路的主要器件就是一个整流二级管，通过整流二极管能把正弦的交流电转化为只有上半周期的交流电。在这里用的整流方法就采用桥式整流法。能把正弦交流电的下半周期翻转上去，这样可以把交流电的整个周期都用上提高了电路的效率。由于在研究整流电路时要考虑整流电路的输出电压平均值和输出电流的平均值以便选取合适的整流二极管。设如果变压器副边线圈的电压有效值为U2,则若采用全波整流的话输出电压的平均值Uo(AV)=U2=√2U2sinωt,输出电流的平均值Io=0.9U2／R。所以考虑到电路的波动范围整流二级管的最大反向电压Umax=1.414U2，最大整流电流Imax=1.1Io.综合整流电路对输入电压的要求和输出电流的要求本设计中整流二极管选用的是N4001。N4001的

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输入电压和输出电流都满足本次设计的要求，所以采用四个N4001组合成一个桥式整流电路，这样就能把正弦交流电压整流成为只有上半周期地交流电压。电路图3：

图3 整流电路及其波形

3.3滤波电路

整流电路的输出电压虽然是单一方向的，但是含有较大的交流成分，不能适用大多数的电子电路及设备的需要。因此，一般在整流后，还需要利用滤波电路将脉动的直流电压变为平滑的直流电压。整流后把得到的只有上半周期的交流电变得平缓的交流电，这时的交流电已经近似为直流电。电容滤波电路时最常见的也是最简单的滤波电路，既在整流电路的输出端并联一个电容即构成了电容滤波电路。在电容滤波电路中由于电容的容量要很大，所以一般均采用点解电容。在滤波电路中由于输出电压的波形难于用解析式来描述，所以要近似的估算。电容滤波电路的输出电压与电容的放电时间常数τ=RLC有关，τ应远大于U2的周期T，分析及实验表明，当 τ=RLC≥（3～5）T /2通过计算滤波电容的输出电压Uo(av)=1.2U2。为了获得较好的滤波效果，在实际的电路中，应选用滤波电容满足Rl=(3～5)T/2的条件。由于采用电解电容，考虑到电网的电压波动范围为上下10%，电容的耐压值应大于1.55U2。一般情况下滤波电容应选取的大一些。代入公式后算出滤波电容选用的是2200μF的滤容。2200μF的电容符合滤波电路对输出电压等参数的要求。电路图4：

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图4滤波电路及其波形

3.4 稳压

虽然整流滤波电路能将正弦交流电压变换成较为平缓的直流电压，但是一方面，由于输出电压平均值取决于变压器副线圈电压的有效值，所以当电网电压波动时输出电压平均值将随之产生相应的波动；另一方面，由于电路内阻的存在，当负载变化时，内阻上的电压将产生变化，由于输出电压平均值也将随之产生相反的变化。所以为了获得稳定性好的直流电压，必须采取稳压措施。这就需要用到一个稳压电路对滤波以后的电路进行稳压。对任何稳压电路都应从两个方面考虑其稳压特点，一是设电网电压波动，研究其输出电压是否稳定；二是设负载变化，研究其输出电压是否稳定。在选取稳压电路时稳压电路输入电压的选选择Ui=(2～3)Uo(Uo是负载所要求的输出电压)在稳压电路中有一重要的器件要选择，就是限流电阻。电流电阻的选择决定着输出电压的大小，应为本次设计要求是可调的直流稳压电源，所以限流电阻应选用一阻值能变动的电阻器，这里选用的是一电位器由于在设计所提供的元器件中有LM317(一种集成稳压电路)所以在这里稳压电路采用集成芯片LM317此器件能输出电压进行稳压，从而保证输出电压的稳定，电位器选用2.6KΩ的电位器。电路图5：

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图5 稳压电路电路图

3.5 安装与调试

电路设计完成后就需要对所设计的电路进行制版，就是把设计的电路图制作到电路板上。这里用到了一些专业的设备，如转印机，钻孔机，腐蚀液，等等。制版完成后就可以焊接了，就是把所用到的元器件焊接到制作的电路板上，通过这一步也锻炼了我们的动手能力，由于电路板的尺寸较小，所以在焊接时要特别的小心，注意不能虚焊，短接等情况，而且焊接的时间也不能过长以免器件被烙铁烧坏。焊接完成后就能进行调试了，对所焊接的电路进行测试。在原理正确的情况下，如果电路不能正常工作，那就要考虑是不是有焊点虚焊，或器件烧坏等原因.通过调试找到电路不能正常工作的原因，进行修改争取使电路能正常工作。

稳压系数的测量：先调节自藕变压器使输入的电压增加10%，即UI=242V, 测量此时对应的输出电压UO1为15.006V；再调节自藕变压器使输入减少10%，即UI=198V, 测量此时对应的输出电压UO2为14.978V, 然后测量出UI=220V时对应的输出电压Uo, 则稳压系数为：

Sr

UoUo24219815.00614.9820.8%UIUI22015

稳压系数测试如图6所示

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图6 稳压系数图

4. 结果与结论

通过检验，调试本次计的可调直流稳压电源的可调电压范围与理论值所要求的1.25V～15V有差距，但在误差所允许的范围之内，实现了电源的可调变化。满足了课程设计的对可变电压，最大电流，纹波电压，稳压系数的要求，虽然都于理论值存在误差，但对电路影响不大。所以电路算是设计成功。本次课程设计设计的可调直流稳压电源原理图和所设计的PCB图在理论上都是可行的。是完全符合要求的。但在实际电路制作出来后实际值却与理论值有所误差，但是在误差的范围内，总结原因可能是元器件本身就存在误差，或是在焊接过程中烙铁的高温改变了一些元器件的特性，还有可能是焊锡本身也有电阻，这并不在计算的范围内，所以导致了误差。尽管存在误差但在允许的范围内，所以该电源还是能够为需要小电压驱动的用电器提供电压。 5. 收获与致谢

通过本次课程设计从设计原理图，到用仿真软件进行仿真，到绘制原理图，绘制PCB图，然后在布线，打印，腐蚀钻孔，焊接，等全部的制版流程中学到了很多的知识和技能，首先是对模电课本上第十章所讲的直流电源有了更深的了解，对课本的内容更加的熟悉，然后就是在计算电路中所需要的整流二级管的型号，及在滤波电路中所需要

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的滤波电容的大以及在稳压电路中所需要的稳压器件的选择 上等过程中对前面所学的内容也进行了复习。还有就是在原来的基础上熟练了Multism，Altium Designer的操作和使用，了解到了制版过程中所需要的工具，见识到了制版所需要的一些专业设备。

在这里我要感谢本次课程设计的指导老生李琪李老师，在这次课程设计中虽然要求独立完成，但由于能力有限仍有些困难事我们所解决不了的，是在李老师的指导下我们才能顺利的解决了困难，顺利的完成了课程设计。所以在这里我们组要衷心的感谢李老师对我们的帮助。然后我还要感谢本次课程设计的负责人张天鹏老师，是在张老师的精心安排下我们才顺利的完成了这次的课程设计。

6. 参考文献

[1] 童诗白.模拟电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，2005. [2] 秦长海，张天鹏，翟亚芳.数字电子技术[M].北京：大学出版社. [3] 邱关源，罗先觉.电路（第五版）[M].北京：高等教育出版社，2006.

[4] 谷树忠，刘文洲，姜航.Altium Designer教程—原理图、PCB设计与仿真[M].北京：2009.

7.附件

7.1原理图如下

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图6 设计原理图

7.2 PCB图如下

图7 PCB设计图

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7.3元器件清单

表.1元器件清单

名称 整流二极管N4001 电位器 三端稳压器LM317 电阻 电容 功能 个数 5 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2.6KΩ 240Ω 2200μF 1μF 10μF 0.33μF 变压器 Header

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指导教师评语： 课程设计报告成绩： ，占总成绩比例： 40％ 课程设计其它环节成绩： 环节名称： 原理设计 ，成绩： ，占总成绩比例： 20％ 环节名称： PCB设计 ，成绩： ，占总成绩比例： 20％ 环节名称： 安装调试 ，成绩： ，占总成绩比例： 20％ 总 成 绩： 指导教师签字： 年 月 日 本次课程设计负责人意见： 负责人签字： 年 月 日

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