直流稳压电源设计报告

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2016年四川省TI杯大学生电子设计竞赛培训

直流稳压电源设计

【第十一组】

2016年7月12日

摘要

本设计实现了将交流电信号通过整流、滤波、稳压等模块转换为稳定可调直流电压输出。整个系统可以用实验箱提供+15V交流电源，实现了低功耗和便操作功能。整流电路采用单相桥式整流电路，不仅达到高效率使用输入电压的节能作用还有便于组装、脉动小的优点；滤波电路采用电解电容滤波电路，分别在整流滤波和稳压后加C1、C2、C3、C4实现频率补偿，防止高频自激振荡和抑制高频干扰；为防止LM317输出电压短路，在该线路上加入IN3208二极管。经过一系列的改善如：减小输出电压纹波系数，得到优良的滤波效果等，使最终电路达到了设计要求。

1.系统方案..................................................................2 1.1简单的并联型稳压电源的论证与选择 ........................................2 1.2固定式三端稳压器的论证与选择............................................ 2 2系统理论分析与计算 ........................................................2 2.1 整流电路的分析与计算....................................................2 2.1.1 整流电路的分析........................................................2 2.1.2 整流电路参数的计算....................................................2 2.1.3 整流电路电路图........................................................3 2.2滤波电路的分析与计算 ....................................................3 2.2.1滤波电路的分析 ........................................................3 2.2.2 滤波电路参数的计算....................................................3 2.2.3 滤波电路电路图........................................................3 2.3 稳压电路的计算分析与计算................................................4 2.3.1 稳压电路的分析........................................................4 2.3.2 稳压电路参数的计算....................................................4 2.3.3 稳压电路电路图........................................................4 3.电路设计图与PCB板的制作..................................................5 3.1.电路的设计图............................................................5 3.2PCB.板的制作流程.........................................................5 3.3.安装与检查..............................................................5 4.测试方案与测试结果........................................................5 4.1测试方案 ................................................................5 4.2 测试条件与仪器..........................................................5 4.3 测试结果及分析......................................................... 5 4.3.1.测试结果(数据)........................................................6 4.3.2.测试分析与结论........................................................6 附录.1：电路实物图..........................................................6 附录.2：参考文献............................................................6

1系统方案

小功率稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四个部分组成，如图1.1所示

负滤波稳压整流电源电路电路电路变压载器 (a)

(b)

图1.1(a)、(b)稳压电源的组成框图级整流、稳压过程

注意：因为本次设计中输入供电为实验箱中的15交流电，故不存在电源变压这一环节

1.1简单的并联型稳压电源的论证与选择

并联型稳压电源的调整元件与负载并联，因而具有极低的输出电阻，动态特性好，电路简单，具有自动保护功能，负载短路时调整管截止，可靠性高但效率低，尤其在小电流时调整管需承受很大的电流，损耗过大，因此本实验中不适合此方案。

1.2固定式三端稳压器的论证与选择

由固定式三端稳压器（LM317）输出脚Vo输入脚Vi和公共端组成。LM317是可调电压稳压芯片，输入端接电容可进一步滤波，输出端接电容可改善负载的瞬间影响，此电路比较稳定，根据实验设计要求，本设计采用方案二。

2系统理论分析与计算

2.1 整流电路的分析与计算 2.1.1 整流电路的分析

整流电路主要分为半波整流电路和全波整流电路。单相半波整流电路是最简单的一种整流电路，单相半波整流电路所用二极管数量少，但由于它只利用了交流电压的半个周期，所以输出电压低，交流分量大（即脉动大），效率低。单相全波整流电路中最常用的是单相桥式整流电路，由四只二极管组成，在对二极管的参数要求一样的情况下，其输出电压是半波整流电路的二倍，输出电压的脉动较半波整流电路减小很多。因此本次设计中采用单相桥式整流电路。 2.1.2 整流电路参数的计算

在单项桥式整流电路中，因为每只二极管只在输入电压的半个周期通过电流，所以每只二极管的平均电流只有负载上电流平均值的一半，已知本次设计中要求输出电流最大为1A，即：ID(AV)?负载电阻选20?

二极管承受的最大反向电压：URmax?2U2?21.213V

IO(AV)2?10.45U2 ?2RLRL?13.5?

选择二极管的最大整流电流IF和最高反向工作电压URmax分别为

IF>ID(AV)?IO(AV)2?10.45U2URmax>URmax?2U2?21.213?V

2RL即选用4个IN4007二极管

2.1.3 整流电路电路图如图2.1.3

(图2.1.3)

2.2滤波电路的分析与计算 2.2.1滤波电路的分析滤波电容容量较大，因而一般采用电解电容，在接线时要注意电解电容的正负极。电容滤波电路简单易行，输出电压均值高，适用于负载电流较小且其变化也较小的场合。在大电流负载的情况下，由于负载很小，若采用电容滤波，则电容容量势必很大，而且整流二极管的冲击电流也很大，不利于整流管和电容器的选择，在此情况下应当采用电感滤波。当单独使用电容或电感进行滤波，效果仍不理想时，可采用复式滤波电路。根据此次设计要求输出电流最大为1A可知，本次设计采用电解电容滤波，为达到更好滤波效果在整流电路后并联两个电解电容。

2.2.2 滤波电路参数的计算

当RLC?(3~5)T/2时，电容的耐压值U?2U2?21V

20?10?31??222~370?F 电容C?(3~5)213.5因此选用一个容量为220uF、一个容量为100uF、耐压为25V的电解电容并联作

为滤波电容

2.2.3 滤波电路电路图

2.3 稳压电路的计算分析与计算 2.3.1 稳压电路的分析

此次设计实验中要求采用LM317三端稳压器进行实验，在整流滤波电路后再并联一个电容C5用于抵消输入线较长时的电感效应，以防止电路产生自激振荡，其容量较小，一般小于1uF,这里选用1uF。再于电路图中添加一个电容C4用于消除输出电压中的高频噪声，可取小于1uF的电容，也可取几微法甚至几十微法的电容，以便输出较大的脉冲电流，此处选用100uF的电解电容。由于输出电压为3~12V可调电压，故需要再连接一个滑动电阻R2，得到可调节的输出电压。为了减小R2上的纹波电压，可在其上并联一个电容C3,但是，在输出开路时，C3将向稳压器调整端放电，并使调整管发射极反偏，为了保护稳压器，可加二极管

D5,提供一个放电回路，如图2.3.3所示。 2.3.2 稳压电路参数的计算

输出电压：U0?(1?阻

R2)?1.25V，R1选240?，故R2选择4.5K?的滑动变R1D5的参数计算与滤波电路中的二极管参数计算相同，经过计算可得到此处应选用1N4007

2.3.3 稳压电路电路图

图2.3.3

3电路设计图与PCB板的制作

3.1电路的设计图如图3.1所示

（图3.1）

3.2PCB板的制作流程

（1）准备原理图和网络表（2）规划电路板，设置参数（3）装入网络表，元件封装（4）布置元件，手工调整（5）布线，手工调整

（6）pcb文件存盘，save，打印输出。并检查打印出来的pcb图是否完好（7）用Fecl3溶液进行腐蚀

3.3安装与检查