直流稳压电源设计论文
学校：
系别：
专业： 电子信息科学与技术
指导教师： 万里 李金钟
姓名及学号：刘盘石 [1**********]3
夏龙伟 [1**********]3
2011年5月
直流稳压电源设计
目 录
一、设计任务及要求 ........................ 错误！未定义书签。
二、设计原理及方案论证 ..................................... 2
三、实验设备及元器件 ....................................... 2
四、设计思路 ............................................... 4
五、注意事项 ............................................... 6
摘要：直流稳压电源有许多优异的特性，为获得可靠的直流稳压电源，一个经济可行的办
法是将我国目前使用的220v市电通过一定的方法转换为我们需要的直流电，集成稳压器具有一般集成电路体积小、重量轻、安装和调试方便、可靠性和稳定性高等优点。
关键词：变压器；整流桥；滤波；整流二极管
一、设计任务及要求
1、输出电压可调范围：uo=+5~+12V连续可调 2、输出电流：Iomax=1A
3、纹波电压≤5mV 4、电压调整率：Ku≤3% 5、电流调整率：Ki≤1%
二、设计原理及方案论证
1、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所示。
+
电
源 + 整 流 + 滤 波 + 稳 压 +
U1 U2 U3 Ui U0 _ 变压器 _ 电 路 _ 电 路 _ 电 路 _
（a） 稳压电源的组成框图
u
t 0
图1稳压电源的组成框图及整流与稳压过程
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 （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。
2、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、D2导通，D3、D4截止；u2的负半周内，D3、D4导通，D1、D2截止。正负半周内部都有电流流过的负载电阻RL，且方向是一致的。电路的输出波形如图3所示。
图2整流电路
t
t
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
If=Io1。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2
1
2U2(U2
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
2
I电容滤波电路后，直流输出电压：Uo1=(1.1～1.2)U2，直流输出电流：（I2是变o
1=
1.5~2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。
I
总体原理电路见图4。
3
3、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LM317
输出电压表达式为:
⎛RP1⎫ Uo=1.25 1+⎪
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VREF，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，电阻R1常取值120Ω~240Ω，在这里，因为只找了一个到10K的电位器，再串联一个R2，根据LM317输出电压表达式，取：R1=2.2k,R2=2k。我们RP1一般使用精密电位器，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：1.2V～37V 输出负载电流：1.5A
输入与输出工作压差ΔU=Ui-Uo：3～40V 能满足设计要求,故选用LM317组成稳压电路。
三、实验设备及元器件
1.万用表 2.示波器 3.交流毫伏表 4、电烙铁及焊锡
四、设计思路
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。
（2）降压后的交流电压，通过整流电路变成单向直流电，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。
（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。
2．直流稳压电源原理
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
（2）选择电源变压器
1）确定副边电压U2:
根据性能指标要求：Uomin=5V Uomax=12V 又 ∵ Ui-Uomax≥(Ui-Uo)min Ui-Uoin≤(Ui-Uo)max 其中：（Ui-Uoin）min=3V，(Ui-Uo)max=40V
∴ 12V≤Ui≤43V
此范围中可任选 ：Ui=14V=Uo1 根据 Uo1=(1.1～1.2)U2
可得变压的副边电压：U2=UO1
2）确定变压器副边电流I2
∵ Io1=Io
又副边电流I2=(1.5～2)IO1 取IO=IOmax=1A 则I2=1.5＊1A=1.5A
1.15
≈12V
3）选择变压器的功率
变压器的输出功率：Po>I2U2=14.4W
（3）选择整流电路中的二极管 ∵ 变压器的副边电压U2=12V
∴ 桥式整流电路中的二极管承受的最高反向电压为：
2U2≈17V
I1
==0.5A
桥式整流电路中二极管承受的最高平均电流为：2 2
查手册选整流二极管IN4001，其参数为：反向击穿电压UBR=50V>17V 最大整流电流IF=1A>0.5A （4）滤波电路中滤波电容的选择
o
C=滤波电容的大小可用式 求得。 ∆U
It
i
1）求ΔUi:
根据稳压电路的的稳压系数的定义： 设计要求ΔUo≤15mV ，SV≤0.003
Uo=+3V～+9V
Ui=14V
代入上式，则可求得ΔUi 2）滤波电容C
设定Io=Iomax=0.8A，t=0.01S 则可求得C。
电路中滤波电容承受的最高电压为
五、注意事项
1．焊接时要对各个功能模块电路进行单个测试，需要时可设计一些临时电路用于调试。 2．测试电路时，必须要保证焊接正确，才能打开电源，以防元器件烧坏。 3．注意LM317芯片的输入输出管脚和桥式整流电路中二极管的极性，不应反接。 4. 按照原理图焊接时必须要保证可靠接地。
参考文献: [1] 童诗白、华成英 《 模拟电子技术基础（第四版）》 高等教育出版社
[2] LM317中文资料
∆UoUo
SV=
∆UiUi
所以所选电容器的耐压应大于2U2≈17V，
17V。
直流稳压电源设计论文
学校：
系别：
专业： 电子信息科学与技术
指导教师： 万里 李金钟
姓名及学号：刘盘石 [1**********]3
夏龙伟 [1**********]3
2011年5月
直流稳压电源设计
目 录
一、设计任务及要求 ........................ 错误！未定义书签。
二、设计原理及方案论证 ..................................... 2
三、实验设备及元器件 ....................................... 2
四、设计思路 ............................................... 4
五、注意事项 ............................................... 6
摘要：直流稳压电源有许多优异的特性，为获得可靠的直流稳压电源，一个经济可行的办
法是将我国目前使用的220v市电通过一定的方法转换为我们需要的直流电，集成稳压器具有一般集成电路体积小、重量轻、安装和调试方便、可靠性和稳定性高等优点。
关键词：变压器；整流桥；滤波；整流二极管
一、设计任务及要求
1、输出电压可调范围：uo=+5~+12V连续可调 2、输出电流：Iomax=1A
3、纹波电压≤5mV 4、电压调整率：Ku≤3% 5、电流调整率：Ki≤1%
二、设计原理及方案论证
1、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所示。
+
电
源 + 整 流 + 滤 波 + 稳 压 +
U1 U2 U3 Ui U0 _ 变压器 _ 电 路 _ 电 路 _ 电 路 _
（a） 稳压电源的组成框图
u
t 0
图1稳压电源的组成框图及整流与稳压过程
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 （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。
2、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、D2导通，D3、D4截止；u2的负半周内，D3、D4导通，D1、D2截止。正负半周内部都有电流流过的负载电阻RL，且方向是一致的。电路的输出波形如图3所示。
图2整流电路
t
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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
If=Io1。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2
1
2U2(U2
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
2
I电容滤波电路后，直流输出电压：Uo1=(1.1～1.2)U2，直流输出电流：（I2是变o
1=
1.5~2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。
I
总体原理电路见图4。
3
3、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LM317
输出电压表达式为:
⎛RP1⎫ Uo=1.25 1+⎪
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VREF，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，电阻R1常取值120Ω~240Ω，在这里，因为只找了一个到10K的电位器，再串联一个R2，根据LM317输出电压表达式，取：R1=2.2k,R2=2k。我们RP1一般使用精密电位器，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：1.2V～37V 输出负载电流：1.5A
输入与输出工作压差ΔU=Ui-Uo：3～40V 能满足设计要求,故选用LM317组成稳压电路。
三、实验设备及元器件
1.万用表 2.示波器 3.交流毫伏表 4、电烙铁及焊锡
四、设计思路
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。
（2）降压后的交流电压，通过整流电路变成单向直流电，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。
（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。
2．直流稳压电源原理
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
（2）选择电源变压器
1）确定副边电压U2:
根据性能指标要求：Uomin=5V Uomax=12V 又 ∵ Ui-Uomax≥(Ui-Uo)min Ui-Uoin≤(Ui-Uo)max 其中：（Ui-Uoin）min=3V，(Ui-Uo)max=40V
∴ 12V≤Ui≤43V
此范围中可任选 ：Ui=14V=Uo1 根据 Uo1=(1.1～1.2)U2
可得变压的副边电压：U2=UO1
2）确定变压器副边电流I2
∵ Io1=Io
又副边电流I2=(1.5～2)IO1 取IO=IOmax=1A 则I2=1.5＊1A=1.5A
1.15
≈12V
3）选择变压器的功率
变压器的输出功率：Po>I2U2=14.4W
（3）选择整流电路中的二极管 ∵ 变压器的副边电压U2=12V
∴ 桥式整流电路中的二极管承受的最高反向电压为：
2U2≈17V
I1
==0.5A
桥式整流电路中二极管承受的最高平均电流为：2 2
查手册选整流二极管IN4001，其参数为：反向击穿电压UBR=50V>17V 最大整流电流IF=1A>0.5A （4）滤波电路中滤波电容的选择
o
C=滤波电容的大小可用式 求得。 ∆U
It
i
1）求ΔUi:
根据稳压电路的的稳压系数的定义： 设计要求ΔUo≤15mV ，SV≤0.003
Uo=+3V～+9V
Ui=14V
代入上式，则可求得ΔUi 2）滤波电容C
设定Io=Iomax=0.8A，t=0.01S 则可求得C。
电路中滤波电容承受的最高电压为
五、注意事项
1．焊接时要对各个功能模块电路进行单个测试，需要时可设计一些临时电路用于调试。 2．测试电路时，必须要保证焊接正确，才能打开电源，以防元器件烧坏。 3．注意LM317芯片的输入输出管脚和桥式整流电路中二极管的极性，不应反接。 4. 按照原理图焊接时必须要保证可靠接地。
参考文献: [1] 童诗白、华成英 《 模拟电子技术基础（第四版）》 高等教育出版社
[2] LM317中文资料
∆UoUo
SV=
∆UiUi
所以所选电容器的耐压应大于2U2≈17V，
17V。