目 录
1 设计目的及任务要求 ............................................................................ 1 1.1设计目的 ........................................................................................ 1 1.2设计任务要求 ................................................................................ 1 2 总体方案设计 ........................................................................................ 2 2.1 总体方案框图 ............................................................................... 2 2.2 电源变压器 ................................................................................... 2 2.3 整流电路 ....................................................................................... 3 2.4滤波电路 ........................................................................................ 3 2.5稳压电路 ........................................................................................ 4 2.6其他元件的选择 ............................................................................ 5 2.7可调直流稳压源电路原理图 ........................................................ 6 3 可调直流稳压源仿真 ............................................................................ 7 4总结.......................................................................................................... 8 参考文献 .................................................................................................... 9
1 设计目的及任务要求
1.1设计目的
通过可调直流稳压电源的设计、安装和调试，要求学会：
（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源； （2）掌握直流稳压电路的调试及主要技术指标的测试方法。
1.2设计任务要求
1、主要技术指标
（1）输出电压在1.26V-15V范围内连续可调，输出电流最大可达1A; （2）输出纹波电压小于5mV，稳压系数小于3%，输出电阻小于0.1Ω。 2、设计要求
（1）合理选择变压器、集成稳压器、整流桥及二极管型号；
（2）完成电路理论设计、绘制电路图及电路图典型波形、自制印刷板并进行安装调试；
2 总体方案设计
2.1 总体方案框图
可调直流稳压电源的原理框图如下图2-1所示，
2.2 电源变压器
城市电网提供的一般为220V（或380V）/50HZ的正弦交流电，电源变压器的作用是将电网交流电压变换成整流滤波电路所需要的交流电压。然后再将其次级输出电压去整流、滤波和稳压，最后得到所需要的直流电压幅值。 （1）电源电压变压器参数介绍 a）电压比
初、次级电压和线圈圈数具有以下关系，即: b）效率
在额定功率时，变压器的输出功率和输入功率的比值称为变压器的效率，即:
2P100%1
图2-1 可调直流稳压电源原理框图
U2N2
KU1N1
变压器的效率与变压器的功率等级有密切关系，通常功率越大，损耗就越小，效率也就越高；反之，功率越小，效率也就越低。 c）额定电压
指在变压器的初级线圈上所允许施加的电压，正常工作时，变压器初级绕组上施加的电压不得大于规定值。 d）额定功率
额定功率是指变压器在规定的频率和电压下能长期工作，而不超过规定温升时次级输出的功率。 e）调整率
变压器的调整率=（空载电压-满载电压）/满载电压。一般10W以下变压器的调整率在20%以上，要想在使用中降低变压器的调整率，只有选大一些的功率变压器，如3W的变压器的调整率为28%，使用功率为1.5W，调整率为 12%。
（2）电源变压器的选择
由设计要求可知输出最大电压为12V，又考虑到电阻等元件上的压降，故在选择电源变压器时，变压器次级电压应在15V左右为宜。
2.3 整流电路
桥式整流电路的作用是利用单向导电性的整流元件二极管，将正负交替的正弦交流电压整流成为单向脉动电压。但是，这种单向电压往往包含着很大的脉动成分，距离理想的直流电压还差得很远。下图即为整流电路部分的原理图和经整流后输出的波形。
图2-2整流电路原理图
图2-3整流电路波形
整流桥的选择:我们采用把四个二极管封装在一起接成全桥的形式，选用的型号为平均电流为 2A（2W10，2W06等）。
2.4滤波电路
滤波电路由电容、电感等储能元件组成。它的作用是尽可能地将单向脉动电压中交流成分滤掉，使输出电压成为比较平滑的直流电压。滤波电路即是将电容并联在整流电路上或者串联上电感。其波形图如图2-4示。
图2-4 滤波电路波形
电容的选择：在整个电路中，有多处必须用到电容以使得输出电压更平滑更稳定。 其中，
C1：滤波，C1=1200 µF；
C2：抑制自激振荡，C2=(0.1～0.3)µF/63V；
C3：滤波，用以减小输出电压的波纹电压(即输出电压中的交变电压分量)。 C3=10uF/16V；
C4：滤波作用，使Uo中的波动减小;C4=100µF/16V
2.5稳压电路
稳压电路的作用是采取某些措施，使输出的直流电压在电网电压或负载电流发生变化时保持稳定。
随着集成技术的发展，稳压电路也迅速实现集成化。目前已能大量生产各种型号的单片集成稳压电路。集成稳压器具有体积小，可靠性高以及温度特性好等优点，而且使用灵活，价格低廉，被广泛应用于仪器，仪表及其它各种电子设备中，特别是三端集成稳压器。
三端集成稳压器有多种型号：
正压系列：78XX系列等
固定式三端稳压器
负压系列：79XX系列等
正压系列：W317系列等 可调式三端稳压器负压系列：W337系列等 在这里我们选用LM317，下图2-5为其引脚图。
图2-5 LM317引脚图
LM317具体工作原理:
电路连接：输入引脚接输入正电压,输出引脚接负载,电压调节引脚一个脚接电阻(200欧姆左右)接到输出引脚,另一个接可调电阻(几K)接于地，输入和输出引脚对地要接滤波电容。当LM317稳压器离电源滤波器有一定距离时必须接电容。
但我们需要注意：
⑴输入至少要比输出高2V，否则不能调压；
⑵输入电压最高不能超过40V。输出电流最好不超过1A。输入12V的话，输出最高就是10V左右。
⑶由于它内部还是线性稳压，因此功耗比较大。当输入输出电压差比较大且输出电流也比较大时，注意317的功耗不要过大。一般加散热片后功耗也不超过20W。因此电压差大时建议分档调压。
另外，在使用LM317时要注意功耗、散热问题。
2.6其他元件的选择
降压、整流、滤波、稳压器件是整个电路的核心部分，但是除此之外，还需要保护和调节部分，整个电路才能正常工作。
当电容C3充电完成开始放电后，电流会通过在三端稳压集成块的GND端，流入LM317，造成其被烧坏，为了解决这个反向电流，我们可以在GND于Vout端并上一个二极管即可。另外，当LM317输入端元件短路时，出现UI
由于LM317的稳定工作要求的最小电流为：Iomin〞=1.5mA~5mA（安全），故取R1为180Ω——250Ω。
2.7可调直流稳压源电路原理图
.
.
.
图2-6 可调直流稳压电源原理图
可调直流稳压电源工作过程分析：由于我们期望得出的最大电压为15V左右，而在桥式整流部分采用二极管连接而成的桥，其整流后输出电压平均值应为ud1.2u2，即对变压器二次侧输出的电压进行了升压，整流后的电压还存在着一定的脉动成分和其他干扰信号，因此将输出电压通过各电容进行滤波，便可得到脉动成分较小，波形较为平整的输出电压。滤波之后，由于各种干扰，输出电压信号或许不稳定，但采用三端集成稳压器LM317可对滤波电路输出的电压进行稳压，这样我们便可以得到平整稳定的直流电压。为了实现可调，我们采用了电位器RV1,RV2来调节所需要的输出电压，其中RV1，RV2分别为细调，粗调。这样，可以实现输出电压在1.26V-15.2V范围内连续可调，输出电流最大可达1A。
3 可调直流稳压源仿真
在以上原理的基础上，为了保证我们的直流稳压电源能正常工作，有必要用proteus
对其进行仿真，不同的输出电压从电压表清晰可见。通过调节电位器（RV1细调，RV2粗调）可得到1.2615.2V不同输出的稳定可调直流电压。仿真结果如下图3-1、图3-2所示。
图3-1 直流稳压电压源最大输出电压
图3-2直流稳压电压源最小输出电压
有了软件的支持，我们再根据电路中各元件的具体参数选择适当的元件，在电路板上连成电路，按照电路图焊接起来，再经调试即可得到一个在1.26V-15.2V范围内连续可调的直流稳压电源。
4总结
在本次电力电子课程设计过程中，我学到了许多东西，但同时也遇到了很多问题。 首先，我们把平时在课堂上学到的电力电子理论知识同本次直流稳压可调电源的设计联系起来，深刻理解了桥式整流可控与不可控的区别。在选择器件时也懂得了各个器件选择的原则及其工作原理，这对我们再以后的学习工作是很有帮助的。其次，理论设计和实践总算存在很大差距的，因此，在具体焊接电路之前，我们用proteus软件绘制出了原理图，并进行了仿真，通过调节电位器可以发现输出电压的确是平稳的且在1.26V~15V可调，达到了预期设计目标。
但在另一方面也遇到了很多问题。对我们来说理论是简单的，实际电路却麻烦很多，也容易出现很多问题。在使用proteus设计原理图时，很容易的从元件库里选出了各元件，也按照原理图连好线，可是开始仿真时却问题不断，比如，电压表没有示数而且报错，在反复检查电路连线和各元件参数后运行，仍然没有报错。最后，我们请教了老师，在老师指导下我们更改了电源的电压为311V（峰值电压），变压器变压比为60:1，然后运行，总算有了示数且也满足要求。
从本次课程设计中，我们得到了很多启示,又掌握了一个绘图软件，明白了团队合作的重要性，关键时刻应该多和老师讨论等等。总之，这样的课程设计对我们的动手实践还是很有帮助的，我们可以把课堂上的理论同实践联系起来，一方面加强了对理论知识的理解，另一当面也增强了动手实践的能力。在以后的学习工作过程中，我们应该努力思考，把学习中的各种经验运用到工作中。
参考文献
[1] 王兆安，黄俊，电力电子技术，第4版，北京：机械工业出版社，2000. [2] 王兆安，张明勋，电力电子设备设计和应用手册，第2版，北京，机械工业出版社，2005
[3] 陈治明，电力电子器件基础，北京，机械工业出版社，2005
[4] 李序葆，赵永健，电力电子器件及其应用，北京，机械工业出版社，1996 [5] 李响初，数字电路基础与应用，北京，机械工业出版社，2008 [6] 吴丙申，模拟电路基础，北京，北京理工大学出版社，2007
目 录
1 设计目的及任务要求 ............................................................................ 1 1.1设计目的 ........................................................................................ 1 1.2设计任务要求 ................................................................................ 1 2 总体方案设计 ........................................................................................ 2 2.1 总体方案框图 ............................................................................... 2 2.2 电源变压器 ................................................................................... 2 2.3 整流电路 ....................................................................................... 3 2.4滤波电路 ........................................................................................ 3 2.5稳压电路 ........................................................................................ 4 2.6其他元件的选择 ............................................................................ 5 2.7可调直流稳压源电路原理图 ........................................................ 6 3 可调直流稳压源仿真 ............................................................................ 7 4总结.......................................................................................................... 8 参考文献 .................................................................................................... 9
1 设计目的及任务要求
1.1设计目的
通过可调直流稳压电源的设计、安装和调试，要求学会：
（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源； （2）掌握直流稳压电路的调试及主要技术指标的测试方法。
1.2设计任务要求
1、主要技术指标
（1）输出电压在1.26V-15V范围内连续可调，输出电流最大可达1A; （2）输出纹波电压小于5mV，稳压系数小于3%，输出电阻小于0.1Ω。 2、设计要求
（1）合理选择变压器、集成稳压器、整流桥及二极管型号；
（2）完成电路理论设计、绘制电路图及电路图典型波形、自制印刷板并进行安装调试；
2 总体方案设计
2.1 总体方案框图
可调直流稳压电源的原理框图如下图2-1所示，
2.2 电源变压器
城市电网提供的一般为220V（或380V）/50HZ的正弦交流电，电源变压器的作用是将电网交流电压变换成整流滤波电路所需要的交流电压。然后再将其次级输出电压去整流、滤波和稳压，最后得到所需要的直流电压幅值。 （1）电源电压变压器参数介绍 a）电压比
初、次级电压和线圈圈数具有以下关系，即: b）效率
在额定功率时，变压器的输出功率和输入功率的比值称为变压器的效率，即:
2P100%1
图2-1 可调直流稳压电源原理框图
U2N2
KU1N1
变压器的效率与变压器的功率等级有密切关系，通常功率越大，损耗就越小，效率也就越高；反之，功率越小，效率也就越低。 c）额定电压
指在变压器的初级线圈上所允许施加的电压，正常工作时，变压器初级绕组上施加的电压不得大于规定值。 d）额定功率
额定功率是指变压器在规定的频率和电压下能长期工作，而不超过规定温升时次级输出的功率。 e）调整率
变压器的调整率=（空载电压-满载电压）/满载电压。一般10W以下变压器的调整率在20%以上，要想在使用中降低变压器的调整率，只有选大一些的功率变压器，如3W的变压器的调整率为28%，使用功率为1.5W，调整率为 12%。
（2）电源变压器的选择
由设计要求可知输出最大电压为12V，又考虑到电阻等元件上的压降，故在选择电源变压器时，变压器次级电压应在15V左右为宜。
2.3 整流电路
桥式整流电路的作用是利用单向导电性的整流元件二极管，将正负交替的正弦交流电压整流成为单向脉动电压。但是，这种单向电压往往包含着很大的脉动成分，距离理想的直流电压还差得很远。下图即为整流电路部分的原理图和经整流后输出的波形。
图2-2整流电路原理图
图2-3整流电路波形
整流桥的选择:我们采用把四个二极管封装在一起接成全桥的形式，选用的型号为平均电流为 2A（2W10，2W06等）。
2.4滤波电路
滤波电路由电容、电感等储能元件组成。它的作用是尽可能地将单向脉动电压中交流成分滤掉，使输出电压成为比较平滑的直流电压。滤波电路即是将电容并联在整流电路上或者串联上电感。其波形图如图2-4示。
图2-4 滤波电路波形
电容的选择：在整个电路中，有多处必须用到电容以使得输出电压更平滑更稳定。 其中，
C1：滤波，C1=1200 µF；
C2：抑制自激振荡，C2=(0.1～0.3)µF/63V；
C3：滤波，用以减小输出电压的波纹电压(即输出电压中的交变电压分量)。 C3=10uF/16V；
C4：滤波作用，使Uo中的波动减小;C4=100µF/16V
2.5稳压电路
稳压电路的作用是采取某些措施，使输出的直流电压在电网电压或负载电流发生变化时保持稳定。
随着集成技术的发展，稳压电路也迅速实现集成化。目前已能大量生产各种型号的单片集成稳压电路。集成稳压器具有体积小，可靠性高以及温度特性好等优点，而且使用灵活，价格低廉，被广泛应用于仪器，仪表及其它各种电子设备中，特别是三端集成稳压器。
三端集成稳压器有多种型号：
正压系列：78XX系列等
固定式三端稳压器
负压系列：79XX系列等
正压系列：W317系列等 可调式三端稳压器负压系列：W337系列等 在这里我们选用LM317，下图2-5为其引脚图。
图2-5 LM317引脚图
LM317具体工作原理:
电路连接：输入引脚接输入正电压,输出引脚接负载,电压调节引脚一个脚接电阻(200欧姆左右)接到输出引脚,另一个接可调电阻(几K)接于地，输入和输出引脚对地要接滤波电容。当LM317稳压器离电源滤波器有一定距离时必须接电容。
但我们需要注意：
⑴输入至少要比输出高2V，否则不能调压；
⑵输入电压最高不能超过40V。输出电流最好不超过1A。输入12V的话，输出最高就是10V左右。
⑶由于它内部还是线性稳压，因此功耗比较大。当输入输出电压差比较大且输出电流也比较大时，注意317的功耗不要过大。一般加散热片后功耗也不超过20W。因此电压差大时建议分档调压。
另外，在使用LM317时要注意功耗、散热问题。
2.6其他元件的选择
降压、整流、滤波、稳压器件是整个电路的核心部分，但是除此之外，还需要保护和调节部分，整个电路才能正常工作。
当电容C3充电完成开始放电后，电流会通过在三端稳压集成块的GND端，流入LM317，造成其被烧坏，为了解决这个反向电流，我们可以在GND于Vout端并上一个二极管即可。另外，当LM317输入端元件短路时，出现UI
由于LM317的稳定工作要求的最小电流为：Iomin〞=1.5mA~5mA（安全），故取R1为180Ω——250Ω。
2.7可调直流稳压源电路原理图
.
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图2-6 可调直流稳压电源原理图
可调直流稳压电源工作过程分析：由于我们期望得出的最大电压为15V左右，而在桥式整流部分采用二极管连接而成的桥，其整流后输出电压平均值应为ud1.2u2，即对变压器二次侧输出的电压进行了升压，整流后的电压还存在着一定的脉动成分和其他干扰信号，因此将输出电压通过各电容进行滤波，便可得到脉动成分较小，波形较为平整的输出电压。滤波之后，由于各种干扰，输出电压信号或许不稳定，但采用三端集成稳压器LM317可对滤波电路输出的电压进行稳压，这样我们便可以得到平整稳定的直流电压。为了实现可调，我们采用了电位器RV1,RV2来调节所需要的输出电压，其中RV1，RV2分别为细调，粗调。这样，可以实现输出电压在1.26V-15.2V范围内连续可调，输出电流最大可达1A。
3 可调直流稳压源仿真
在以上原理的基础上，为了保证我们的直流稳压电源能正常工作，有必要用proteus
对其进行仿真，不同的输出电压从电压表清晰可见。通过调节电位器（RV1细调，RV2粗调）可得到1.2615.2V不同输出的稳定可调直流电压。仿真结果如下图3-1、图3-2所示。
图3-1 直流稳压电压源最大输出电压
图3-2直流稳压电压源最小输出电压
有了软件的支持，我们再根据电路中各元件的具体参数选择适当的元件，在电路板上连成电路，按照电路图焊接起来，再经调试即可得到一个在1.26V-15.2V范围内连续可调的直流稳压电源。
4总结
在本次电力电子课程设计过程中，我学到了许多东西，但同时也遇到了很多问题。 首先，我们把平时在课堂上学到的电力电子理论知识同本次直流稳压可调电源的设计联系起来，深刻理解了桥式整流可控与不可控的区别。在选择器件时也懂得了各个器件选择的原则及其工作原理，这对我们再以后的学习工作是很有帮助的。其次，理论设计和实践总算存在很大差距的，因此，在具体焊接电路之前，我们用proteus软件绘制出了原理图，并进行了仿真，通过调节电位器可以发现输出电压的确是平稳的且在1.26V~15V可调，达到了预期设计目标。
但在另一方面也遇到了很多问题。对我们来说理论是简单的，实际电路却麻烦很多，也容易出现很多问题。在使用proteus设计原理图时，很容易的从元件库里选出了各元件，也按照原理图连好线，可是开始仿真时却问题不断，比如，电压表没有示数而且报错，在反复检查电路连线和各元件参数后运行，仍然没有报错。最后，我们请教了老师，在老师指导下我们更改了电源的电压为311V（峰值电压），变压器变压比为60:1，然后运行，总算有了示数且也满足要求。
从本次课程设计中，我们得到了很多启示,又掌握了一个绘图软件，明白了团队合作的重要性，关键时刻应该多和老师讨论等等。总之，这样的课程设计对我们的动手实践还是很有帮助的，我们可以把课堂上的理论同实践联系起来，一方面加强了对理论知识的理解，另一当面也增强了动手实践的能力。在以后的学习工作过程中，我们应该努力思考，把学习中的各种经验运用到工作中。
参考文献
[1] 王兆安，黄俊，电力电子技术，第4版，北京：机械工业出版社，2000. [2] 王兆安，张明勋，电力电子设备设计和应用手册，第2版，北京，机械工业出版社，2005
[3] 陈治明，电力电子器件基础，北京，机械工业出版社，2005
[4] 李序葆，赵永健，电力电子器件及其应用，北京，机械工业出版社，1996 [5] 李响初，数字电路基础与应用，北京，机械工业出版社，2008 [6] 吴丙申，模拟电路基础，北京，北京理工大学出版社，2007