1 新疆大学 课 程 设 计 报 告

所属院系： 电气工程学院 专 业： 电气工程及其自动化 课程名称： 电子技术基础A 设计题目： 直流稳压电源的设计 班 级： 学生姓名： 学生学号： 指导老师 : 常翠宁 努尔.买买提 完成日期： 2017. 7. 01 2

课程设计题目：直流稳压电源的设计 要求完成的内容： 1.输出直流电压1.5~10V可调； 2.输出电流IOm=300mA； 3.稳压系数Sr≤0.05； 4.具有过流保护功能。

指导教师评语： 该生通过查阅文献和资料和手册，能够综合运用电子技术课程中所学到的理知识，并能消 化和理解，把理论与实践进行结合起来。具有分析问题和解决问题的能力，较好地完成了设计任务。

评定成绩为：

指导教师签名： 2017 年 7 月 01 日 3

直流稳压电源的设计 直流稳压电源的设计要求是设计中包括电源变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路四个部分。通过四部分的组合将 220V 交流电压转变为设计要求直流电压。并且用仿真软件进行仿真分析。

一、方案设计 1.总体设计框架图 方案的总体思路如下：直流稳压电源一般由直流电源变压器、整流电路、滤波电路及稳压电路所组成，其基本框图如下：

1.1电源变压器 是降压变压器，它将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。

1.2整流电路 此设计的整流部分主要采用桥式电路，即由四个二极管交叉而成。但使用二极管时应注意以下问题：

(1) 最大整流电路流 fI 指二极管长期运行允许通过的最大正向平均电流。若使用时超过此值，有可能烧坏二极管。

(2) 最高反向工作电压 rmU 指允许施加在二级管两端的最大方向电压，通常为击穿电压的一半。 (3) 反向电流 rI 指二极未击穿时的反向电流值。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。

(4) 最高工作频率f 4

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。 其实桥式整流电路相当于理想二极管，即正偏时导通，电压降为零，相当于理想开关闭合；反偏时截至，电流为零，相当于理想开关断开。整流电路包括单向半波整流电路和桥式整流电路。半波整流电路结构简单，使用元件少，但整流效率低，输出电压脉动大。因此，它只适用于要求不高的场合。为了克服半波整流的缺点，常采用桥式整流电路。

1.3 滤波电路 整流电路交流电变为脉动直流电，但其中含有大量的交流成分（成为纹波电压）。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。 此电路采用的是输入式电容滤波电路，即在桥式整流电路输出端与负载之间并联一个大电容。其原理为：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，容易破环二极管，故在选择二极管时必须有足够的电流裕量，以免烧坏。

1.4 稳压电路 稳压器采用LM317系列，输出电压值连续可调，属于三端可调式输出集成稳压，它的三个接线端分别称为输入端、输出端和调整端。稳压电路的功能是使输出的直流电压稳定，不随交流电网和负载的变化而变化。 直流稳压电路的组成由电源变压、整流、滤波和稳压电路四个部分构成。

2.设计方案 （1）方案一 采用变压器、二极管、集成运放、电阻、稳压管、三极管等元器件。220V的市电经变压器后变成电压值较小的交流，再经桥式整流电路和滤波电路形成直流，稳压部分采用串联型稳压电路。比例运算电路的输入电压为稳定电压，且比例系数可调，所以其输出电压也可以调节；同时，为了扩大输出电流，集成运放输出端加晶体管，并保持射级输出形式，就构成了具有放大环节的串联型稳压电路。

（2）方案二 变压、整流和滤波电路与方案一相同，稳压部分采用集成稳压器LM317，为可调式三端集成稳压器可通过调节可变电阻来调节输出电压的数值，因此可以达到基 5

本设计要求。 （3）方案论证 从技术指标方面来讲，方案一采用的是分立元件，方案二采用的是集成芯片，集成芯片较分立元件具有更高的可靠性和稳定性；从电路简易方面来比较，方案二所设计的电路显然比比方案一更为简单，更容易实现；从经济指标方面来比较，集成稳压器价格低廉，因此更易受到青睐。综合以上因素，本人选择进行方案二的电路设计与仿真。

二、单元电路的设计 1.单元电路的设计 （1）电源变压器电路设计

图 4 电源变压器

图4所示电路即为电源变压器电路，该电路将220V，50HZ交流电压降压后，输出到副边，副边电压值便为下步整流电路要求的交流电压值，然后经过整流、滤波、稳压环节，最终变成所需直流电压。经过电源变压器电路的电压波形如图5所示，其中，红线表示输入电压波形，蓝线表示为副边输出电压波形。 6

图 5 电源变压器输出波形 （2）整流电路的设计 整流电路，采用本学期课本里所学的桥式整流电路。电路图如图6所示。

图 6 单相桥式整流电路 7

在图6的电路图中，当电压在副边交流电压的正半周时，电流从变压器副边线圈的上端流出，由于二极管的单向导电性，此电流只能经过二极管 D2 流向负载R1，再由二极管 D3 流回变压器，所以此时二极管 D2 、D3 正向导通，D1、D4 反偏截止。在负载上产生一个极性为上正下负的输出电压。 当电压在副边交流电压的负半周时，其极性与上述相反，电流从变压器副边线圈的下端流出，只能经过二极管 D4 流向负载1，再由二极管 D1 流回变压器，所以 此时二极管D1、D4 正向导通，D2 、D3 反偏截止。电流流过负载 R1 时产生的电压极性仍然是上正下负，与正半周时相同。 综上所述，桥式整流电路巧妙地利用了二极管的单向导电特性，将四个二极管分成两组，根据变压器副边电压的极性不同分别导通，使变压器副边电压的正极性端与负载电阻的上端相连，使其负极性端与负载电阻的下端相连，因此负载上始终可以得到一个单方向的脉动电压，实现电压的整流。经过电路整流后，可得桥式整流电路的输出波形如图 7 。

图 7 桥式整流电路的工作波形 （3）滤波电路的设计 滤波电路的设计采用电容滤波电路。其电路图如图8所示。 8

图 8 电容滤波电路图 滤波电路的作用在于滤去整流输出电压中的波纹。当负载的平均电压升高时，纹波（即交流成分）减少，且当C*R1的值越大，电容的放电速率越慢，负载电压中的纹波成分越小，负载的平均电压越高。经过滤波电路后，可得滤波电路输出波形如图9所示。

图 9 滤波电路的输出波形 9

(4)稳压电路的设计 稳压电路的作用是使输出的直流电压稳定，让其不随交流电网电压和负载的变化而变化。在本次实验中我们选用了LM317三端稳压器作为稳压电路，因为LM317三端稳压器电源能够连续地输出可调直流电压，在过流过热的保护方面LM317三端稳压器也有很好的效果，符合本次实验要求。其实验电路图如图10所示。

图10 稳压电路图 在稳压电路图中，R1和R3组成可调输出的电阻网络，R2为负载，用于测量输出电压。输入电容C1用来抑制纹波电压，输出电容C2用于消震以缓冲冲击性负载，来保证电路的工作稳定。经过稳压电路图，可得稳压电路输出波形如图11所示。 10

图11 稳压电路输出波形 2.单元电路元件的选择和计算 LM317的参数： 输出基准电压：1.25V; 输出电流范围：5mA-1.5A; 输入与输出压差：△U=Ui-Uo：3V-40V; 电压调整率：0.1％； 工作温度范围： 0°- 125°。

(1)电源变压器 由于最终要求得到1.5V-10V直流电压。所以根据公式 maxoiominminoiomaxUUUUUUU ① 即得稳压电路最低的输入者流电压和滤波电路最大的输出电压: VUV5.4113 若考虑电网10％的波动，根据公式 11

9.0minoiomaximinUUUU ② 9.0maxoiominimaxUUUU ③ 带入参数可得 VUV1.4715 所以副边电压:

13.64V1.1151.1min2iUU 则电压器的变比: 1:13.1664.13:220 而实验室中副边电压分别只有0V,6V,10V,14V四种,综合实验要求与实验室电路箱的所给规格，选择副边电压为14V的变压器。

此时，变压器的变比为： 1:71.1514:220 (2)整流电路中的二极管 反向最大电压： VUURM3.1964.13414.122 整流二极管流过的电流： AIID3.0omax 所以选择U=50V,I=1A的1N4001二极管符合要求。 (3)滤波电容 滤波电容C由纹波电压和稳压系数来确定。且滤波电容C满足 2)5~3(TRC ④ 选用 24TRC 又 OOLIVR ⑤ 则得C1为1200uF到8000uF,选取C1=2000uF,若考虑电网10％的电压波动，则电容器承受的最高电压为：