直流稳压电源设计报告

20162016 年四川省年四川省 TI TI 杯杯 大学生电子设计竞赛培训大学生电子设计竞赛培训 直流稳压电源设计直流稳压电源设计 【第十一组】【第十一组】 20162016 年年 7 7 月月 1212 日日 摘摘要要 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。 目目录录 1.系统方案2 简单的并联型稳压电源的论证与选择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 整流电路的分析与计算2 整流电路的分析2 整流电路参数的计算2 整流电路电路图3 滤波电路的分析与计算3 滤波电路的分析3 滤波电路参数的计算3 滤波电路电路图3 稳压电路的计算分析与计算4 稳压电路的分析4 稳压电路参数的计算4 稳压电路电路图4 3.电路设计图与 PCB 板的制作5 .电路的设计图5 .板的制作流程.5 .安装与检查5 4.测试方案与测试结果5 测试方案5 测试条件与仪器5 测试结果及分析.5 测试结果(数据)6 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 1 系统方案系统方案 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， 如图所示 电源电源 变压变压 器器 (a) 负负 载载 滤波滤波稳压稳压 整流整流 电路电路电路电路 电路电路 (b) 图(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 简单的并联型稳压电源的论证与选择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。 固定式三端稳压器的论证与选择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 2 系统理论分析与计算系统理论分析与计算 整流电路的分析与计算整流电路的分析与计算 整流电路的分析整流电路的分析 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。 整流电路参数的计算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：I D(AV)  负载电阻选 20 二极管承受的最大反向电压：U Rmax 2U 2  21.213V 选择二极管的最大整流电流I F 和最高反向工作电压U Rmax 分别为 I O(AV) 2  10.45U 2R L 13.5 2R L I F I D(AV)  I O(AV) 2  10.45U 2U Rmax U Rmax 2U 2  21.213V 2R L 即选用 4 个 IN4007 二极管 整流电路电路图整流电路电路图如图如图 滤波电路的分析与计算滤波电路的分析与计算 滤波电路的分析滤波电路的分析 图 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。 滤波电路参数的计算滤波电路参数的计算 当RLC  (3~ 5)T /2时，电容的耐压值U 2U 2  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 滤波电路电路图滤波电路电路图 稳压电路的计算分析与计算稳压电路的计算分析与计算 稳压电路的分析稳压电路的分析 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C 5 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C 4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R 2 ，得到可调节的输出电压。 为了减小R 2 上的纹波电压，可在其上并联一个电容C 3 ,但是，在输出开路时，C 3 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 D 5 ,提供一个放电回路，如图所示。 稳压电路参数的计算稳压电路参数的计算 输出电压：U 0  (1 R 2)1.25V，R 1 选 240，故R 2 选择的滑动变阻 R 1 D 5 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 稳压电路电路图稳压电路电路图 图 3 3 电电 路设计图与路设计图与 PCBPCB 板的制作板的制作 电路的设计图如图所示电路的设计图如图所示 （图） 板的制作流程板的制作流程 （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Fecl 3溶液进行腐蚀 安装与检查安装与检查 对电路进行组装：按照自己设计的电路， 在 PCB 板上焊接。焊接完毕后，应 对照电路仔细检查