直流稳压电源设计报告

12016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1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。目录1.系统方案..................................................................21.1简单的并联型稳压电源的论证与选择........................................21.2固定式三端稳压器的论证与选择............................................22系统理论分析与计算........................................................22.1整流电路的分析与计算....................................................22.1.1整流电路的分析........................................................22.1.2整流电路参数的计算....................................................22.1.3整流电路电路图........................................................32.2滤波电路的分析与计算....................................................32.2.1滤波电路的分析........................................................32.2.2滤波电路参数的计算....................................................32.2.3滤波电路电路图........................................................32.3稳压电路的计算分析与计算................................................42.3.1稳压电路的分析........................................................42.3.2稳压电路参数的计算....................................................42.3.3稳压电路电路图........................................................43.电路设计图与PCB板的制作..................................................53.1.电路的设计图............................................................53.2PCB.板的制作流程.........................................................53.3.安装与检查..............................................................54.测试方案与测试结果........................................................54.1测试方案................................................................54.2测试条件与仪器..........................................................54.3测试结果及分析.........................................................54.3.1.测试结果(数据)........................................................64.3.2.测试分析与结论........................................................6附录.1：电路实物图..........................................................6附录.2：参考文献............................................................621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(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：LAVOAVDRUII2)()(45.02125.13LR滤波电路整流电路负载稳压电路电源变压器3负载电阻选20二极管承受的最大反向电压：VUUR213.2122max选择二极管的最大整流电流FI和最高反向工作电压maxRU分别为FILAVOAVDRUII2)()(45.0212maxRUVUUR213.2122max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2/)5~3(TCRL时，电容的耐压值VUU2122电容FC370~2225.13121020)5~3(3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42.3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5C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4C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2R，得到可调节的输出电压。为了减小2R上的纹波电压，可在其上并联一个电容3C,但是，在输出开路时，3C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5D,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：VRRU25.1)1(120，1R选240，故2R选择4.5K的滑动变阻5D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1N40072.3.3稳压电路电路图图2.3.353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3Fecl溶液进行腐蚀3.3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，看是否有错接、漏接、虚焊现象。对安装完成的电路板的参数及工作状态进行测量，以便提供调整电路的依据，经过反复的调整和测量，使电路的性能达到要求。4电路的调试与测试结果4.1电路的调试（1）静态调试连好电路板时，通电之前，应该从以下几个方面进行检测①对照原理图，用万用表检测各个线路的接口是否完全接通，是否有短路、断路或漏接的现象，如果有，应该及时改好电路连线。②对照原理图，检查各元件是否接正确。（2）动态调试接通实验箱提供的14V交流电源，用数字万用表对所涉及的实物电路进行测试。得到可调节输出电压范围为2.67V--12.35V4.2测试仪器测试仪器：万用表、实验箱4.3测试结果及分析64.3.1测试结果(数据)电阻值()实测电压（V）1.344.651.956.842.879.043.5110.354.3211.94.6813.384.3.2测试分析与结论实验基本达到设计要求附录1：电路实物图（如下图所示）附录2：参考文献童诗白、华成英【著】.模拟电子技术基础（第四版）.高等教育出版社.2006