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集成直流稳压电源设计报告(ZHANGYAN)
直流稳压电源设计报告
设计任务与要求
使用集成稳压电路设计一个串联型直流稳压电源,主要性能指标如下:
(1)输出电压:6V~18V 可调;
(2)输出电流:;
(3)输入电压:220V;
(4)纹波电压:10mV。
二、设计思路
首先,题目要求设计的是一个直流稳压电源,而电网电压的有效值与所需的直流电压相差较大,且电网电压含有的交流成分大,波动也较大。所以先让电网电压经过电源变压器、整流电路、滤波电路转换成直流电压。由于题目要求的输出电压是一个范围值,说明稳压电路的集成块需要用可调的,这里我选用三端可调的LM317集成电路。
三、设计电路与原理
1.直流稳压电源的基本原理
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的装置,它需要变压、整流、滤波、稳压四个环节才能完成。一般由电源变压器、整流电路、滤波电路及稳压电路组成,基本框图如下:
其中:
电源变压器:这里用的是降压变压器,它的作用是将220V的交流电压变换成整流滤波电路所需要的交流电压。
整流电路:将变压器副边的交流电压转换成直流电压,即将正弦波电压转换成单一方向的脉动电压。
整流有半波整流和全波整流,它们的电路图和输出波形如下。在实用电路中多采用单相全波整流电路,最常用的就是单相桥式整流电路。本试验中采用也是单相桥式整流电路。
滤波电路:整流电路的输出电压含有较大的交流成分,不能适应大多数电子电路及设备的需要,所以利用滤波电路将脉动的直流电压变为平滑的直流电压。最常用也最简单的滤波电路是电容滤波电路,电路图如下。电容滤波电路利用电容的充放电作用,使输出电压趋于平滑。
(4)稳压电路:由于输出电压平均值取决于变压器副边电压有效值,当电网电压波动时,输出电压平均值将随之产生相应的波动;另外,当负载变化时,整流滤波电路内阻上的电压将产生变化,输出电压平均值也随之产生相反的变化。为了获得稳定性好的直流电压,必须采取稳压措施。
最简单的稳压电路是由稳压二极管和限流电阻组成的。在电路中,利用稳压管所起的电流调节作用,通过限流电阻上电压或电流的变化进行补偿,来达到稳压目的。本课程设计中采用可调式三端集成稳压器LM317。
可调式三端集成稳压器LM317简介
LM317的3端为输入端,2端为输出端,1端为可调端。LM317内置有过载保护、安全区保护等多种保护电路。使用简单,仅需两个外接电阻来设置输出电压。其特性参数如下:
可调范围为1.25V-37V
最大输出电流为1.5A
输入与输出工作压差为=3V~40V。
输出表达式为:
其中,是集成稳压器件的基准电压,为1.25V。
LM317的经典应用电路为:
LM317的实用电路如下:
电路当输出端和输入端短路时,C3的放电将在R1上产生冲击电压,会危及稳压器的基准电压电路,因此在R1两端并上D1以保护稳压器。电容C1、C2是为了防止稳压器产生自激振荡及减小高频噪声。当稳压器输入端短路时,C2放电有冲击电流,并上D2后,C2通过D2放电,以保护稳压器。
四、电路参数确定
1. 选择电源变压器
1)确定副边电压U2:
根据性能指标要求:
又
其中:
此范围可任选:
根据
可得变压的副边电压:
2)确定副边电流:
取 则
3)选择变压器的功率
变压器的输出功率:
表1 小型变压器的效率
副边功率 效率 0.6 0.7 0.8 0.85 由表中据可知数,则原边输入功率
为留有余地,应选择30W的电源变压器。
2.整流电路中二极管的选择
变压器的副边电压
桥式整流电路中的二极管承受的最大反向电压为:
桥式整流电路中二极管承受的最高平均电流为:
查手册选整流二极管IN4007,其参数为:反向击穿电
最大整流电流
3.滤波电路中滤波电容的选择
当输出电压和输出电流都达到最大值时,可接负载为36;当输出电压最小,输出电流最大时,可接负载为12。但是当可接负载为12,输出电压最大时,电路的输出电流将为0.67,超过了电路的最大输出电流,将会损坏电路元件,所以取RL=36。
根据经验式:RLC=(3~5)T/2 T=20ms
则C=
考虑留有余地,电容能承受的最大电压为
所以滤波电容选择容量为2000uF,耐压值为40V的电容。
4.LM317中R1和R2的选取
为保证稳压器空载时也能正常工作,要求流过R1的电流不能太小,一般可取IR1=5~10mA,故 R1=/IR1.
LM31的基准电压最小值为1.2V,则R1=(120~240)
LM317输出电压公式为:
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