多路輸出直流穩(wěn)壓電源的設計

1、課程設計任務書學生姓名： 專業(yè)班級：電子科學與技術指導教師： 工作單位： 信息工程學院 題 目: 多路輸出直流穩(wěn)壓電源設計 一、初始條件： 可選元件：變壓器/15W/12V；整流二極管或整流橋若干，電容、電阻、電位器若干；根據(jù)需要選擇若干三端集成穩(wěn)壓器；交流電源220V，或自備元器件?？捎脙x器：示波器，萬用表，毫伏表二、要求完成的主要任務: （1）設計任務根據(jù)技術要求和已知條件，完成對多路輸出直流穩(wěn)壓電源的設計、裝配與調(diào)試。（2）設計要求 要求設計制作一個多路輸出直流穩(wěn)壓電源，可將220V/50Hz交流電轉(zhuǎn)換為多路直流穩(wěn)壓電源輸出：12V/1A，5V/1A，一組可調(diào)正電壓+3+18V/1A。

2、選擇電路方案，完成對確定方案電路的設計。計算電路元件參數(shù)與元件選擇、并畫出總體電路原理圖，闡述基本原理。（選做：用PSPICE或EWB軟件完成仿真） 安裝調(diào)試并按規(guī)定格式寫出課程設計報告書。三、時間安排：1、2011年12月31日分班集中，布置課程設計任務、選題；講解課設具體實施計劃與課程設計報告格式的要求；課設答疑事項。2、 2011年12月31日 至2012年1月4日完成資料查閱、設計、制作與調(diào)試；3、2012年月4日至2012年1月5日完成課程設計報告撰寫。4、2012年1月6日 提交課程設計報告，進行課程設計驗收和答辯。指導教師簽名： 年 月 日系主任（或責任教師）簽名： 年 月 日目

3、錄1 緒論32 設計內(nèi)容及要求42.1 設計的目的及主要任務42.1.1 設計目的42.1.2 設計的主要任務及性能指標42.2 設計思想及過程42.2.1 直流穩(wěn)壓電源設計思路42.2.2 整體設計過程53 設計原理及單元模塊設計53.1電源變壓器63.2 整流電路73.3 濾波電路83.4 穩(wěn)壓電路94課程設計心得體會10參考文獻10附錄1 電路圖設計11附錄2 元器件清單及相關參數(shù)111 緒論在當今社會中，各類電子產(chǎn)品極大地滿足了我們的需求，但是任何電子設備都需要一個共同的電子電路電源電路，在電子電路和電氣設備中，通常都需要電壓穩(wěn)定的直流穩(wěn)壓電源供電，直流穩(wěn)壓電源可分為兩類，一類是化學電

4、源，如各種各樣的干電池、蓄電池、充電電源等電源；其優(yōu)點是體積小、重量輕、攜帶方便等；缺點是成本高、易污染。另一類是穩(wěn)壓電源，它是把交流電網(wǎng)220V的電壓降為所需要的數(shù)值，然后通過整流、濾波和穩(wěn)壓電路，得到穩(wěn)定的直流電壓，這是現(xiàn)實生活中應用比較廣泛的一類。在大二的上學期我們學習了模擬電子技術基礎，在第十章，學習了有關直流穩(wěn)壓電源的一些知識。通過學習，我們知道了直流穩(wěn)壓電源由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路四部分組成。如圖所示：圖1-1 集成直流穩(wěn)壓電路圖上圖中，輸入220V、50Hz的交流電壓將通過電源變壓器變?yōu)槲覀冃枰碾妷?、然后再?jīng)過整流電路將交流電壓變?yōu)槊}動的直流電壓。因為此脈動的

5、直流電壓含有較大的紋波成分，必須經(jīng)過濾波電路加以濾波，從而得到平滑的直流電壓。但此電壓還是會因為電網(wǎng)電壓的波動、負載和溫度的變化而變化。因此，在經(jīng)過整流、濾波電路之后，還要接上穩(wěn)壓電路保證輸出穩(wěn)定的直流電壓2。這次的設計要求輸出12V/1A，5V/1A，一組可調(diào)正電壓+3+18V/1A的電壓電路，整個過程都需要我們自行完成，這就要求我們不僅要熟悉電路知識，學會查閱資料來幫助我們，而且要有熟練的動手能力，這對我們會有極大的幫助。通過這次的課程設計使我們在理論計算、結構設計、動手方面、查閱設計資料和計算及應用等方面的能力得到了很好的提高。使我們進一步鞏固了所學的理論知識，端正了學風，培養(yǎng)了嚴肅認證

6、實事求是的科學態(tài)度和勇于探索的創(chuàng)新精神3。2 設計內(nèi)容及要求2.1 設計的目的及主要任務2.1.1 設計目的掌握直流穩(wěn)壓電源的工作原理，學會選擇用變壓器、整流器、濾波器和穩(wěn)壓器四部分構成直流穩(wěn)壓電源的方法；掌握模擬電路設計的基本方法、設計步驟，培養(yǎng)綜合設計與調(diào)試能力；學會直流穩(wěn)壓電源的主要性能參數(shù)及測試方法。2.1.2 設計的主要任務及性能指標 要求設計制作一個多路輸出直流穩(wěn)壓電源，可將220V/50Hz交流電轉(zhuǎn)換為多路直流穩(wěn)壓電源輸出：12V/1A，5V/1A，一組可調(diào)正電壓+3+18V/1A。 選擇電路方案，完成對確定方案電路的設計。計算電路元件參數(shù)與元件選擇、并畫出總體電路原理圖，闡述基

7、本原理。（選做：用PSPICE或EWB軟件完成仿真） 安裝調(diào)試并按規(guī)定格式寫出課程設計報告書。2.2 設計思想及過程2.2.1 直流穩(wěn)壓電源設計思路（1）電網(wǎng)供電電壓交流220V(有效值)50Hz，要獲得低壓直流輸出，首先必須采用電源變壓器將電網(wǎng)電壓降低獲得所需要交流電壓。（2）降壓后的交流電壓，通過整流電路變成單向直流電，但其幅度變化大（即脈動大）。（3）脈動大的直流電壓須經(jīng)過濾波電路變成平滑，脈動小的直流電，即將交流成份濾掉，保留其直流成份。（4）濾波后的直流電壓，再通過穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓，便可得到基本不受外界影響的穩(wěn)定直流電壓輸出，供給負載RL。其中：1）電源變壓器：是降壓變壓器，它將電網(wǎng)22

8、0V交流電壓變換成符合需要的交流電壓，并送給整流電路，變壓器的變比由變壓器的副邊電壓確定。2）整流電路：利用單向?qū)щ娫?，?0Hz的正弦交流電變換成脈動的直流電。3）濾波電路：由于經(jīng)過整流的直流脈沖電壓還含有較大的紋波，因此需要設計濾波電路將整流電路輸出電壓中的交流成分大部分加以濾除，從而得到比較平滑的直流電壓。4）穩(wěn)壓電路：穩(wěn)壓電路的功能是使輸出的直流電壓穩(wěn)定，不隨交流電網(wǎng)電壓、負載的變化而變化。2.2.2 整體設計過程首先根據(jù)已學的理論知識進行理論計算定出各個元件，然后畫出電路圖，再在仿真軟件中進行仿真，完成電路仿真、檢查錯誤及改正，最后得出正確的參數(shù)及電路圖。最后根據(jù)仿真結果購買元件，

9、在實驗室進行硬件仿真，調(diào)試出結果后，焊接電路，最后撰寫實驗報告書。3 設計原理及單元模塊設計集成穩(wěn)壓電源有四部分組成如下圖圖1-2穩(wěn)壓電源的構成圖圖1-3整流及穩(wěn)壓過程3.1電源變壓器圖 1-4 電源變壓器（1）電源變壓器是將輸入的220V交流電壓U1轉(zhuǎn)變?yōu)檎麟娐匪枰慕涣麟妷篣2。但是變壓器有一定的功耗所以它的輸出功率要小于輸入功率即： =P2/P1。P2是變壓器的副邊功率，P1是變壓器的原邊的功率。因為至此時輸出多端所以選擇中間抽頭的多路輸出變壓器。輸出12V、和24V對應于78、79系列和LM317系列4。（2）選擇電源變壓器 1)確定副邊電壓U2: 根據(jù)性能指標要求：Uomin=3

10、V Uomax=18V又 Uomax+(Ui-Uo)minUiUomin+(Ui-Uo)max 其中：(Ui-Uo)min=3V，(Ui-Uo)max=40V 18V+3VUi3V+40V 21VUi43V 在此范圍內(nèi)選擇：Ui=22V=Uo1 根據(jù) Uo1=（1.11.2）U2 可得變壓的副邊電流：U2=U1/1.15=19V2) 確定變壓器副邊電流I2 Io1=Io 又 副邊電流I2=（1.52.0）Io1 取Io1=Iomax=1AI2=1.5*1A=1.5A3）選擇變壓器功率 變壓器的輸出功率：PoI2U2=19W 所以選擇正負雙12V/20W的變壓器3.2 整流電路（1）整流電路：利

11、用單向?qū)щ娫?，?0HZ的正弦交流電壓變成脈沖的直流電單相橋式整流電路如下圖，四支整流二極管D1D4形成電橋。在V2正半周。電流從變壓器副邊線圈上端流出，只經(jīng)過D1流向RL,在由D3留回變壓器，所以D1、D3正向?qū)?，D2、D4反偏截止。在負載上產(chǎn)生一個極性為上正下負的輸出電壓。電流通路用實線箭頭表示。同理在V2負半周時，D2、D4正向?qū)ǎ珼1、D3反偏截止。在負載上產(chǎn)生上正下負的輸出電壓。電流通路如圖的虛線箭頭表示。綜上可知輸入端經(jīng)變壓器后在副邊得到了一個單向的脈動電壓。圖1-5橋式整流電路的工作波形（2）選擇整流電路中的二極管變壓器的副邊電壓U2=12V橋是整流電路中的二極管承受的最高

12、反向電壓為：1.414U217V橋式整流電路中二極管承受的最高平均電流為：Io/2=0.8/2=0.4查手冊選整流二極管IN4007，其參數(shù)為：反向擊穿電壓U=50V17V，最大整流電流I=1A0.4A3.3 濾波電路（1）濾波電路：可以講濾波電路輸出電壓中的交流成分大部分濾除，從而得到比較光滑的直流電壓。 （2）濾波電路中濾波電容的選擇 濾波電容的大小可用式 C=（Io*t）/Ui 求得。1） 求Ui：根據(jù)穩(wěn)壓電路的穩(wěn)壓系數(shù)的定義：設計要求 Uo15mV ，Sv0.003 Sv=(Uo*Ui)/(Uo*Ui)Uo=+3V +18V Ui=14V代入上式，則可求得Ui2） 濾波電容 C設定Io

13、=Iomax=1A，t=0.01s則可求得C4285uF電路中濾波電容承受的最高電壓為1.414U217V，所以所選電壓的耐壓應大于17V。 注意：因為大容量電解電容有一定的繞制電感分布，易引起自激振蕩，形成高頻干擾。所以穩(wěn)壓器的輸入斷腸并入辭職小容量電容來抵消電感效應，一直高頻干擾。 圖1-6 RC濾波電路3.4 穩(wěn)壓電路由于輸出地直流電壓會隨著穩(wěn)壓電路的波動、負載和溫度發(fā)生變化而變化，所以，為了維持輸出直流電壓穩(wěn)定不變，還要加上穩(wěn)壓電路。集成穩(wěn)壓器在使用中普遍使用的是三端穩(wěn)壓器?？梢苑譃楣潭ㄊ胶涂烧{(diào)式，按正負的輸出電壓還可分為CW317、CW337、LM317、LM337。其中317系列穩(wěn)

14、壓器可以連續(xù)輸出可調(diào)正電壓，337系列則是可調(diào)負電壓。它們的可調(diào)范圍為1.237V，最大輸出電流為1.5A。三端集成穩(wěn)壓器還有78、79系列分別對應正電壓輸出和負電壓輸出.79系列和78系列的外形相似但是連接不同，79的1端接地，2端接負的輸入。3端接輸出。圖1-7 固定式三端穩(wěn)壓器的引腳圖與應用電路5 圖1-8 可調(diào)式三端穩(wěn)壓器的引腳圖及應用電路選擇穩(wěn)壓器型號為LM7805、LM7812、LM7905、LM7912和LM317。78系列分別輸出正5V和正12V，79系列分別輸出負5V和12V。317系列則輸出1.237V的可變電壓，最大輸出電流為1.5A4課程設計心得體會因為之前做過模電實驗

15、考試，做的就是直流穩(wěn)壓電源，所以愿意為很簡單。彈坐起來卻不是那么容易，實際做了好多次才最終成功了。通過這次的課程設計了解了電源制作的整個過程，還有它的工作原理，在和課本上的知識對照更加理解了電源的原理。通過仿真軟件對其仿真，檢查錯誤等，也使得對此軟件有了一個了解。但還是不是很熟悉要繼續(xù)深層次的加深理解多運用軟件進行電路的仿真。通過這次設計電源的課程設計方案，了解了直流穩(wěn)壓電源的方案論證和模塊之間的聯(lián)系以及元器件的選取，讓我們更加進一步的劉杰直流穩(wěn)壓電源的工作原理和它的性能指標。但在購買元器件的過程中有很多的不便，比如沒有預定的原件或者原件的性能不符等，這就要求我們要善于變通，用不同的角度來考慮

16、問題從而達到預定的效果。這次設計之后，我認識到自己只有在實踐中才能真正的了解電路了解自己的知識掌握程度，加深對知識的理解程度。但是由于時間安排在期末考試期間，準備不是很充分，因而在時間上有點沖突，來不及認真思考，但是在報告上花了很多時間，因為是第一次寫這種報告，所以，格式還有對Word的運用不是很好，會造成報告有些許的錯誤。因而值得我們下次實驗報告要更加的認真，好好改進，對文檔的操作更加熟練，對報告的形式更加有把握，內(nèi)容更加充實完善。參考文獻1周政新電子設計自動化實踐與訓練（第三版）北京：中國民航出版社，20002童詩白模擬電子技術基礎（第二版）北京：高等教育出版社，19983謝自美電子線路設計、試驗、測試（第二版）武漢：華中科技大學出版社，20004康華光電子技術基礎模擬部分（第四版）武漢：華中科技大學出版社，19985吳友宇模擬電子技術基礎（第一版）北京：清華大學出版社，2009附錄1 電路圖設計圖1-9 多路輸出直流穩(wěn)壓電源電路圖附錄2 元器件清單及相關參數(shù)名稱型號數(shù)量備注變壓器24V/25W1二極管IN40011IN54011IN40078電解電容1000uF/50V3470uF/50V3