串聯(lián)型二路輸出直流穩(wěn)壓正電源電路設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1、 課程設(shè)計(jì)說明書課程設(shè)計(jì)名稱： 12級(jí)電子課程設(shè)計(jì)報(bào)告 課程設(shè)計(jì)題目： 串聯(lián)型二路輸出直流穩(wěn)壓正電源電路 學(xué) 院 名 稱： 信息工程學(xué)院 專業(yè)： 班級(jí)： 學(xué)號(hào)： 姓名： 評(píng)分： 教師： 20 14 年 11 月 29 日 電子 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書20 14 20 15 學(xué)年 第 一 學(xué)期第 1 周 4 周 題目串聯(lián)型二路輸出直流穩(wěn)壓正電源電路內(nèi)容及要求設(shè)計(jì)一串聯(lián)型二路輸出直流正電源，該正電源需達(dá)到如下要求：1. 一路輸出直流電壓12v；另一路輸出5-12v連續(xù)可調(diào)直流穩(wěn)壓電源；2. 輸出電流iom=200ma；穩(wěn)壓系數(shù)sr0.05；進(jìn)度安排1.第1.5周：布置任務(wù)、領(lǐng)儀器設(shè)備、protel制圖(原

2、理圖，pcb制圖)；2.第1.52周：模擬電路、數(shù)字電路資料查閱、選擇方案；3.第3周：模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、領(lǐng)元器件；4.第4周：數(shù)字電路制作、焊接、調(diào)試、驗(yàn)收。學(xué)生姓名指導(dǎo)時(shí)間：第14周指導(dǎo)地點(diǎn)：任務(wù)下達(dá)2014 年 9 月 1 日任務(wù)完成20 14 年 9 月 26 日考核方式1.評(píng)閱 2.答辯 3.實(shí)際操作 4.其它指導(dǎo)教師系（部）主任注：1、此表一組一表二份，課程設(shè)計(jì)小組組長一份；任課教師授課時(shí)自帶一份備查。2、課程設(shè)計(jì)結(jié)束后與“課程設(shè)計(jì)小結(jié)”、“學(xué)生成績單”一并交院教務(wù)存檔。摘 要隨著科技的發(fā)展,電氣、電子設(shè)備已經(jīng)在日常、科研、學(xué)習(xí)等各個(gè)方面得到廣泛的應(yīng)用。電源作為電氣、電子

3、設(shè)備必不可少的能源供應(yīng)部件，其技術(shù)已相對(duì)成熟，但其需求日益增多并且對(duì)電源的功能、穩(wěn)定性等各項(xiàng)指標(biāo)也要求更高。對(duì)電源的研究和開發(fā)已經(jīng)成為新技術(shù)、新設(shè)備開發(fā)的重要環(huán)節(jié)，它對(duì)推動(dòng)科技發(fā)展起著重要作用。直流穩(wěn)壓電壓電源的設(shè)計(jì)思路是將220v，50hz市交流電通過變壓器降為合適交流電壓值，然后經(jīng)過整流電路將交流電轉(zhuǎn)為直流電，再通過濾波電路濾除直流電中的交流成分，最后通過集成穩(wěn)壓器構(gòu)成的穩(wěn)壓電路轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定直流電輸出。集成穩(wěn)壓器具有體積小、重量輕、安裝和調(diào)試方便、可靠性和穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn)。 關(guān)鍵詞：電源 穩(wěn)壓 整流 濾波目 錄前 言1第一章 設(shè)計(jì)任務(wù)2第二章 系統(tǒng)組成及工作原理32.1 系統(tǒng)組成32.2 工作

4、原理3第三章 系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)53.1 電路方案設(shè)計(jì)53.2 電路中的參數(shù)計(jì)算63.3 原件選擇7第四章 電路仿真8第五章 電路的組裝與調(diào)試115.1 電路安裝115.2 調(diào)試12第七章 結(jié) 論13參考文獻(xiàn)14附 錄15附錄一： 原件清單15附錄二： protel制圖16前 言隨著科技的發(fā)展,電氣、電子設(shè)備已經(jīng)在日常、科研、學(xué)習(xí)等各個(gè)方面得到廣泛的應(yīng)用。電源作為電氣、電子設(shè)備必不可少的能源供應(yīng)部件，其技術(shù)已相對(duì)成熟，但其需求日益增多并且對(duì)電源的功能、穩(wěn)定性等各項(xiàng)指標(biāo)也要求更高。對(duì)電源的研究和開發(fā)已經(jīng)成為新技術(shù)、新設(shè)備開發(fā)的重要環(huán)節(jié)，它對(duì)推動(dòng)科技發(fā)展起著重要作用。常見的直流穩(wěn)壓電源，大都采用串聯(lián)反饋

5、式穩(wěn)壓原理，通過調(diào)整輸出端取樣電阻之路中的電位器來調(diào)整輸出電壓。由于電位器阻值變化的非線性和調(diào)整的范圍窄，使普通直流穩(wěn)壓電源難以實(shí)現(xiàn)輸出電壓的精確調(diào)整。本電路就是根據(jù)該原理進(jìn)行的設(shè)計(jì)。本文旨在梳理直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)思路，分享自己學(xué)習(xí)研究過程中的心得，為后人學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)直流穩(wěn)壓電源提供參考依據(jù)。第1章 設(shè)計(jì)任務(wù) 設(shè)計(jì)一串聯(lián)型二路輸出直流正電源，該正電源需達(dá)到如下要求：1. 一路輸出直流電壓12v；另一路輸出5-12v連續(xù)可調(diào)直流穩(wěn)壓電源；2. 輸出電流iom=200ma；3. 穩(wěn)壓系數(shù)sr0.05；第2章 系統(tǒng)組成及工作原理2.1 系統(tǒng)組成本直流電源的電路由如下幾個(gè)部分組成：2.2 工作原理1. 變

6、壓電路變壓電路由交流變壓器構(gòu)成，其工作原理比較簡單，通常由一個(gè)初級(jí)線圈和一個(gè)次級(jí)線圈組成，一般根據(jù)副邊輸出功率來選取變壓器2. 整流電路橋式整流電路的工作原理:橋式整流器利用四個(gè)二極管，兩兩對(duì)接。輸入正弦波的正半部分是兩只管導(dǎo)通，得到正的輸出；輸入正弦波的負(fù)半部分時(shí)，另兩只管導(dǎo)通，由于這兩只管是反接的，所以輸出還是得到正弦波的正半部分 如圖2.2所示經(jīng)過橋式整流后在負(fù)載電阻rl上正得到的是同一個(gè)方向的單向脈動(dòng)電壓。 圖2.1 橋式整流電路波形變化3. 濾波電路交流電經(jīng)過整流電路后得到的是脈動(dòng)直流，這樣的直流電源由于所含交流紋波很大，不能直接給電子電路供電。采用電容濾波電路可以大大降低這種交流紋

7、波成份，讓整流后的電壓波形變得比較平滑。 電容濾波工作原理：若電路處于正半周，則二極管d1、d3導(dǎo)通變壓器次端電壓u2給電容器c充電。此時(shí)c相當(dāng)于并聯(lián)在u2上，所以輸出波形同u2 ，是正弦形。在t1到t2時(shí)刻，二極管導(dǎo)電，c充電，uo=uc按正弦規(guī)律變化；t2到t3時(shí)刻二極管關(guān)斷，uc=url按指數(shù)曲線下降，放電時(shí)間常數(shù)為rlc。當(dāng)放電時(shí)間常數(shù)rlc增加時(shí)，t1點(diǎn)要右移， t2點(diǎn)要左移，二極管關(guān)斷時(shí)間加長，導(dǎo)通角減小，見曲線3；反之，rlc減少時(shí)，導(dǎo)通角增加。當(dāng)rl很小,即irl很大時(shí)，電容濾波的效果不好,見濾波曲線中的2。然而,當(dāng)rl很大,即irl很小時(shí)，盡管c較小, rlc仍很大,電容濾波

8、的效果也很好,見濾波曲線中的3。所以電容濾波適合輸出電流較小的場合。 圖2.2 電容濾波變化示意圖4. 穩(wěn)壓電路由于穩(wěn)壓電路會(huì)因?yàn)橥饨缫蛩匕l(fā)生波動(dòng)、負(fù)載和溫度發(fā)生變化，濾波電路輸出的直流電壓會(huì)隨之發(fā)生變化而不穩(wěn)定。因此，為了維持輸出電壓穩(wěn)定不變，還需一個(gè)穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓電路所起到的作用是當(dāng)電網(wǎng)電壓、負(fù)載、外界環(huán)境溫度等發(fā)生變化時(shí)，使輸出直流電壓不受影響，而維持電壓的穩(wěn)定輸出。第三章 系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)3.1 電路方案設(shè)計(jì)直流穩(wěn)壓電源是一種將220v,50hz的交流電按照需求轉(zhuǎn)換成直流電的裝置。交流電轉(zhuǎn)換成直流電需要經(jīng)過變壓、整流、濾波和穩(wěn)壓這四個(gè)環(huán)節(jié)的操作才能完成，接下來將就如何實(shí)現(xiàn)這四個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行方案

9、設(shè)計(jì)。1. 變壓電路設(shè)計(jì)若要獲得低電壓直流的輸出，需先將電網(wǎng)電壓的值降到合適的值，再進(jìn)行下一步操作。本電路使用的降壓電路是單相交流變壓器，選用的電壓和功率依照后級(jí)電路的設(shè)計(jì)需求而定。2. 整流電路設(shè)計(jì)方案一：采用半波整流電路半波整流電路利用二極管的單向?qū)щ娦?，丟棄了交流電的一半波形，將交流電變換為只有正半周的脈動(dòng)直流電，造成了很大的資源浪費(fèi)，此電路僅在小電流電路中使用，此電路不宜采用。方案二：采用橋式整流電路采用橋式整流電路中將四個(gè)整流二極管連接成電橋的形式，采用此種連接每個(gè)整流二極管承受的反向電壓較小，負(fù)載電流僅是半波整流電路的一半，且整流后的電壓脈動(dòng)較小，能量利用率高。綜合兩個(gè)方案的利弊，

10、本電路將采用方案二。電路連接圖如下圖3.1圖3.1橋式整流電路3. 濾波電路設(shè)計(jì)經(jīng)整流后的電壓仍具有較大的交流分量，不能直接輸出變?yōu)橹绷麟娫?，必須通過濾波電路將交流分量濾掉。方案一：采用電感濾波電路電感濾波是利用電感對(duì)脈動(dòng)直流的反向電動(dòng)勢來達(dá)到濾波的作用，有較好的帶負(fù)載能力，但由于有鐵芯，笨重、體積大，容易引起電磁干擾，多用于負(fù)載電流很大的場合。方案二：采用rc濾波電路rc濾波電路由兩個(gè)電容一個(gè)電阻呈型連接，由于電阻的作用使得紋波都分擔(dān)在電阻上，一般電阻越大濾波效果越好，但其過大又會(huì)造成壓降過大，使得輸出電壓減小。方案三：lc濾波電路lc濾波電路與rc電路的區(qū)別在于，電感取代了那個(gè)電阻，具有帶

11、負(fù)載能力強(qiáng)和電路紋波小的特點(diǎn)，但也同時(shí)具有了電感濾波的缺點(diǎn)。方案四：電容濾波電路電容濾波是利用電容的充放電原理達(dá)到濾波的作用，該電路具有電路簡單、紋波小、負(fù)載電壓高等優(yōu)點(diǎn)。考慮到電感的體積和成本問題，為獲得較高的輸出電壓，將采用電容濾波。 圖3.2電容濾波電路4. 穩(wěn)壓電路設(shè)計(jì)經(jīng)過濾波處理后的電壓距離穩(wěn)定的直流電壓還有一定的差距，還需要用一個(gè)穩(wěn)壓電路來實(shí)現(xiàn)。本電路要求有兩路輸出，一路恒壓輸出，一路可調(diào)。鑒于這樣的設(shè)計(jì)要求，可以采用三端集成穩(wěn)壓器來進(jìn)行穩(wěn)壓操作。 3.2 電路中的參數(shù)計(jì)算設(shè)計(jì)的電路圖見下圖3.3電容c2為濾波電容，濾波電容越大，放電過程越慢，輸出電壓越平滑，平均值越高。但在實(shí)際上

12、，電容的容量越大，不但體積越大，而且會(huì)使整流二極管流過的沖擊電流更大。因此選擇470uf的較為合適。電容c3用于抵消長線傳輸而引起的電感，其容量可選1uf以下，故選擇c3為0.1uf；電容c4改善負(fù)載的瞬態(tài)響應(yīng)，其容量可選則1uf以下，但若c4大，則會(huì)在穩(wěn)壓器輸入端斷開時(shí)，c4通過穩(wěn)壓器放電，所以選擇c4=0.1uf。同理可選擇c4=1uf。圖3.3 設(shè)計(jì)電路圖實(shí)驗(yàn)要求輸出的電流iom=200ma,所以固定端的電阻r1=12/0.2=60，穩(wěn)壓器輸出端和公共端電流恒定不變i=0.2a,當(dāng)電阻未接入時(shí)5v=i*r1，當(dāng)電阻全接入時(shí)，12=（r1+r2）*i。由此可得r3=24，r2的阻值范圍03

13、4。3.3 原件選擇變壓電路中，變壓器選擇的是10:1的單相變壓器整流電路中，整流橋選擇的是w08濾波電路中，濾波電容c2選擇的是490uf，c3選擇的是0.1uf。穩(wěn)壓電路中，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，此直流電源的輸出電壓為12v，所以三端穩(wěn)壓器選擇的是7812，r1選擇的是60的定值電阻，r2選擇的是0-34的可調(diào)點(diǎn)位器，r3選擇的是24的定制電阻，c4選擇的是0.1uf。第四章 電路仿真電路multisim仿真設(shè)計(jì)圖如下：圖4.1 multisim仿真圖1. 固定端輸出12v仿真（開關(guān)閉合）仿真圖見下圖4.22. 可調(diào)穩(wěn)壓輸出仿真（開關(guān)不閉合）a. 最小輸出5v仿真圖見圖4.3b. 最大輸出12v仿

14、真圖見圖4.4圖4.2 固定輸出12v直流電壓圖4.3 最小輸出5v圖4.4 最大輸出12v第5章 電路的組裝與調(diào)試5.1 電路安裝領(lǐng)取完原件后，先檢查一遍元器件，確保各元件都沒有問題后將元器件按照電路圖從低到高依次焊接。實(shí)物如下圖所示。圖5.1 實(shí)物正面圖圖5.2 實(shí)物背面圖5.2 調(diào)試輸入220v,50hz的交流電，對(duì)電路進(jìn)行調(diào)試，用萬用表記錄其輸出結(jié)果，理論值與實(shí)際值對(duì)比如下：輸入電壓固定輸出電壓可調(diào)輸出電壓范圍理論值220v，50hz12v512v實(shí)際值220v，50hz11.7v3.811.7v 第7章 結(jié) 論在電子技術(shù)快速發(fā)展的今天，幾乎所有電子設(shè)備都離不開直流穩(wěn)壓電源，這也是本課題研究的現(xiàn)實(shí)意義。由調(diào)試結(jié)果可知，本設(shè)計(jì)的測試結(jié)果與理論值間具有一定誤差，基本滿足設(shè)計(jì)要求。經(jīng)過分析，出現(xiàn)誤差原因主要有以下幾點(diǎn)：1. 實(shí)測的電網(wǎng)電壓并不足220v,導(dǎo)致輸入電壓變小2. 元件本身參數(shù)不準(zhǔn)確3. 萬用表內(nèi)阻造成誤差4. 測量時(shí)接觸點(diǎn)之間存在微小電阻5. 電位器阻值變化的非線性參考文獻(xiàn)1