集成直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

1、沈陽(yáng)理工大學(xué)裝備工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)摘 要 隨著科技的發(fā)展，電氣、電子設(shè)備已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于日常、科研、學(xué)習(xí)等各個(gè)方面。電源作為電氣、電子設(shè)備必不可少的能源供應(yīng)部件，需求日益增加，而且對(duì)電源的功能、穩(wěn)定性等各項(xiàng)指標(biāo)也提出了更高的要求。對(duì)電源的研究和開(kāi)發(fā)已經(jīng)成為新技術(shù)、新設(shè)備開(kāi)發(fā)的重要環(huán)節(jié)，在推動(dòng)科技發(fā)展中起著重要作用。本設(shè)計(jì)主要用串聯(lián)型穩(wěn)壓電路設(shè)計(jì)直流穩(wěn)壓電源，通過(guò)相關(guān)知識(shí)計(jì)算出各電路中各個(gè)器件的參數(shù)，使電路性能達(dá)到設(shè)計(jì)要求中的電壓調(diào)整率，電流調(diào)整率，負(fù)載調(diào)整率，紋波電壓等各種指標(biāo)。關(guān)鍵詞：直流；穩(wěn)壓電源；串聯(lián)型線性穩(wěn)壓；開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓電源目 錄1 緒 論12 設(shè)計(jì)任務(wù)22.1課程設(shè)計(jì)的目的及意義

2、22.2課程設(shè)計(jì)任務(wù)與要求22.3 實(shí)驗(yàn)器材22.4課程設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)23 集成直流穩(wěn)壓電源的工作原理43.1 集成直流穩(wěn)壓電源概述43.2 變壓部分43.3 整流部分43.4 濾波部分53.5 穩(wěn)壓部分54 電路設(shè)計(jì)與調(diào)試64.1 集成直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)與調(diào)試64.1.1集成直流穩(wěn)壓電源的參數(shù)計(jì)算原理64.1.2 集成直流穩(wěn)壓電源元器件的選擇64.1.3 集成直流穩(wěn)壓電源電路板實(shí)物圖75 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析85.1 集成直流穩(wěn)壓電源電路分析85.1.1整流部分（電路第一部分）8 5.1.2集成穩(wěn)壓部分（電路第二部分）.85.2 集成直流穩(wěn)壓電源結(jié)果分析95.2.1 整流部分結(jié)果95.2.2濾波部分結(jié)

3、果95.2.3穩(wěn)壓部分結(jié)果105.3集成直流穩(wěn)壓電源總電路圖126 總結(jié)13致謝14參考文獻(xiàn)15iii1 緒 論 在電子電路及電子設(shè)備中，通常都需要電壓穩(wěn)定的直流電源供電，作為電子電路中必不可少的組成部分，它的作用之一是為各級(jí)電路中的三極管提供合適的偏置，其次是作為整個(gè)電子電路能量來(lái)源。它是由電源變壓器、整流、濾波和穩(wěn)壓電路等四部分組成。 電源變壓器將交流電網(wǎng)220v的電壓變?yōu)樗枰碾妷褐?，然后通過(guò)整流電路將交流電壓變成脈動(dòng)的直流電壓。由于此脈動(dòng)的直流電壓還含有較大的紋波，必須通過(guò)濾波電路加以濾除，從而得到平滑的直流電壓。但這樣的電壓還隨電網(wǎng)電壓波動(dòng)（一般有10%左右的波動(dòng)）、負(fù)載和溫度的變

4、化而變化。因而在整流、濾波電路之后，還需接穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓電路的作用是當(dāng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)、負(fù)載和溫度變化時(shí)，維持輸出直流電壓穩(wěn)定。直流穩(wěn)壓電源的歷史可追溯到十九世紀(jì)，愛(ài)迪生發(fā)明電燈時(shí)，就曾考慮過(guò)穩(wěn)壓器，到二十世紀(jì)初，就有鐵磁穩(wěn)壓器以及相應(yīng)的技術(shù)文獻(xiàn)，電子管問(wèn)世不久，就有人設(shè)計(jì)了電子管直流穩(wěn)壓器，在四十年代后期，電子器件與磁飽和元件相結(jié)合，構(gòu)成了電子控制的磁飽和交流穩(wěn)壓器。五十年代晶體管的誕生使晶體管串聯(lián)調(diào)整穩(wěn)壓電源成了直流穩(wěn)壓電源的中心。六十年代后期，科研人員對(duì)穩(wěn)定電源技術(shù)做了新的總結(jié)，使開(kāi)關(guān)電源，可控硅電源得到快速發(fā)展，與此同時(shí)，集成穩(wěn)壓器也不斷發(fā)展。直至今日，在直流穩(wěn)壓電源領(lǐng)域，以電子計(jì)算機(jī)為代

5、表的要求供電電壓低，電流大的電源大都由開(kāi)關(guān)電源擔(dān)任，要求供電電壓高，電流大的設(shè)備的電源由可控硅電源代之，小電流、低電壓電源都采用集成穩(wěn)壓器?，F(xiàn)在社會(huì)在進(jìn)步，社會(huì)在向前發(fā)展，只有掌握先進(jìn)的技術(shù)，并有一定的動(dòng)手能力和設(shè)計(jì)能力才能在激烈的社會(huì)大潮中站得住腳；所以我們選題直流穩(wěn)壓電源的目的，一方面加深對(duì)直流穩(wěn)壓電源了解；另一方面鞏固所學(xué)的知識(shí)，提高自己的動(dòng)手制作能力和設(shè)計(jì)能力。同時(shí)為我們以后學(xué)習(xí)相關(guān)專業(yè)知識(shí)打下基礎(chǔ)和積累經(jīng)驗(yàn)，并且對(duì)我們以后的工作也有幫助。2 設(shè)計(jì)任務(wù)2.1課程設(shè)計(jì)的目的及意義通過(guò)集成直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)，安裝和調(diào)試，要求學(xué)會(huì)： （1）選擇變壓器、整流二極管、濾波電容、集成穩(wěn)壓器及相關(guān)元

6、器件設(shè)計(jì)直流穩(wěn)壓電源； （2）掌握直流穩(wěn)壓電路的調(diào)試及主要技術(shù)指標(biāo)的測(cè)試方法。2.2課程設(shè)計(jì)任務(wù)與要求1. 集成穩(wěn)壓電源的主要技術(shù)指標(biāo) （1）同時(shí)輸出15v電壓、輸出電流為500ma; （2）輸出紋波電壓小于5mv，穩(wěn)壓系數(shù)小于510(-3)，輸出內(nèi)阻小于0.1； （3）加輸出保護(hù)電路，最大輸出電流不超過(guò)2a。2. 設(shè)計(jì)要求 （1）電源變壓器只做理論設(shè)計(jì)。 （2）合理選擇集成穩(wěn)壓器及擴(kuò)流三極管。 （3）保護(hù)電路擬采用限流型。 （4）完成全電路理論設(shè)計(jì)、安裝調(diào)試、繪制電路圖，自制印刷版。 （5）撰寫(xiě)設(shè)計(jì)報(bào)告、調(diào)試總結(jié)報(bào)告。2.3 實(shí)驗(yàn)器材計(jì)算機(jī)、示波器、pcb制作工具（包括：電烙鐵、剪刀、焊錫絲

7、、焊接劑、鑷子等其他焊接工具）、元器件：電阻、電位器、電容、穩(wěn)壓器、交流電源、電源接插件、ic插座、導(dǎo)線等等2.4課程設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)（1） 對(duì)電路設(shè)計(jì)的技術(shù)指標(biāo)按學(xué)生的學(xué)號(hào)給出，原則上為x.x。例如：學(xué)號(hào)為21號(hào)的學(xué)生，當(dāng)你遇到有特殊指標(biāo)要求時(shí)，如脈寬x.xms時(shí)，可視為2.1ms。如果是單學(xué)號(hào)的學(xué)生，整數(shù)位視為零值。（2） 需要調(diào)整參數(shù)的元器件要求使用可調(diào)參數(shù)器件，如電位器等。相關(guān)電路自行設(shè)計(jì)。（3） 修改后的電路應(yīng)有防電源正負(fù)極短路的措施。3 集成直流穩(wěn)壓電源的工作原理3.1 集成直流穩(wěn)壓電源概述1直流穩(wěn)壓電源一般由電源變壓器t、整流、濾波電路及穩(wěn)壓電路所組成，基本框圖及其各路段的波形如圖3

8、.1所示。圖3.1 直流穩(wěn)壓電源基本框圖2直流電源的性能指標(biāo)參數(shù) （1）輸入電壓ui 。 電源所要求的（交流）輸入電壓，在我國(guó)一般是220v、50hz的交流電。 （2）額定輸出電壓uo ,電源輸出穩(wěn)定的直流電壓值。 （3）最大輸出電流im。電源在額定輸出電壓uo ，所能提供的最大輸出電流。有時(shí)也用最大輸出功率pm 來(lái)表示。 （4）穩(wěn)壓系數(shù)sr 。當(dāng)負(fù)載不變時(shí)，穩(wěn)壓電路輸出電壓的相對(duì)變化量與輸入電壓的相對(duì)變化量之比。 這次設(shè)計(jì)主要討論的是把電網(wǎng)電壓的單相交流電轉(zhuǎn)換為直流電源的方法及其原理、實(shí)現(xiàn)的電路及直流電源的性能指標(biāo)。 3.2 變壓部分電源變壓器t的作用是將電網(wǎng)220v的交流電壓變換成整流濾波

9、電路所需要的交流電壓ui 。在本次設(shè)計(jì)中，為安全起見(jiàn)，直接使用二次電壓ui.3.3 整流部分 工作原理：整流濾波電路的作用是將ui變換成脈動(dòng)的直流電壓。再經(jīng)濾波電路濾除波紋，輸出直流電壓ui。常用的整流濾波電路有全波整流濾波、橋式整流濾波、倍壓整流濾波。其中橋式整流電路由四只二極管組成的一個(gè)電橋，電橋的兩組相對(duì)節(jié)點(diǎn)分別接變壓器二次繞組和負(fù)載。這種電路有三種畫(huà)法，如下圖所示。在工作時(shí)，d1、d2與d3、d4輪流導(dǎo)通。在u2正半周，二極管d1和d2正向?qū)ǎ鴇3、d4反向截止，形成負(fù)載電流i0，i0流通路徑為：ad1rld2ba，u0=u2；在u2的負(fù)半周，二極管d3和d4正向?qū)?，而d1、d2

10、反向截止，形成負(fù)載電流i0，i0流通路徑為：bd3rld4ab， u0=u2。 由此可見(jiàn)，不論哪兩只二極管導(dǎo)通，負(fù)載電流的方向都始終保持不變。如電路圖3.3。圖3.3三種橋式整流電路3.4 濾波部分 經(jīng)過(guò)整流后，輸出電壓在正負(fù)方向上沒(méi)有變化，但輸出電壓波形仍然保持正弦波的形狀，起伏很大。為了能夠得到平滑的直流電壓波形，需要有濾波的措施。3.5 穩(wěn)壓部分 穩(wěn)壓部分就是利用w78系列和w79系列的芯片即可。需要注意的是，應(yīng)在輸入端和公共端之間加上一個(gè)電容，其作用是防止自激振蕩的產(chǎn)生，提高三端集成穩(wěn)壓的性能，還應(yīng)在輸出端和公共端之間加上一個(gè)電容以減少輸出紋波和低頻干擾。4 電路設(shè)計(jì)與調(diào)試4.1 集成

11、直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)與調(diào)試4.1.1集成直流穩(wěn)壓電源的參數(shù)計(jì)算原理 （1）穩(wěn)壓系數(shù)sr 穩(wěn)壓系數(shù)又稱為輸入穩(wěn)定系數(shù)，反映輸入電壓vi變化時(shí)輸出電壓vo維持不變的能力。sr越小，說(shuō)明穩(wěn)壓性能越好。 (4.1) （2）電壓調(diào)整率sv sv 僅考慮由輸入電壓變化引起的輸出電壓相對(duì)變化量。 （3）電流調(diào)整率si si 僅由輸出電流的變化引起的輸出電壓的相對(duì)變化量。 （4）紋波抑制比sr sr是在輸入、輸出條件不變時(shí)，輸入紋波電壓的峰峰值vipp與輸出紋波電壓的 峰峰值vopp 之比。 其中穩(wěn)壓系數(shù)r的定義是負(fù)載固定是輸出電壓的相對(duì)變化量與穩(wěn)壓電路的輸入電壓的相對(duì)變化量之比。溫度系數(shù)sr是反映溫度變化對(duì)輸

12、出電壓的影響；輸出電阻ro是反映負(fù)載電流變化對(duì)輸出電壓的影響；波紋電壓是指穩(wěn)壓電路輸出端交流分量的有效值，它表示輸出電壓的微小波動(dòng)。可見(jiàn)上述系數(shù)越小，輸出電壓越穩(wěn)定。 4.1.2 集成直流穩(wěn)壓電源元器件的選擇見(jiàn)表4.1表4.1 集成直流穩(wěn)壓電源元器件 電容 二極管 三端集成穩(wěn)壓器 100.10.33in4002lm7815lm79154.1.3 集成直流穩(wěn)壓電源電路板實(shí)物圖如圖4.1圖4.1集成直流穩(wěn)壓電源實(shí)物圖5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析5.1 集成直流穩(wěn)壓電源電路分析 直流穩(wěn)壓電源一般由電源變壓器，整流濾波電路及穩(wěn)壓電路所組成。電路中，首先將電網(wǎng)電壓利用變壓器得到合適的交流電壓，其次將降壓的交流電通過(guò)

13、整流電路變成單向的脈動(dòng)電壓，這種直流電的脈動(dòng)成分比較大，往往需要濾波電路將其中的脈動(dòng)成分濾掉。得到較平滑的直流電。此時(shí)的電壓值還會(huì)受到電網(wǎng)電壓的波動(dòng)和負(fù)載變化的影響，這樣的直流電源是不穩(wěn)定的，最后加上穩(wěn)壓電路部分，使輸出的直流電壓在電網(wǎng)電壓或負(fù)載電流發(fā)生變化時(shí)保持穩(wěn)定，從而得到穩(wěn)定的直流電壓。5.1.1整流部分（電路第一部分） 整流電路的作用是將交流降壓電路輸出的電壓較低的交流電轉(zhuǎn)換成單向脈動(dòng)性直流電，這就是交流電的整流過(guò)程，整流電路主要由整流二極管組成。經(jīng)過(guò)整流電路之后的電壓已經(jīng)不是交流電壓，而是一種含有直流電壓和交流電壓的混合電壓。習(xí)慣上稱單向脈動(dòng)性直流電壓。如圖5.1 圖5.1整流部分5

14、.1.2集成穩(wěn)壓器部分（電路第二部分） 使用三端集成穩(wěn)壓器我們應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：1. 由輸出電壓15v的設(shè)計(jì)要求，本方案的穩(wěn)壓電路采用兩個(gè)三端固定穩(wěn)壓器lm7815和lm7915系列三端式集成穩(wěn)壓器的輸出電壓是固定的，在使用中不能進(jìn)行調(diào)整。2 .在使用中應(yīng)注意防止輸人端對(duì)地短路、防止輸人端和輸出端反接、防止輸入端濾波電路斷路、防止輸出端與其他高電壓電路連接、防止穩(wěn)服器接地端開(kāi)路等問(wèn)題，以避免損壞穩(wěn)壓器。3. 三端穩(wěn)壓器是一個(gè)功率器件.應(yīng)采取適當(dāng)?shù)纳岽胧ＷC集成穩(wěn)壓器能夠在額定輸出電流下正常工作。5.2 集成直流穩(wěn)壓電源結(jié)果分析5.2.1 整流部分結(jié)果 二次側(cè)電壓經(jīng)整流后的波形圖為圖5.1圖5

15、.1二次側(cè)電壓經(jīng)整流后的波形圖5.2.2濾波部分結(jié)果 在直流電源上多是利用電抗元件對(duì)交流信號(hào)的電抗性質(zhì)，將電容器或電感器與負(fù)載電阻恰當(dāng)連接而構(gòu)成濾波電路。電容有通高頻、阻低頻的作用，將其直接并在整流電路后面，可以讓高頻電流通過(guò)電容流回電源，從而減少了流入負(fù)載的高頻電流，降低了負(fù)載電壓的高頻成分，減小了脈動(dòng)。濾波電路如圖5.2。圖5.2濾波部分電路圖該電路其實(shí)就是在整流電路的后邊加了電容，利用電容的充放電和整流后波形傳播的時(shí)間差，當(dāng)使波形變得較為平緩，圓滑。濾波后的電路波形圖如圖5.3圖5.3濾波后的電路波形圖5.2.3穩(wěn)壓部分結(jié)果其電路圖如圖5.4所示圖5.4穩(wěn)壓部分電路圖電壓經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓電路之后

16、波形如圖5.5圖5.5穩(wěn)壓后波形圖5.3集成直流穩(wěn)壓電源總電路圖設(shè)計(jì)后的電路圖如圖5.6圖5.6集成直流穩(wěn)壓電源電路圖6 總 結(jié)這次模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)，我和我們組的其他同學(xué)共同設(shè)計(jì)了這個(gè)集成直流穩(wěn)壓電源。在這個(gè)過(guò)程的開(kāi)始，感覺(jué)真的很艱難，我們?nèi)D書(shū)館，查資料不過(guò)努力總算沒(méi)有白費(fèi)，我們?cè)O(shè)計(jì)的集成直流穩(wěn)壓電源最后成功了。很高興，因?yàn)檫@是我做過(guò)的第一個(gè)課程設(shè)計(jì)，并且成功了。在這個(gè)過(guò)程中，設(shè)計(jì)是最難的部分，我認(rèn)為。其次是焊接電路。焊接時(shí)候焊點(diǎn)是最基礎(chǔ)的，我的焊點(diǎn)自認(rèn)為光滑圓潤(rùn)，受到了老師的表?yè)P(yáng)。其次，把買回來(lái)的細(xì)小的元件一個(gè)一個(gè)的仔細(xì)的焊接到電路板上，再連上細(xì)細(xì)的導(dǎo)線，極大的考驗(yàn)了我的耐心。通過(guò)這次設(shè)計(jì)，讓我們更進(jìn)一步的了解到直流穩(wěn)壓電源的工作原理以及他的要求和性能指標(biāo)。也讓我們認(rèn)識(shí)到再次設(shè)計(jì)電路中所存在的問(wèn)題；而通過(guò)不斷的努力去解決這些問(wèn)題。在解決設(shè)計(jì)問(wèn)題的同時(shí)我們也在其中有所收獲。致 謝本人的課程設(shè)計(jì)論文一直是在劉淑芳、韓雅菲老師們的悉心指導(dǎo)下進(jìn)行的。劉淑芳老師治學(xué)態(tài)度嚴(yán)謹(jǐn)，學(xué)識(shí)淵博，為人和藹可親。并且在整個(gè)課程設(shè)計(jì)過(guò)程中不斷的對(duì)我的得到的結(jié)論進(jìn)行總結(jié)，提出新的問(wèn)題，使我接觸到了許多理論和實(shí)際上的新問(wèn)題，使我做了許多有益的思考。在此表示誠(chéng)摯的感謝和由衷的敬意。韓雅菲老師在論文寫(xiě)作方面具有豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，