簡易直流穩(wěn)壓電源 電工課程設計

1、電工與電子技術基礎課程設計報告 題 目 簡易直流穩(wěn)壓電源 學院（部） 汽車學院 專 業(yè) 車輛工程 班 級 2011220101 學生姓名 學 號 6 月 21 日至 6月 28 日 共 1 周引言當今社會人們極大的享受著電子設備帶來的便利，但是任何電子設備都有一個共同的電路-電源電路。大到超級計算機、小到袖珍計算器，所有的電子設備都必須在電源電路的支持下才能正常工作。當然這些電源電路的樣式、復雜程度千差萬別。超級計算機的電源電路本身就是一套復雜的電源系統(tǒng)。通過這套電源系統(tǒng)，超級計算機各部分都能夠得到持續(xù)穩(wěn)定、符合各種復雜規(guī)范的電源供應。袖珍計算器則是簡單多的電池電源電路。不過你可不要小看了這個

2、電池電源電路，比較新型的電路完全具備電池能量提醒、掉電保護等高級功能。可以說電源電路是一切電子設備的基礎，沒有電源電路就不會有如此種類繁多的電子設備。由于電子技術的特性，電子設備對電源電路的要求就是能夠提供持續(xù)穩(wěn)定、滿足負載要求的電能，而且通常情況下都要求提供穩(wěn)定的直流電能。提供這種穩(wěn)定的直流電能的電源就是直流穩(wěn)壓電源。直流穩(wěn)壓電源在電源技術中占有十分重要的地位。直流穩(wěn)壓電源，能為負載提供穩(wěn)定直流電源的電子裝置。直流穩(wěn)壓電源的供電電源大都是交流電源，當交流供電電源的電壓或負載電阻變化時，穩(wěn)壓器的直流輸出電壓都會保持穩(wěn)定。 直流穩(wěn)壓電源隨著電子設備向高精度、高穩(wěn)定性和高可靠性的方向發(fā)展，對電子設

3、備的供電電源提出了高的要求。電源是各種電子、電氣設備工作的動力，是自動化不可或缺的組成部分。在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中主要采用交流電，而在電子線路和自動化控制中還需要穩(wěn)定的直流電。為了得到直流電除了直流發(fā)電機外多采用直流穩(wěn)壓電源，目前廣泛采用各種半導體直流電源。 本文設計的是輸出312V連續(xù)可調的直流穩(wěn)壓源，最大輸出電流為 200mA，另外采用LM317 集成器件。集成穩(wěn)壓器具有體積小，外接線路簡單、使用方便、工作可靠和通用性等優(yōu)點，因此在各種電子設備中應用十分普遍，基本上取代了由分立元件構成的穩(wěn)壓電路。集成穩(wěn)壓器的種類很多，應根據(jù)設備對直流電源的要求來進行選擇。對于大多數(shù)電子儀器、設備和電子電路來說，通

4、常是選用串聯(lián)線性集成穩(wěn)壓器。而在這種類型的器件中，又以三端式穩(wěn)壓器應用最為廣泛。一、技術指標（1）最大輸入電壓 是保證直流穩(wěn)壓電源安全工作的最大輸入電壓。 （2）最大輸出電流 是保證穩(wěn)壓器安全工作所允許的最大輸出電流。 二、本設計報告主要技術指標與要求（1）輸出直流電壓最大值UO=12V，變化范圍3-12v且連續(xù)可調；（2）最大輸出電流ILM200mA；（3）穩(wěn)壓系數(shù)Sr<10%；（4）具有過流保護功能。三、設計思路11整體電路：直流穩(wěn)壓電源一般由電源變壓器、整流濾波電路、及穩(wěn)壓電路組成，其基本原理框圖如下圖（圖1.1）所示。（1）首先選用合適的電源變壓器將電網(wǎng)電壓降到所需要的交流電源。

5、（2）降壓后的交流電壓，通過整流電路整流變成單向脈動直流電壓。直流脈動電壓經(jīng)過濾波電路變成平滑的、脈動小的直流電壓，即濾除交流成分，保留直流成分，濾波電路一般有電容組成，其作用是把脈動直流電壓中的大部分紋波加以濾除，以得到較平滑的直流電壓。（3）穩(wěn)壓電路：穩(wěn)壓電路的作用適當外界因素（電網(wǎng)電壓、負載、環(huán)境溫度）發(fā)生變化時，能是輸出直流電壓不受影響而維持穩(wěn)定的輸出。圖1.1直流穩(wěn)壓電源基本原理框圖1.2總體方案的設計該系統(tǒng)總體方案設計主要在可調電壓輸出部分，其要求是輸出電壓從3V開始連續(xù)可調。由于時間、個人能力有限，固根據(jù)數(shù)字電子技術與模擬電子技術所學知識，設計出如下簡單，方便，易懂的設計方案。首

6、先將220V交流電壓，通過變壓器，降低電壓值。然后交流電壓經(jīng)過整流濾波后,得到電壓值為15v的平滑的直流電壓,作為穩(wěn)壓電路的輸入電源從UI輸入。調壓部分采用了三端穩(wěn)壓元件LM317，其輸出電壓為Uo=1.25*（1+R1/R2）.其中的R2用電位器Rp代替，通過改變Rp的只來實現(xiàn)輸出電壓連續(xù)可調。用PTC熱敏電阻來實現(xiàn)電路的過流保護功能。四、單元路設計1.變壓電路：電源變壓器是將來自電網(wǎng)的220V交流電壓變換為電路所需電壓。變壓電路如圖220u所示。變壓器參數(shù)計算：LM317輸入電壓設為Ui則U0min=3V、U0max=12V Ui-U0max（Ui-U0）min 圖51.1變壓器Ui-U0

7、min（Ui-U0）max。 其中：（Ui-U0）min=3V，（Ui-U0）max=40V。所以15VUi40V，穩(wěn)壓器的壓差不宜過大，因此選擇Ui=15V。則變壓器二次側電壓U=Ui/1.2=12.5V取U=13V。考慮到變壓器上的繞組即管子上的壓降等因素，變壓器二次側電壓大約要高出10，即 13*1.1=14.3V取15V。穩(wěn)壓器輸入輸出電流基本保持不變Ii200mA,則變壓器二次側的電流有效值I=200*1.1=220mA。 這樣變壓器的輸出功率P=UI=15*0.22=3.3W。故選用10W的變壓器。2整流電路：在整流部分我們選用單相橋式整流a電路，其電路圖如圖所示。我們先來+D1分

8、該環(huán)節(jié)的工作情況。在變壓器二次D4側電壓u的正半周時RL即a點電u 位高于b點電位，二極管D1和D3D3導通，D2和D4截止，電流i1的通路-D2是a D1 RL D3b。這時，負載電阻RL上得到一個半波電壓。 單相橋式整流電路在電壓u的負半周時，變壓器二次側則是上負下正D1和D3截止D2和D4導通。電流i2的通路是b D2 RL D4 a同樣在負載電阻上得到一個半波電壓。整流后的電壓電流的波形如圖所示整流電路中二極管的參數(shù)計算： u0io變壓器二次側電壓有效值為U=15Vu0于是URM=1.414*1522V。ID=I0/2=100mA。i1i2i1i2 wt查二極管分立元件參數(shù)表，二極管選

9、 整流后的波形用2CZ55B（IOM=1000mA；URWM=50V）滿足電路需求。3.穩(wěn)壓電路 我們在穩(wěn)壓部分選用的LM317，通過查閱相關資料得知該元件輸出 的基準電壓為1.25V，輸出電壓可用下式計算，Vo=1.25（1+R2/R1）,在本次設計中R2/R1的比值范圍是1.48.6。通過改變Rp的阻值大小，即可改變R2/R1，近而調整輸出電壓U0的大小， 實現(xiàn)電壓從3V起連續(xù)可調。在集成穩(wěn)壓器離濾波電容較遠時，應在LM317靠近輸入端處接上一只0.33F的旁路電容C3，接在調整端和地之間的電容C2是用來旁路RP兩端的波紋電壓，當C2為10F紋波抑制比可提高 20dB,減到原來的1/10。

10、另一方面，由于在電路中接了電容C2，此時一旦輸入端或輸出端發(fā)生短路，C3中儲存的電荷會通過穩(wěn)壓器內部的調整管和基準放大器而損壞穩(wěn)壓器。為了防止在這種情況下C2的放電電流通過穩(wěn)壓器，在R1兩端并接一只二極管D5。 LM317集成穩(wěn)壓器在沒有容性負載的情況下可以穩(wěn)定工作。但當輸出端有500-5000pF的容性負載時，就容易發(fā)生自激。為了抑制自激，在輸出端接一只 1F的鉭電容或 25F的鋁電解電容C1。該電容還可以改善電源的瞬態(tài)響應。但是接上蓋地拿容以后，集成穩(wěn)壓器的輸入端一旦發(fā)生短路，C1將對穩(wěn)壓器的輸出端放電，其放電電流可能損壞穩(wěn)壓器，故在穩(wěn)壓器的輸入與輸出端之間，接一只保護二極管D6。 穩(wěn)壓電

11、路中各元件參數(shù)的計算：根據(jù)內部電路設計，流過R1的電流I=5mA，R1=UREF/I=1.25/0.005=250，考慮器件參數(shù)的分散性，實際I可能大于5mA，因此R1值應小于250。此處取R1=240。為了使輸出基準電壓為3v應在Rp下方串聯(lián)一個電阻阻值為R3=(3-1.25)*240/1.25=336，故取R3=330。U0=1.25（1+R2/R1），所以R2=（U0 -1.25）R1/1.25，當U0取最大值12V時，R2max=（12-1.25）*240/1.25-336=1734。故取常用繞組滑動器Rp最大值2.0k。D5和D6分別是為了防止輸入短路和輸出短路時電容器放電使得LM3

12、17損壞，應在LM317的輸入端與輸出端、控制端與輸出端分別接二極管D5、D6.如上圖所示。查表得2CZ55B的最大反向工作電壓為50V，最大整流電流1A，滿足電路的需要。因此D5、D6均選擇2CZ55B。另外C3=0.33F C2=10F C1=1F3.過流保護部分 采用正溫度系數(shù)的PTC熱敏電阻,在常溫下其阻值很小，當輸出電流過大或短路時，PTC受熱阻值迅速增至無窮大大，切斷輸出。類似于電視機顯像管消磁線圈中的消磁機制。從而達到過流保護的目的。4.整體結構：五、multisim模擬結果：1.穩(wěn)壓部分：由上圖可知，當Rp=0時，輸出電壓為2.98V約為3V.額定電壓為12v的燈泡正常工作 當

13、Rp=1734時，輸出電壓為12v，額定電壓為12v的燈泡正常工作2整體效果 當Rp=2000x0.85=1700時，Uo=11.8，與計算相符六、參考文獻秦曾煌主編. 電工學（下冊）.高等教育出版社七、心得與體會通過一個多星期的課程設計，使我懂得：要設計一個成功的電路，必須要有扎實的只是基礎，要熟練地掌握課本上的只知識，這樣才能對試驗中出現(xiàn)的問題進行分析、解決。同事還要有耐心和毅力。在此課程設計中，用到了multisim電路仿真軟件。有于是第一次使用這個軟件，因此剛開始的時候走了很多彎路。在使用這個軟件的時候要注意導線交叉處是否是節(jié)點，還有各元件參數(shù)的設置。有時候看起來整個電路看起來已經(jīng)沒有

14、問題，但是就是由于節(jié)點和元器件參數(shù)沒有選好，造成電路無法模擬運行。還有在數(shù)據(jù)庫里面沒有現(xiàn)成的220v到15的變壓器，這就需要自己設置變壓器的參數(shù)。通過上學期相關知識的學習我們成功設置了變壓器的相關參數(shù)。還有其中的單相橋部分要選擇參數(shù)合適的整流二極管，否則同樣會造成電路無法完成模擬！設計此課程看似簡單的問題真做起來不容易。我主要做了前面3-12v電壓的產(chǎn)生，不用多想整流自然用單橋，而這濾波看資料好像用的越復雜效果越好但是想想好像也不需要，就用電容挺好只要值大一點就好。穩(wěn)壓管穩(wěn)壓常用的穩(wěn)壓值好像不大再說那電壓還要可調所以用兩級放大，之間用電位器可調而后的輸出要使電流小于400ma則當負載為0時電流不大于400，為此輸出采用分壓調節(jié)電阻值使其滿足要求。雖然整個過程做下來遇到了種種難題，但是最終通過查閱相關專業(yè)資料和請教同學，都得到了解決。并且此次課程設計中所有部分都分別用multisim模擬，并且整個方案也經(jīng)過multisim模擬，結果滿足要求。這充分證明了此方案的可行性！通過此次課程設計的學習，對電路也有了很大的了解與體會，也學會了Multisim軟件的應用。加深了對知識的理解，也提高的動手能力。一個