±12V簡(jiǎn)易直流穩(wěn)壓電源課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)(DOC)

1、1電工與電了技術(shù)課程設(shè)計(jì)直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)專 業(yè)_班 級(jí)_姓 名_指導(dǎo)教師_日 期_2前言主要內(nèi)容:課題名稱與技術(shù)要求：設(shè)計(jì)課題：串聯(lián)型晶體管穩(wěn)壓電源輸出直流電壓 Uo=12V,Uo=12V,且連續(xù)可調(diào)，調(diào)節(jié)范圍士 2V2V最大輸出電流 IlmIlm 200mA200mA穩(wěn)壓系數(shù) Sr10%Sr10%具有過(guò)流保護(hù)功能資料收集與工作過(guò)程簡(jiǎn)介:在這次課程設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我仔細(xì)看了課程設(shè)計(jì)的要求，去逸夫圖書(shū)館借了 相關(guān)的資料，查閱了設(shè)計(jì)論文的格式樣本，比較了各種設(shè)計(jì)方案的優(yōu)劣，最 終把自己覺(jué)得最好的方案的相關(guān)參數(shù)計(jì)算出來(lái)。自從上個(gè)學(xué)期開(kāi)始，我們就 開(kāi)始學(xué)電工，這學(xué)期的模電在實(shí)際生活中十分有用，在設(shè)計(jì)過(guò)程

2、中我也發(fā)現(xiàn) 了許多問(wèn)題， 正如參加飛思卡爾設(shè)計(jì)電路焊板子一樣， 我還有很多不足之處 通過(guò)了對(duì)該電路的設(shè)計(jì)，調(diào)試，我學(xué)會(huì)了用整流變壓器，整流二極管，濾波 電容以及集成穩(wěn)壓器等元件設(shè)計(jì)直流穩(wěn)壓電源。這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn) 遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來(lái)，從理論中得出結(jié)論， 才能真正為社會(huì)服務(wù)，從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。3目錄摘要-4設(shè)計(jì)要求 -6主要器件選擇 -9單元電路設(shè)計(jì)原理，參數(shù)計(jì)算 -12結(jié)論與心得體會(huì) -17參考文獻(xiàn) -18元器件明細(xì)表 -194摘要：直流穩(wěn)壓電源一般由整流變壓器、整流、濾波電路及穩(wěn)壓電路所組成

3、，基本框圖如下如下。各部分的作用:(1)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電路所需要的 交流電壓Ui。變壓器副邊與原邊的功率比為P2/ P1=n，式中n是變壓器的效率。(2)整流濾波電路：整流電路將交流電壓Ui變換成脈動(dòng)的直流電壓。再經(jīng)濾波電 路濾除較大的紋波成分，輸出紋波較小的直流電壓U0。常用的整流濾波電路有全波整流 濾波、橋式整流濾波等。(3)三端集成穩(wěn)壓器：常用的集成穩(wěn)壓器有固定式三端穩(wěn)壓器與可調(diào)式三端穩(wěn)壓器。常用可調(diào)式正壓集成穩(wěn)壓器有CW317(LM317)系列，LM317作為輸出電壓可變的集 成三端穩(wěn)壓塊，是一種使用方便、應(yīng)用廣泛的集成穩(wěn)壓塊。317系列穩(wěn)壓

4、塊的型號(hào)很多： 例如LM317HVH、W317L等。電子愛(ài)好者經(jīng)常用317穩(wěn)壓塊制作輸出電壓可變的穩(wěn)壓電 源。穩(wěn)壓電源的輸出電壓可用下式計(jì)算，V=1.25( 1+R2/R1)。僅僅從公式本身看，Ri、R2的電阻值可以隨意設(shè)定。然而作為穩(wěn)壓電源的輸出電壓計(jì)算公式，R1和R2的阻值是不能隨意設(shè)定的。317穩(wěn)壓塊的輸出電壓變化范圍是V=1.25V37V(高輸出電壓的317穩(wěn)壓塊如LM317HVA、LM317HVK等，其輸出電壓變化范圍是Vo=1.25V45V)，所以R2/R1的 比值范圍只能是028.6。關(guān)鍵字:變壓器 整流 濾波 穩(wěn)壓 橋式整流 穩(wěn)壓塊直流穩(wěn)壓電源一般由直流電源變壓器T、整流濾波電

5、路及穩(wěn)壓電路所組成，基本框圖二極管整流濾波穩(wěn)壓5設(shè)計(jì)要求方案選擇方案 1 1:可調(diào)式三端穩(wěn) 壓電源設(shè)計(jì)三端穩(wěn)壓電源構(gòu)成直流可 調(diào)原理框圖如3.2.1所示。該方 案需使用三端穩(wěn)壓芯片CW317作為穩(wěn)壓電路可調(diào)部 分，其輸出電壓調(diào)整范圍寬。 優(yōu)點(diǎn)：該方案結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用 方便，干擾和噪音小 缺點(diǎn)：數(shù)字電位器誤差較大， 控制精度不夠高。方案 2 2:采用 A/DA/D 或 D/AD/A采用A/D和D/A構(gòu)成直流電源的電路如圖3.2.2和所示。采用單片機(jī)構(gòu)成直流電源的 電路如圖1.3所示，利用AVF單片機(jī)自帶的D/A口DAC0俞出02.5V的電壓，然后經(jīng)一 級(jí)反相放大器和跟隨器，此時(shí)可以輸出0到-5V電

6、壓。但是因?yàn)锳/D變換器只能采集0到+2.56V的電壓，所以再在跟隨器后面加一級(jí)反相放大器器然后送回到A/D采樣，MCU比較發(fā)現(xiàn)DAC0俞出為正確電壓時(shí)，則從跟隨器后直接輸出電壓，這樣就可以輸出0到-5V的電壓了。當(dāng)需要正相電壓時(shí)從DAC1口輸出電壓，這時(shí)就不需要反相，其它原理與DAC0相似。圖3.2.1三端可調(diào)式穩(wěn)壓器電路原理圖6圖322采用D/A和A/D方案的電路原理圖優(yōu)點(diǎn)：精確度高，紋波小，效率和密度比較高，可靠性也不錯(cuò)。缺點(diǎn)：電路相對(duì)復(fù)雜，AVF單片機(jī)的10口不能容忍負(fù)電壓，否則會(huì)被損壞。方案 3 3:晶體管串聯(lián)式直流穩(wěn)壓電路晶體管串聯(lián)式直流穩(wěn)壓電路。電路框圖如圖3.2.3所示，該電路

7、中，輸出電壓U0經(jīng) 取樣電路取樣后得到取樣電壓，取樣電壓與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較得到誤差電壓， 該誤差電壓 對(duì)調(diào)整管的工作狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整，從而使輸出電壓發(fā)生變化，該變化與由于供電電壓UI發(fā)生變化引起的輸出電壓的變化正好相反，從而保證輸出電壓U0為恒定值（穩(wěn)壓值）。7圖323晶體管串聯(lián)式直流穩(wěn)壓電路框圖優(yōu)點(diǎn)：?jiǎn)渭兊碾娐泛芎?jiǎn)單，易于連接缺點(diǎn)：增加輔助電源后電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，多采用分立式原件，電路可靠性低方案 4 4:采用 78057805 構(gòu)成直流電源采用7805構(gòu)成直流電源的電路如圖3.3.4所示，改變RP阻值使7805的公共端的電 壓在0到一10V之間可調(diào)， 貝U 7805的輸出端電壓就可實(shí)現(xiàn)-5V+5V

8、之間可調(diào)了。 這種方 案是利用了7805的輸出端與公共端的電壓固定為+5的特性來(lái)設(shè)計(jì)的。優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單快捷，精確度高缺點(diǎn)：存在不好數(shù)控的問(wèn)題直流穩(wěn)壓電源是電子設(shè)備能量的提供者，對(duì)直流電源要求是：輸出電壓的幅值穩(wěn)定，平滑，變換頻率高，負(fù)載能力強(qiáng)，溫度穩(wěn)定性好。綜合以上四種方案，得出結(jié)論，第18種方案最可行?？傮w設(shè)計(jì)應(yīng)該簡(jiǎn)單耐用。9主要器件選擇直流穩(wěn)壓電源包括變壓器，整流，濾波，穩(wěn)壓電路，負(fù)載組成。(1)整流電路：交流電壓轉(zhuǎn)變成單向脈動(dòng)直流電a、半波整流：u06t =丄 1 2u2sint d= U2=0.45U202 二心二b、橋式整流然而單相橋式整流電路與半波整流電路相比， 在相同的變壓器副邊電壓

9、下，對(duì)二極管 的參數(shù)要求式一樣的，并且還具有輸出電壓高、變壓器利用率高、脈動(dòng)小等優(yōu)點(diǎn)，因此在次設(shè)計(jì)中我選用單相橋式整流電路在調(diào)整管部分，既可以采用單管調(diào)整也可以采用復(fù)合管調(diào)整，但在此設(shè)計(jì)中要求額 定電流lmlm200mA200mA因此在此設(shè)計(jì)中我選用單管做調(diào)整管。(2) 濾波電路：經(jīng)整流后的電壓仍具有較大的交流分量， 必須通過(guò)濾波電路將交流分量濾掉。 盡量保 留其輸出中的直流分量，才能獲得比較平滑的直流分量?？梢岳秒娙輧啥穗妷翰荒芡蛔兓蛄鹘?jīng)電感的電流不能突變的特點(diǎn)，將電容與負(fù)載并聯(lián)，或?qū)㈦姼信c負(fù)載串聯(lián)就能起來(lái)濾波作用。(3) 穩(wěn)壓電路：由于濾波后的直流電壓Ui受電網(wǎng)電壓的波動(dòng)和負(fù)載電流變化的

10、影響(T的影響)很 難保證輸出電流電壓的穩(wěn)定。所以必須在濾波電路和負(fù)載一直力口上穩(wěn)壓電路，才能 保證輸出直流電壓的進(jìn)一步穩(wěn)定。設(shè)計(jì)方案原理框圖，總體電路圖，接線圖及說(shuō)明：交流電網(wǎng)220V的電壓通過(guò)電源變壓器將變?yōu)樾枰碾妷褐担?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 路加以濾波，從而得到平滑的直流電壓。但這樣的電壓還是會(huì)隨電網(wǎng)電壓波動(dòng)、 負(fù)載和溫U0= 2 兀410度等的變化而變化。因而在整流、濾波電路之后，還須接穩(wěn)壓電路， 保證輸出的直流電壓 穩(wěn)定。如下圖基本電路圖所示，220V交流電經(jīng)變壓器產(chǎn)生低壓交流電，D1、D2、D3、D

11、4和C構(gòu)成整流濾波電路，產(chǎn)生20V的直流電壓，Rw調(diào)整輸出電壓大小。（1） 穩(wěn)壓過(guò)程。輸出電壓因某種原因變化時(shí)，LM317構(gòu)成的電壓調(diào)整器就能夠調(diào)整 輸出電壓，使其保持恒定。（2） 輸出電壓調(diào)整過(guò)程。Rw用于調(diào)整輸出電壓大小。當(dāng)Rw滑動(dòng)端向上滑時(shí)，基 極電壓Ub就上升，使輸出電壓變小。若當(dāng)Rp滑動(dòng)端向下滑時(shí)，輸出電壓則會(huì)變大。（3）用317穩(wěn)壓塊制作穩(wěn)壓電源時(shí)，穩(wěn)壓電源輸出的有載電壓和空載電壓差別較大。7V;輸出電流為0.10.5A;工作結(jié)溫同樣分為-55+155C，-25+150C，0+125C三類電壓調(diào)整率的典型值為0.01%N，負(fù)載調(diào)整率的典型值為0.1%，內(nèi)部含有過(guò)流、過(guò) 熱和調(diào)整管安

12、全工作區(qū)保護(hù)電路。3 3）穩(wěn)壓電源的組成框圖）穩(wěn)壓電源的組成框圖11(4)總體電路圖:保險(xiǎn)絲DiMc470uF2N4001CW31712000RiUD62L2N4001D51014VCl0, OlullOuF總體電路圖12單元電路設(shè)計(jì)原理，及參數(shù)計(jì)算電源變壓器電源變壓器將來(lái)自電網(wǎng)的220V交流電壓ui變換為整流電路所需要的交流電壓U2。如 果不考慮變壓器的損耗，可以認(rèn)為一個(gè)理想的變壓器次級(jí)負(fù)載消耗的功率也就是初級(jí)從電 源取得的電功率。變壓器能根據(jù)需要通過(guò)改變次級(jí)線圈的圈數(shù)而改變次級(jí)電壓，由于變壓器存在著鐵損與銅損，所以它的輸出功率永遠(yuǎn)小于輸入功率o實(shí)際電路中選擇一個(gè)中間帶抽頭的多路輸出穩(wěn)壓器，

13、其輸出電壓分別是（交流）12V、18V、20V。分別對(duì)應(yīng)LM78XX、79XX系列和LM317穩(wěn)壓器。整流濾波電路單相橋式整流電路如圖所示，四只整流二極管DiD4接成電橋的形式，故有橋式整 流電路之稱。單相橋式整流電路的工作原理為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，二極管用理想模型來(lái)處理，即正向?qū)娮铻榱?，反向電阻為無(wú)窮大。在V2的正半周，電流從變壓器副邊線圈的上端流出， 只能經(jīng)過(guò)二極管Di流向RL，再 由二極管D3流回變壓器，所以Di、D3正向?qū)?，D2、D4反偏截止。在負(fù)載上產(chǎn)生一個(gè) 極性為上正下負(fù)的輸出電壓。其電流通路可用圖中實(shí)線箭頭表示。在V2的負(fù)半周，其極性與圖示相反，電流從變壓器副邊線圈的下端流出，只能經(jīng)

14、過(guò) 二極管D2流向RL，再由二極管D4流回變壓器，所以Di、D3反偏截止，D2、D4正向?qū)?通。電流流過(guò)RL時(shí)產(chǎn)生的電壓極性仍是上正下負(fù)，與正半周時(shí)相同。其電流通路如圖中13虛線箭頭所示綜上所述，橋式整流電路巧妙地利用了二極管的單向?qū)щ娦?，將四個(gè)二極管分為兩 組，根據(jù)變壓器副邊電壓的極性分別導(dǎo)通， 將變壓器副邊電壓的正極性端與負(fù)載電阻的上 端相連，負(fù)極性端與負(fù)載電阻的下端相連，使負(fù)載上始終可以得到一個(gè)單方向的脈動(dòng)電壓。結(jié)合上述分析，可得橋式整流電路的工作波形如圖3-4圖 3 4 橋式整流電路的工作波形由圖可見(jiàn)，通過(guò)負(fù)載橋式整流電路的優(yōu)點(diǎn)是輸出電壓高， 紋波電壓較小，管子所承受的最大反向RL的電

15、流iL以及電壓VL的波形都是單方向的全波脈動(dòng)波形。 電壓較低，同時(shí)14因電源變壓器在正、負(fù)半周內(nèi)都有電流供給負(fù)載，電源變壓器得到了充分的利用，效率較穩(wěn)壓電路由于穩(wěn)壓電路發(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)隨著變化。 因此，為了維持輸出電壓穩(wěn)定不變，還需加一級(jí)穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓電路的作用是當(dāng)外界因素 （電網(wǎng)電壓、負(fù)載、環(huán)境溫度）等發(fā)生變化時(shí)，使輸出直流電壓不受影響，而維持穩(wěn)定的 輸出。穩(wěn)壓電路一般采用集成穩(wěn)壓器和一些外圍元件組成。采用集成穩(wěn)壓器設(shè)計(jì)的電源具有性能穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。集成穩(wěn)壓器的種類很多，在小功率穩(wěn)壓電源中，普遍使用的是三端穩(wěn)壓器。按照輸出 電壓類型可分為固定式和可

16、調(diào)式， 此外又可以分為正電壓輸出和負(fù)電壓輸出兩種類型。 按 照設(shè)計(jì)要求本設(shè)計(jì)要用到可調(diào)式三端穩(wěn)壓器。其常見(jiàn)產(chǎn)品有CW317、CW337、LM317、LM337。其中317系列穩(wěn)壓器輸出連續(xù)可調(diào)的正電壓，337系列穩(wěn)壓器輸出連續(xù)可調(diào)的負(fù) 電壓，可調(diào)范圍為1.237V，最大輸出電流為1.5A。集成穩(wěn)壓器的選擇選擇集成穩(wěn)壓器:集成穩(wěn)壓器選用CW317，其輸出電壓范圍為：U0=1.237V，最大輸出電流lOmax為1.5A。所確定的穩(wěn)壓電源電路如圖4-1所示。集成穩(wěn)壓器的輸出電壓 U。應(yīng)與穩(wěn)壓電源要求的輸出電壓的大小及范圍相同。穩(wěn)壓器 的最大允許電流 Iom：lomax，穩(wěn)壓器的輸入電壓范圍為:Uo

17、max(UI_ Uo)min-UI-Uomin(UI-Uo)maxLH31715Uom i n-最小輸出電壓;式中，Uom ax最大輸出電壓;1614V+3VUi10V+40V17VUiUimin/1.1=17/1.1=15.45V取U2=20V變壓器副邊電流:I2Iomax=200mA取I2=200mA則變壓器的副邊輸出功率P2為P2l2U2=3.09W為留有余地，故選用功率為10W勺變壓器所以變壓器選用20V/10W的即可。整流二極管及濾波電容的選擇：由于 URM- (刃2=2 江 20 =28.284V ,I0max=200mAIN4001的反向擊穿電壓URM-50V，額定工作電流ID-

18、1A，故整流二極管選用IN4001(UiU0)min(UiUo)max在電路中，取進(jìn)1在電路中，T120240穩(wěn)壓器的最小輸入穩(wěn)壓器的最大輸入電壓差；1F血200 ,1路，輸出電壓2H4O01R- 0+2k ,二極管用IN40011014V流過(guò)R1的電流為5U0=1.25(1+Rw/R1),R1取取怖旦舉曲，則由UCRwmin=1400歐，R wmax電壓調(diào)節(jié)電:i10A=2040歐，故取 氐 為囁00歐的精密線繞電位器CilOuF=1.25(1+Rw/R1),可求得:擇電源變壓器:Uomax (5- 馬乞 5-Uomin - (5 Uo)maxF,R1017式中，則：Ui UopUi/ Uo

19、Sv= 1.67V則濾波電容C為crlct/.Uj rlot/.Uj=4800F由之前模電實(shí)驗(yàn)可知，在實(shí)際制作過(guò)程中采用比理論值小的電容同樣能達(dá)到很好的濾波效 果，因此采用4700F的電容。18結(jié)論與心得體會(huì) ：一個(gè)學(xué)期結(jié)束了，在上了這么久的模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)課程， 在最后的一次課程設(shè)計(jì)中， 我發(fā)現(xiàn)了許多的問(wèn)題。 發(fā)現(xiàn)自己對(duì)模擬電子這門(mén)課還存在很多的不足之處， 理論知識(shí)的理 解不是很深。 通過(guò)對(duì)該電路的設(shè)計(jì)、 調(diào)試，使我學(xué)會(huì)運(yùn)用了用選擇器整流二極管、 濾波器、 濾波電容及集成穩(wěn)壓器來(lái)設(shè)計(jì)直流穩(wěn)壓電源。課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)發(fā)現(xiàn)提出分析和解決實(shí)際問(wèn)題鍛煉實(shí)踐能力 的重要環(huán)節(jié)是對(duì)學(xué)生實(shí)際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過(guò)程.隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展的日新日異。一周，很短，因?yàn)槊刻於加械拿?，雖然我不是每天都在忙。從一開(kāi)始的一片茫然到 現(xiàn)在即將結(jié)束，回顧過(guò)去的一周，我慚愧的是在即將結(jié)束的時(shí)候才開(kāi)始用心去做，但我 深刻意識(shí)到只要用心去做，就會(huì)有意想不到的收獲。這一次的課程設(shè)計(jì)告訴我生活不是 想象中的那么簡(jiǎn)單。首先，從課程設(shè)計(jì)本身來(lái)說(shuō)，我學(xué)到了很多東西，鞏固了課堂上學(xué)到的模擬電子技 術(shù)的應(yīng)用知識(shí)這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠 的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來(lái)，從理論中得出結(jié)論，才能