串聯(lián)型連續(xù)可調(diào)直流穩(wěn)壓正電源電路要點

1、欽州學(xué)院模擬電子技術(shù)課程設(shè)計報告串聯(lián)型連續(xù)可調(diào)直流穩(wěn)壓正電源設(shè)計院系專業(yè)學(xué)生班級姓名學(xué)號指導(dǎo)教師單位物理與電子工程學(xué)院指導(dǎo)教師姓名 指導(dǎo)教師職稱講師2013年10月串聯(lián)型連續(xù)可調(diào)直流穩(wěn)壓正電源電子信息工程專業(yè) 2010 級指導(dǎo)教師摘要：根據(jù)設(shè)計的指標(biāo)和要求，以集成三端穩(wěn)壓管為核心，構(gòu)成穩(wěn)壓電路，加上 電源變壓、整流濾波網(wǎng)絡(luò)，設(shè)計出集成直流穩(wěn)壓電源。市電220V 由電源變壓器變壓為 24V 后，經(jīng)橋式整流電路整流和電容濾波， 便可接三端穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓電路得到所需 的連續(xù)可調(diào)直流穩(wěn)壓正電源。 本系統(tǒng)工作可靠， 性能穩(wěn)定，電路簡單， 還具有防反接、 過流保護功能。經(jīng)測試，本系統(tǒng)動能完善，很好的實現(xiàn)了各

2、項設(shè)計指標(biāo)。關(guān)鍵詞 ：串聯(lián)，電源，可調(diào)，穩(wěn)壓設(shè)計目的 :（1）進一步掌握模電電子技術(shù)課程所學(xué)的理論知識。（2）熟悉幾種常用穩(wěn)壓電源芯片，并掌握其工作原理，進一步學(xué)會使用其進行 電路設(shè)計。（ 3）掌握 Multisim 仿真軟件的使用。（4）學(xué)習(xí)Altium Designer基本知識，并運用其繪制電源 sch原理圖和PCB圖;（ 5）掌握電子電路板制作的全過程，實現(xiàn)電源的制作；（ 6）懂得測量電源相關(guān)各項技術(shù)指標(biāo)，完成系統(tǒng)調(diào)試。設(shè)計技術(shù)指標(biāo)與要求 :（ 1）基本功能設(shè)計制作一串聯(lián)型連續(xù)可調(diào)直流穩(wěn)壓正電源電路。（ 2）基本要求 輸出直流電壓1.5 s 10V可調(diào)； 輸出電流lOm=300mA（有電

3、流擴展功能） 穩(wěn)壓系數(shù)Sr < 0.05 ;目錄前言 11串聯(lián)型連續(xù)可調(diào)直流穩(wěn)壓正電源11.1 設(shè)計方案 11.2 設(shè)計所需要元件 22設(shè)計原理 22.1 電源變壓部分 32.2 橋式整流電路部分 32.3 電容濾波電路部分 42.4 直流穩(wěn)壓電路部分 52.5 原理及計算 53 電路仿真 63.1 電路仿真 64 電路連接測試 74.1 安裝焊接 74.2 測試 94.2.1 使用儀器 94.2.2 測試結(jié)果 95 設(shè)計體會 9參考文獻 10欽州學(xué)院本科課程設(shè)計刖言在電子系統(tǒng)（如電視接收機、VC機、組合音響等）都要求用穩(wěn)定的直流電源，而日常生活中使用的都是220V交流電源，因此，需將交

4、流電變換成直流電.將交流電壓變換成直流電壓并使之穩(wěn)定的設(shè)備就是直流穩(wěn)壓電源.直流穩(wěn)壓電源一般由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路組成，基本框圖如圖1所示。在很多場合，都需要具有足夠調(diào)壓范圍和帶負(fù)載能力的直流穩(wěn)壓電源電路，要求輸出電壓連續(xù)可調(diào)；所選器件和電路必須達到在較寬范圍內(nèi)輸出電壓可調(diào)； 輸出電壓應(yīng)能夠適應(yīng)所帶負(fù)載的 啟動性能；此外，電路須簡單可靠，能夠輸出較大電流。圖1直流穩(wěn)壓電源1設(shè)計思想及原理1.1 設(shè)計方案方案一 晶體管串聯(lián)式直流穩(wěn)壓電路。電路框圖如圖1.1a所示，該類電路中，輸 出電壓Uo經(jīng)取樣電路取樣后得到取樣電壓，取樣電壓與基準(zhǔn)電壓進行比較得到誤差電 壓，該誤差電壓對調(diào)整

5、管的工作狀態(tài)進行調(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Uo為恒 定值（穩(wěn)壓值）。在基準(zhǔn)電壓處設(shè)計輔助電源，用于控制輸出電壓能夠從 0 V開始調(diào)節(jié)。 單純的串聯(lián)式直流穩(wěn)壓電源電路很簡單，但增加輔助電源后，電路比較復(fù)雜，由于都采用分立元件，電路的可靠性難以保證。圖1.1a 串聯(lián)式穩(wěn)壓電源電路方案二開關(guān)穩(wěn)壓電源電路。功耗小，效率高，但電路復(fù)雜，紋波較大，存在開 關(guān)干擾，它產(chǎn)生的交流電壓和電流通過電路中的其他元器件產(chǎn)生尖峰干擾和諧振干 擾，此外由于開關(guān)穩(wěn)壓電源振蕩器沒有工頻變壓器的隔離，這些干擾就會串入工頻電網(wǎng)，使附近的其他電

6、子儀器、設(shè)備和家用電器受到干擾。方案三 采用三端集成穩(wěn)壓器電路。電路框圖如圖1.1b所示，一般采用輸出電 壓可調(diào)且內(nèi)部有過載保護的三端集成穩(wěn)壓器，輸出電壓調(diào)整范圍較寬，穩(wěn)定性高， 紋波小，可靠性高，易做成多路，且電路所用器件較少，成本低，電路簡單，組裝 方便。綜上所述，采用方案三1.2 設(shè)計所需的元件(1) LM117/LM317可調(diào)式集成三端穩(wěn)壓管 LM117/LM317有三條引腳輸出，分別是調(diào)節(jié)端、輸出端和輸入端，采用 TO- 220的標(biāo)準(zhǔn)封裝，外部引腳圖如圖 1.2a所示。調(diào)節(jié)1腳調(diào)節(jié)端電壓，其輸出端電壓范圍為：1. 2V37V可調(diào)，其芯片內(nèi)有過渡、過熱和安全工作區(qū)保護，最大輸出電流為

7、值改變輸出電壓。1. 5A。典型電路如圖4.2所示，通過改變R2的圖1.2a LM117/LM317外部引腳圖圖1.2b LM317/LM317 外部電路典型圖2設(shè)計原理220V交流市電先被引入變壓器中進行變壓，本系統(tǒng)中采用的是24V變壓器，故得到24V交流電接入圖中，經(jīng)D、D2、D3、D4組成的橋式整流電路后可得到只有正 半周期的連續(xù)波形，經(jīng)C1、C2大電容濾波，可得到紋波較大的直流電壓，在經(jīng)過小 電容濾去高頻噪聲后就可分別送至各個三端穩(wěn)壓管的輸入，在三端穩(wěn)壓管的輸出端即 可得到對應(yīng)所需的穩(wěn)定直流電壓，同理在三端穩(wěn)壓管的輸出端接入兩個電容分別是為了濾去高頻噪聲和減小紋波，最后在三端穩(wěn)壓管的輸

8、出端得到電壓穩(wěn)定，波紋、噪聲很小的直流電?？烧{(diào)式集成三端穩(wěn)壓管LM317T調(diào)節(jié)變阻器R1的值阻即可改變輸出的 電壓值。串聯(lián)型連續(xù)可調(diào)直流穩(wěn)壓正電源電路圖如圖2.2a所示。圖2.2a 串聯(lián)型連續(xù)可調(diào)直流穩(wěn)壓正電源電路圖2.1 電源變壓部分電源變壓器的作用是將電網(wǎng)220V的交流電壓Vi變換成整流濾波電路所需要的交流電壓V 2 ,如圖11。見公式(1.1)變壓器副邊P2與原邊的功率P,比為巴三(1.1)P1式中，n為變壓器的效率。一般小型變壓器的效率如表1所示。表1小型變壓器的效率副邊功率P2 NA<1010 3030 8080 200效率n0.60.70.80.852.2 整流電路部分半波整

9、流電路的利用率低，一般不采用。全波整流電路由于變壓器副線圈的接線較復(fù)雜，在實際中葉一般不采用。橋式整流電路電路工作原理：利用二極管正向?qū)ǚ聪蚪刂沟墓ぷ髟?，?dāng) U2 為正半周時二極管 D1、D3導(dǎo)通,D2、D4截止當(dāng)U2為負(fù)半周時二極管D2、D4導(dǎo)通,D1、 D3截止。而流過負(fù)載的電流的方向是一致的，在負(fù)載形成單方向的全波脈動電壓。從而實現(xiàn)將交流的電壓變?yōu)橹绷麟妷骸Ｖ饕獏?shù)：Uo=0.9*Ui脈動系數(shù)：S=0.67選管原則：If > 1/2lo、Ur> 1.414U2結(jié)構(gòu)簡單性能優(yōu)越，絕大多數(shù)整流電路采用橋式整 流電路，所以本次工程訓(xùn)練采用橋式整流。整流電路將交流電壓U變成脈動的

10、直流電壓。再經(jīng)濾波電路濾除較大的文波成分，輸出文波較小的直流電壓。常用的整流濾波電路有全正波整流濾波、橋式整流濾波。我們采用的是橋式整流電路。四個整流二極管組成單相橋式整流電路，將交流電壓V 2變成脈動直流電壓，如圖2.2a所示，得到輸出電壓Ud，波形圖如圖2.2c所示。再經(jīng)過濾波電容 C濾除波紋，輸出直流電壓 V3。V3與直流電壓V 2的有效值V2的關(guān)系如下公式（1. 2）(1. 2)每只二極管承受的最大反向電壓Vrm如下公式（1. 3）所示V3=(1.1 1.2) V22.3 電容濾波電路部分整流濾波的電路的輸出電壓是單一方向的，但是含有較大的交流成分，不能適 應(yīng)大多數(shù)電子電路及設(shè)備的需要

11、。 因此在整流后，還需要用濾波電路將脈動的直流電 壓變?yōu)槠交闹绷麟妷?，需要濾波電路。濾波電路主要有：電容濾波、RC-n型濾波、LV-n型濾波、L濾波，LC濾波, 其中最簡單的濾波電路是電容器，其優(yōu)點：電路簡單，負(fù)載直流電壓較高，紋波也較 小，適用于小電流。用大電容電解電容并聯(lián)即可實現(xiàn)， 所以我們采用的就是電容濾波 電路。電容濾波電路如圖2.2d所示，其功能已經(jīng)能滿足本系統(tǒng)的需求。UGUo圖2.2d電容濾波電路2.4 直流穩(wěn)壓電路部分經(jīng)過濾波后的輸出電流電壓仍然存在較大的波紋，而且交流電網(wǎng)電壓容許有起伏，隨著電網(wǎng)電壓的起伏輸出電壓也會隨之變動。此外，經(jīng)過濾波后輸出的直流電壓也負(fù)載的大小有關(guān)，當(dāng)

12、負(fù)載加重的時候，由于輸出的電流能力有限，使得輸出的電流電壓下級。因此，當(dāng)需要穩(wěn)定的直流電壓的時候，在整流、濾波電路后通常需要配有穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓是該設(shè)計方案的主要，也是關(guān)鍵部分。根據(jù)設(shè)計要求的性能指標(biāo)，選擇可調(diào)試三端穩(wěn)壓器?？烧{(diào)式三端穩(wěn)壓管LM117T,外部典型電路如圖7所示，其中電阻R2與電位器R1組成輸出電壓調(diào)節(jié)器，輸出電壓 Uo的表達式如下公式(1. 4)所示：U0=1. 25(1+ Ri/F2)(1. 4)式中2 般取120240，R1為精密可調(diào)電位器。改變 R1的值即可改變輸出電 壓。電容G可進一步消除紋波，還可起到相位補償?shù)淖饔茫苑乐棺约ふ袷?D5用IN4148。2.5 原理及計算

13、選擇變壓器時，根據(jù)變壓器副邊輸出的功率 P2來選取變壓器。由公式(1. 2) 可得變壓器副邊的輸出電壓 V 與穩(wěn)壓器輸入電壓V3的關(guān)系。V 的值不能取大，V 越大，穩(wěn)壓器的壓差越大，功耗也就越大。一般取 V XV3min/行，I 2 > I omax。本 系統(tǒng)中輸入電壓的范圍是 13W V3乞42V。副邊電壓 V2 -13/1.1V，取V2 =12V,副 邊電流I 2 >Iomax=1A,則變壓器副邊輸出功率P2 _ V2 I 2 =12W由表1可知變壓器 效率為 滬0.7，貝U原邊輸入P P2 / n =17.1W。選用的變壓器的功率大于此值即可。整流二極管 D選用1N4007其

14、承受的最大反向電壓為1000V, I f=1A。滿足o max條件濾波電容C的容量可由紋波電壓 AVop_p和穩(wěn)壓系數(shù)Sv來確定。已知，V =11V,V3=13V, AVop =5m A Sv=3X 1Q-,由式（1. 5）計算穩(wěn)壓器的輸入電壓變化量 也V(1. 5)(1. 6)'-Vop _pV3V3 =Vo Sv代入計算得 V3 = 1.97V,由下式（1. 6）可得電容C的容量C=Ic t.V3其中，t電容C放電時間，t= T =0.01s , Ic 電容C放電電流，可取Ic=Iomax=1A, 2則C=5O70F，電容的耐壓值應(yīng)大于2 V2 =16.92V。故取2只3300訴/

15、50V電容并聯(lián)。通過前面的計算，已經(jīng)得到了所有元件的參數(shù)。這樣就得到完整的連續(xù)可調(diào)穩(wěn)壓 電源電路圖。這里計算的其實都還只是初步的參數(shù)，實際組裝完畢后應(yīng)該仔細(xì)測量電 源的各項指標(biāo)是否符合要求，各部分元件工作是否正常。如果發(fā)現(xiàn)問題，應(yīng)該根據(jù)實 際情況作出調(diào)整。根據(jù)調(diào)整的結(jié)果來修正原理圖中的電路參數(shù)， 最終完成穩(wěn)壓電源的 設(shè)計。3 電路仿真與PCB3.1 電路仿真在計算機上使用multisim對設(shè)計的直流穩(wěn)壓電源進行仿真，仿真的結(jié)果為能實 現(xiàn)最初的設(shè)計目標(biāo)，仿真電路如圖 3.1a , 3.1b , 3.1c所示。圖3.1a串聯(lián)型連續(xù)可調(diào)直流穩(wěn)壓正電源最大輸出電壓仿真圖圖3.1b串聯(lián)型連續(xù)可調(diào)直流穩(wěn)壓

16、正電源最小輸出電壓仿真圖圖3.1c串聯(lián)型連續(xù)可調(diào)直流穩(wěn)壓正電源最大輸出電流仿真圖4電路連接測試4.1 安裝焊接按圖2.2a連接好線路，檢查電路的電氣連通性能正常。把元器件焊接好。設(shè)計 實物的正、反面圖如圖4.1a、圖4.2b所示。圖4.1a設(shè)計實物正面圖圖4.2b設(shè)計實物反面圖4.2 測試4.2.1 使用儀器使用的儀器有：VC9808數(shù)字萬用表，直流散熱小風(fēng)扇。4.2.2 測試結(jié)果使用數(shù)字萬用表+20V檔測量可得的輸出電壓從1.73V到10.15V連續(xù)可調(diào)。 使 用散熱風(fēng)扇測試。測試結(jié)果為：當(dāng)風(fēng)扇兩端電壓為1.73V時，流過風(fēng)扇的電流為0.01mA當(dāng)風(fēng)扇兩端的電壓為4.83V時，流過風(fēng)扇的電流

17、為0.03mA當(dāng)風(fēng)扇兩端的 電壓為6.68V時，流過風(fēng)扇的電流為0.03mA當(dāng)風(fēng)扇兩端的電壓為8.03V時，流過 風(fēng)扇的電流為0.04mA當(dāng)風(fēng)扇兩端的電壓為9.04V時，流過風(fēng)扇的電流為0.05mA 當(dāng)風(fēng)扇兩端的電壓為10.15V時，流過風(fēng)扇的電流為0.05mA測試結(jié)果均滿足設(shè)計的 基本要求。5設(shè)計體會本次課程設(shè)計，我們分工合作，快速的完成了這次任務(wù)，蔣聰負(fù)責(zé)查資料，畫圖； 潘倩玲負(fù)責(zé)焊電路板；毛平鳳負(fù)責(zé)論文、在期間我們有相互討論方案和向他人指教。從這次設(shè)計中我感到自己提高了電路應(yīng)用方面的實踐技能，對于模電知識有了更深的了解，尤其是對連續(xù)可調(diào)直流穩(wěn)壓電源的工作原理以及它的要求和性能指標(biāo)方面 的知識有了進一步的研究。，加深了我對模擬電路設(shè)計方面的知識理論的認(rèn)識與理解， 使我有效的結(jié)合所學(xué)知識，把理論應(yīng)用于實際。同時實物的制作也提升了我的動手能 力，實踐能力，熟練掌握了焊接技術(shù)。通過此次課程設(shè)計對該電路的設(shè)計、組裝與調(diào)試，使我們加深了對橋堆整流電路， 電容濾波電路的了解，學(xué)會運用了用選擇器整流二極管、 濾波器、濾波電容及集成穩(wěn) 壓器來設(shè)計直流穩(wěn)壓電源。雖然在在設(shè)計過程遇到一些困難，比如在濾波電容的容量、電阻的阻值選擇上， 但是經(jīng)過查閱的資料，認(rèn)真思考，分析數(shù)據(jù)，總結(jié)經(jīng)驗最后終于解決了各種各樣的困 難。，終于把這個串聯(lián)可調(diào)直流穩(wěn)壓電