集成直流穩(wěn)壓電源的設計1共11

1、第1頁目錄課程設計任務書摘要1性能指標要求.12方案設計的選擇.13單元電路的設計及器件的選擇.23.1電源變壓器.33.2整流電路.33.3濾波電路及濾波電容的選擇.53.4穩(wěn)壓電路.64元件參數(shù)的計算.64.1電源變壓器參數(shù)計算.64.2整流二極管參數(shù)計算.84.3濾波電容參數(shù)計算.84.4穩(wěn)壓器的選擇.85電路總圖.96仿真分析.96.1電源變壓器的仿真.96.2整流電路的仿真.106.3濾波電路的仿真.117設計小結和體會.138元器件清單.14參考文獻.14摘要本課程設計目的在于培養(yǎng)同學們自主設計制作的能力，同時學會應用仿真軟件對設計 電路進行模擬分析。集成直流穩(wěn)壓電源的設計要求是比

2、較基本的設計，設計要求電源輸出三檔可調直流電 壓。設計中包括電源變壓器、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路四個部分。通過四部分的組 合將220V交流電壓轉變?yōu)樵O計要求直流電壓。并且用仿真軟件進行仿真分析。集成直流穩(wěn)壓電源的設計1性能指標要求:輸出電壓Vo及最大輸出電流Iomax(I檔Vo=1 2V對稱輸出,Iomax=100mA;II檔Vo=+5V,lomax=300mA;山 檔Vo=(+3+9)V連 續(xù)可調，lomax=200mA);紋 波電壓?Vop-p5m穩(wěn)壓系數(shù)Sv=(35)T/2式中T為電源交流電壓的周期。濾波電容的容量可由下式估算：C=Ict/AVip-p式中AVip-p穩(wěn)壓器輸入端紋波

3、電壓的峰-峰值;T電容c放電時間，t=T/2=0.01S第6頁IC電容C放電電流，可取lc=lomax，濾波電容C的耐壓值應大于1.4 V2。3.4穩(wěn)壓電路由于穩(wěn)壓電路發(fā)生波動、負載和溫度發(fā)生變化，濾波電路輸出的直流電壓會隨著變 化。因此，為了維持輸出電壓穩(wěn)定不變，還需加一級穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓電路的作用是當外界 因素(電網(wǎng)電壓、負載、環(huán)境溫度)等發(fā)生變化時，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)壓器設計的電 源具有性能穩(wěn)定、結構簡單等優(yōu)點。3-4-1三端可調式穩(wěn)壓器及其電路3-4-2三端固定式穩(wěn)壓器集成穩(wěn)壓器的種類很多，在小功率穩(wěn)壓電源

4、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(圖3-4-2)和可調式(圖3-4-1)，此外又可以分為正電壓輸出和負電壓 輸出兩種類型。按照設計要求本設計要用到可調式三端穩(wěn)壓器。4元件參數(shù)的計算4.1穩(wěn)壓器的參數(shù)計算電源變壓器將來自電網(wǎng)的220V交流電壓U1變換為整流電路所需要的交流電壓U2。4.1.1計算含LM317穩(wěn)壓器電路變壓器副邊輸出電壓.由于LM317的輸入電壓與輸出電壓差的最小值(Vi-Vo)min=3V,輸入電壓與輸出電壓差的最大值(Vi-Vo)max=40V,故LM317的輸入電壓范圍為：Vomax+(Vi-Vo)mi nW Vi Vomin+(Vi-V o)max

5、即9V+3VViVimi n/1.1=12/1.1=11V取U2=12V取l2=0.5A因此變壓器副邊輸出功率為：P2I2V2=6WP2是變壓器副邊的功率，P1是變壓器原邊的功率。一般小型變壓器的功率。第7頁?=P2/P1所以變壓器原邊輸入功率為：P1=P2/?=10W為留有余地選擇20V/20W的變壓器4.1.2根據(jù)LM7812丄M780時算變壓器副邊輸出電壓型號：78MXX ：類別：電源管理類最大輸入電壓（V）:35V輸出電壓（V）：5.0/12/15輸出最大電流：0.5A壓差：2.0V靜態(tài)電流：4mA封裝：TO-220/D-PAK7812的輸出電壓Uo為（5-24）V,最小輸入輸出壓差8

6、V,最大輸入輸出壓差為40V, 7812的輸入電壓范圍為：20VUil2lb=10V為留有余地同樣選擇20V/20W變壓器4.2整流二極管的參數(shù)計算在含穩(wěn)壓器LM317的電路中的二極管選擇：由于二極管最大瞬時反向工作電壓Urm1.414U2=121.414 X U=15X 1.414=21VIN4001的反向擊穿電壓大于50V,額定工作電流I=1AIomax.故整流二極管選用IN4001.第8頁4.3濾波電容的參數(shù)計算濾波電容的容量可由下式估算：C=Ict/AVjp-p6仿真分析式中AVip-p穩(wěn)壓器輸入端紋波電壓的峰-峰值;電容C放電時間，t=T/2=0.01SIC電容C放電電流，可取lc=

7、lomax，濾波電容C的耐壓值應大于1.4 V2在本實驗中Sv=AVo/Vo/AVi/Vi式中，Vo=9v、Vj=12v、AVop-p=5mv、Sv=0.005AVi=AVop-p Vi/ Vo Sv=1.4v所以濾波電容C= ICt/AVip-p= lomaxt/AVip-p=0.003636uFC的耐壓值應大于1.4 V2=21V。由于之前模電實驗可知，我們在實際制作過程中采用比理論值小的電容同樣能達到很好的濾波效果，因此采用2200 pF的電容。4.4穩(wěn)壓器的選擇設計要求輸出電壓為：一檔要求輸出土12V對稱輸出電壓，二檔要求輸出+5V,三檔要求輸 出（3-9）V連續(xù)可調。穩(wěn)壓器有固定式三

8、端穩(wěn)壓器和可調式三端穩(wěn)壓器。78 XX系列和79XX系列為固定式三端穩(wěn)壓器，可分別輸出正電壓和負電壓。7812可輸出+12V, 7912可輸出-12V， 二者組裝課得到土12V對稱輸出。7805可輸出+5V電壓。317輸出電壓范圍 是 （1.2-37）V。因此穩(wěn)壓器選擇LM7812丄M7912,LM7805,LM317.5電路總圖根據(jù)元器件參數(shù)的計算結果選擇適合的元件組成部分電路，并將元件參數(shù)標于電路圖中。將個部分電路綜合得到可輸出三檔的集成直流穩(wěn)壓電源電路總圖，如圖5-1所示。第一檔有含有CW317穩(wěn)壓器的穩(wěn)壓電路，輸出電壓（3-9）V。第二檔由7812和7912組裝而 成，輸出電壓為土12

9、對稱輸出。第三檔由7805穩(wěn)壓器組成，輸出電壓+5V。電路圖滿足性 能指標要求。三檔集成直流穩(wěn)壓電源電路圖5-121無6.1電源變壓器在變壓器初級接入220V/50HZ的交流電，用示波器觀察變壓器輸入、輸出電壓V、Vo的波形。仿真后的輸出結果如圖6-1-2所示，其中幅度大的為輸入電壓V波形，幅度小的為經(jīng)電源變壓器以后的輸出電壓Vo的波形?？梢娊?jīng)變壓器后220V正弦信號變?yōu)樗桦妷褐怠?-1-1電源變壓器測試圖6-1-2電源變壓器測試波形6.2整流電路連接整流電路并串聯(lián)上電阻，分別用示波器和萬用表測量輸出電壓波形和有效值。6-2-1整流電路6-2-2整流電路測試波形6-2-1整流電路波形測量仿真

10、分析：如示波器顯示所示，橋式整流電路巧妙地利用了二極管的單向導電性，根 據(jù)變壓器副邊電壓的極性分別導通，將變壓器副邊電壓的正極性端與負載電阻的上端相 連，負極性端與負載電阻的下端相連，使負載上始終可以得到一個單方向的脈動電壓。6.3濾波電路在整流濾波電路的基礎上加濾波電容， 用示波器觀察濾波后輸出電壓的波形并用萬用表 直流電壓檔測量輸出電壓。6-3-1整流濾波電路的測試6-3-1整流濾波點電路6-3-2濾波電路波形測量6-3-2濾波電路波形測量由示波器輸出波形可知經(jīng)過濾波后波形為鋸齒波，輸出電壓趨于穩(wěn)定。6.4穩(wěn)壓電路連接含有LM7812和LM7912的穩(wěn)壓電路，6-4-1如圖，用示波器檢測器

11、輸出兩端的波形,6-4-2穩(wěn)壓電路輸岀波形第12頁7設計小結與體會在做課程設計之前曾在模電實驗中接觸過集成直流穩(wěn)壓電源，對直流穩(wěn)壓電源的設計 有一定的了解。我在知道模擬電子課程設計中要做直流穩(wěn)壓電源是還暗自高興這是個自己 比較熟悉的項目。但在看到要求時才知道自己高興的太早，因為在模電實驗中我做的只是 用7812輸出+12V電壓，這是比較容易做到的，而本次設計要求輸出電壓為三檔，并且要 用軟件仿真。此刻我才意識到自己對知識的了解和掌握并不全面，也不扎實。做課程設計 對從沒經(jīng)驗的我并不是簡單的事。為完成這次設計我查閱了很多資料和書籍，我發(fā)現(xiàn)查資料也是一門學問，要會查才能 找到你所需的內容，我在圖書

12、館查閱了相關的電子設計和電源設計書籍，同時也大量的瀏 覽了網(wǎng)絡資源，隨著了解的深入對設計有了基本的思路。在設計中我也遇到了困難，在仿真環(huán)節(jié)中由于對軟件的實用不熟練，很多仿真都沒有成功，并且由于時間關系沒有對仿真軟件進行進一步的學習，這讓我覺得很可惜，以后一 定會找時間補一下仿真軟件方面的知識，以免以后做課設是讓同樣的問題難倒我。但總體 上比沒有做課設之前還是有了一定的進步。通過本次課程設計使我對集成直流穩(wěn)壓電源有了更為深刻的了解，對其構造組成及參數(shù)計算掌握的比以前熟練很多，特別是對穩(wěn)壓器的認識比以前更廣泛，雖然在課本中接觸 過穩(wěn)壓器的知識，但課本上的介紹十分簡單也十分有限， 并且我對課本的記憶

13、不是很深刻， 但通過本次自己動手動腦設計之后記憶的就深刻了。尤其是本次設計中用到的317和78XX，79XX系列的掌握比以前好了很多，不過仍然會有不足。在模電實驗中我出現(xiàn)了幾處小錯誤，通過本次設計使我知道自己當初錯在了哪里，也知道該如何改正，但很可惜本次設計不能進行實物操作。我想如果可以進行實物操作同學 們的了解一定會更進一步。本次課程設計是我第一次做課設，為我以后再做課設積累了一定的經(jīng)驗，但由于和考 試一起進行，使我在時間上不很充裕，設計中有很多缺陷不能在認真查閱修改。希望在以 后的設計中能盡量做好，彌補這次的不足。8元件清單名稱型號數(shù)量備注變壓器20V/20W1第13頁二極管IN400110IN58192電解電容50V/2200尸150V/470 p