直流穩(wěn)定電源-胡欣_圖文

1、專業(yè)綜合課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)生姓名： 胡欣 專業(yè)班級(jí)： 通信0905 指導(dǎo)教師： 王晟 工作單位： 信息工程學(xué)院 題 目: 直流穩(wěn)定電源 初始條件：OP07CP 要求完成的主要任務(wù):1. 電路的理論設(shè)計(jì)2. 電路的安裝、調(diào)試3. 設(shè)計(jì)報(bào)告的撰寫時(shí)間安排：序號(hào)階段內(nèi)容時(shí)間1安排設(shè)計(jì)任務(wù)第17周2完成重點(diǎn)測(cè)試項(xiàng)目第18周3進(jìn)行一般測(cè)試項(xiàng)目；答辯第19周指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日系主任（或責(zé)任老師）簽名： 年 月 日目 錄摘要4Abstract51. 緒論 61.1.設(shè)計(jì)任務(wù)及要求62. 設(shè)計(jì)方案及硬件電路設(shè)計(jì) 8 8 8 10 11 11 14 14 143 仿真及分析 16 16 18 194.實(shí)驗(yàn)

2、測(cè)試數(shù)據(jù)分析 205.實(shí)物制作 216.參考文獻(xiàn) 22附錄： 23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)電源的研究和開發(fā)已經(jīng)成為新技術(shù)、新設(shè)備開發(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)分別用串聯(lián)型線性穩(wěn)壓電路，串聯(lián)調(diào)整式穩(wěn)流電路和反饋式逆變電路設(shè)計(jì)直流穩(wěn)壓電源，直流穩(wěn)流電源和DC-DC變換器。通過相關(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，紋波電壓等各項(xiàng)指標(biāo)。關(guān)鍵詞：電源；

3、串聯(lián)型線性穩(wěn)壓；串聯(lián)調(diào)整式穩(wěn)流；反饋式逆變電路 Abstract: Along with technical development, the electricity and electronic instruments have already been widespread applied in daily, scientific research, study and so on each aspect. Since the power supply takes the essential energy-supply part of electrical and electronic i

4、nstruments, its demand increases day by day, and also been set a higher request to function, stability and so on each target. The power supply research has already become the important link to the development of the new technology and the new equipment. Its playing the vital role in the impetus of s

5、cience and technology development. This design separately uses series linear constant voltage circuit, series regulate constant current circuit and the feedback type contravariant circuit to design direct current constant voltage power supply, direct current constant current power supply and DC-DC c

6、onverter. We must calculate various each component parameter in the circuits by correlated knowledge and enable the circuit performance to meet in the design requirements such as the voltage regulation rate, the current regulation rate, load regulation rate, ripple voltage and so on.Key Words: Power

7、 Supply; Series Linear Constant Voltage; Series Regulate Constant Current; Feedback Type Contravariant Circuit. 1.緒論1.1設(shè)計(jì)任務(wù)及要求1基本要求（1）穩(wěn)壓電源 在輸入電壓220V、50Hz、電壓變化范圍15%20%條件下：a輸出電壓可調(diào)范圍為+9V+12Vb最大輸出電流為1.5Ac電壓調(diào)整率0.2%（輸入電壓220V變化范圍15%20%下，空載到滿載）d負(fù)載調(diào)整率1%（最低輸入電壓下，滿載）e紋波電壓（峰-峰值）5mV（最低輸入電壓下，滿載）f效率40%（輸出電壓9V、輸入電壓

8、220V下，滿載）g具有過流及短路保護(hù)功能（2）穩(wěn)流電源 在輸入電壓固定為12V的條件下：a輸出電流：420mA可調(diào)b負(fù)載調(diào)整率1%（輸入電壓12V、負(fù)載電阻由200300變化時(shí)，輸出電流為20mA時(shí)的相對(duì)變化率）（3）DC-DC變換器 在輸入電壓為+9V+12V條件下：a輸出電壓為+100V，輸出電流為10mAb電壓調(diào)整率1%（輸入電壓變化范圍+9V+12V）c負(fù)載調(diào)整率1%（輸入電壓+12V下，空載到滿載）d紋波電壓（峰-峰值）100mV （輸入電壓+9V下，滿載）廣東省普通高中教學(xué)水平評(píng)估工作手冊(cè)（2007年）廣東省人民政府教育督導(dǎo)室廣 東 省 教 育 廳 教 研2發(fā)揮部分（1）擴(kuò)充功能

9、a一、廣東省教育廳關(guān)于印發(fā)廣東省普通高中教學(xué)水平評(píng)估方案（試行）b過熱保護(hù)1c二、廣東省普通高中教學(xué)水平評(píng)估方案（試行）”（廣東省普通高中學(xué)科教學(xué)水平評(píng)估指標(biāo)a提高電壓調(diào)整率和負(fù)載調(diào)整率b擴(kuò)大輸出電壓調(diào)節(jié)范圍和提高最大輸出電流值（3）改善DC-DC變換器4.a（100V、100mA下）b提高輸出電壓（4）用數(shù)字顯示輸出電壓和輸出電流7.普通高中物理教學(xué)水平評(píng)估指標(biāo)（試行）8.普通高中化學(xué)教學(xué)水平評(píng)估指標(biāo)（試行）9.普通高中生物教學(xué)水平評(píng)估指標(biāo)（試行）10.普通高中美術(shù)教學(xué)水平評(píng)估指標(biāo)（試行）11.普通高中音樂教學(xué)水平評(píng)估指標(biāo)（試行）12.普通高中體育與健康教學(xué)水平評(píng)估指標(biāo)（試行）13.普通高中

10、信息技術(shù)教學(xué)水平評(píng)估指標(biāo)（試行）14.普通高中通用技術(shù)教學(xué)水平評(píng)估指標(biāo)（試行）15.普通高中綜合實(shí)踐活動(dòng)教學(xué)水平評(píng)估指標(biāo)（試行）四、廣東省普通高中教學(xué)水平評(píng)估組工作方案1評(píng)估的組織和實(shí)施 992評(píng)估組人員構(gòu)成及分工 993評(píng)估工作過程指引 1024評(píng)估意見的形成及反饋 1105. 評(píng)估日程附：1廣東省普通高中教學(xué)水平評(píng)估學(xué)校備查材料目錄 1112. 課堂教學(xué)評(píng)價(jià)簡(jiǎn)表 1143. 學(xué)科評(píng)估反饋意見參考格式 1154學(xué)校評(píng)估初步反饋意見參考格式 1195廣東省普通高中教學(xué)水平學(xué)校評(píng)估意見參考格式 1222. 設(shè)計(jì)方案及硬件電路設(shè)計(jì) 1227. 廣東省普通高中教學(xué)水平評(píng)估各項(xiàng)會(huì)議參考議程 1248.

11、 方案一：采用由運(yùn)放構(gòu)成的線性調(diào)壓電路。此電路原理是信號(hào)經(jīng)整流濾波后直接進(jìn)入線性穩(wěn)壓電路，由運(yùn)放構(gòu)成深度度負(fù)反饋電路，通過調(diào)節(jié)負(fù)反饋電阻的大小來調(diào)節(jié)輸出電壓。選擇合適的電阻和可變電阻，即可實(shí)現(xiàn)+9+12V輸出。電路原理圖如下圖所示：電路的穩(wěn)壓過程：當(dāng)輸入電壓Vi增加，或負(fù)載電阻RL1廣東省普通高中語(yǔ)文教學(xué)水平評(píng)估指標(biāo)增加，于是Vf減小，Vo1減小，管壓降Vce增加，使VO基本保持不變。當(dāng)輸入電壓Vi減小，或負(fù)載電阻RL減小時(shí)，使得Vo減小，于是Vf減小，VO1增加，管壓降Vce減小，使Vo基本保持不變。2教學(xué)保障限流式保護(hù)電路，當(dāng)發(fā)生短路或過流時(shí)，調(diào)整管的電流超過額定值，限流式保護(hù)電路通過電路

12、中的取樣電阻的反饋?zhàn)饔?，起到使調(diào)整管基極電流分流的作用，從而達(dá)到限制輸出電流的目的。如圖所示。2.12.2教學(xué)條件方案二：采用開關(guān)電源電路，直接將220V電壓經(jīng)整流后送入單級(jí)開關(guān)電源電路，通過調(diào)節(jié)開關(guān)管的占空比來調(diào)節(jié)輸出電壓的大小。電路圖如下所示：3教學(xué)過程圖22 3.4教學(xué)資源6電路包括整流濾波電路、開關(guān)變壓器、開關(guān)管、次級(jí)整流電路、取樣放大電路、控制電路等，其特征在于將普通開關(guān)電源的開關(guān)變壓器的初級(jí)線圈分成兩個(gè)繞組和，每個(gè)繞組串接一只二極管，然后再把這兩部分串接起來，接點(diǎn)為，剩下的兩個(gè)端點(diǎn)，一端與電源相接，另一端通過開關(guān)管與地相接此外在接點(diǎn)與電源之間跨接一只電容，在接點(diǎn)與地之間再跨接另一只

13、電容，其最佳值是使、的大小與對(duì)應(yīng)繞組、的匝數(shù)、 說明1評(píng)估結(jié)論為：“優(yōu)秀”、“合格”和“不合格”三種。 。在VT2的基極支路上增加1分；RB。由于C3上的電壓是與輸入電壓成正比的正極性電壓，一旦輸人電壓Ui升高，電阻RAVT2導(dǎo)通，起到限流的作用。因此，輸出電壓Uo和C2的電壓Uc2就會(huì)降低，故流過RB的負(fù)電流減少，VT2基極電壓升高，VT2深度飽和導(dǎo)通，于是起到減小輸出電流的作用分值方案三：使用三端穩(wěn)壓器LM317評(píng)分操作方法 圖23 三端穩(wěn)壓器式穩(wěn)壓電路其穩(wěn)壓性能良好。5、6之間有非常精準(zhǔn)的電壓差。其輸出電壓為V=(R1+R3+R4/R1*1.25V。比較三個(gè)方案，決定選用方案一。因?yàn)槠浞€(wěn)

14、壓性能較好，適合小電流，調(diào)節(jié)范圍寬廣。1教學(xué).1.元件參數(shù)選擇該反饋放大器屬于電壓串聯(lián)負(fù)反饋，調(diào)整管的電路組態(tài)屬于射極跟隨器；如果運(yùn)算放大器為理想的條件下，輸出電壓計(jì)算如下：Vo1=Av(VREF FVO理VO1 體現(xiàn)基礎(chǔ)教育課程改革綱要（試行）和普通高中語(yǔ)文課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）要求。2 實(shí)施素質(zhì)教育,體現(xiàn)創(chuàng)新教育，具備= 3Vo=VREF=VZ從上式可以看出，在基準(zhǔn)電壓VZ確定后，改變可調(diào)電位器R2滑動(dòng)觸點(diǎn)的位置，就能改變輸出電壓Vo的大小。顯然，當(dāng)R5 =0,還可看出，Vo最大，即：Vomax各要素1分。同理， R 2 的滑動(dòng)頭移至上端時(shí)， Vo Vomin= 2教所以 Vz Vz 為了提高電

15、源的穩(wěn)壓效果，首先是提高放大電路的增益；其次，應(yīng)提高取樣系數(shù)按照廣東省教育廳關(guān)于開展普通高中新課程實(shí)驗(yàn)工作的通知（粵教基2004調(diào)整管的調(diào)整作用是依靠輸出電壓和給定電壓之間的偏差來實(shí)現(xiàn)的，必須有偏差才能調(diào)整。如果絕對(duì)不變，調(diào)整管的電路參數(shù)也絕對(duì)不變，那么電路也就不能起著調(diào)整作用了，所以不可能達(dá)到絕對(duì)穩(wěn)定，只能基本穩(wěn)定。因此串聯(lián)負(fù)反饋型穩(wěn)壓電路是一個(gè)閉環(huán)有差的調(diào)整系統(tǒng)。穩(wěn)壓系數(shù)按照2005Sr=可以看出，穩(wěn)壓系數(shù)Sr的大小主要決定于取樣比和比較放大器的電壓增益Av，n和要素Sr值越小，電源的穩(wěn)定程度越高。根據(jù)理論公式得：（1）穩(wěn)壓電路：R=1K歐 ； R1=510歐 ； Rw=1K歐 ；R3=1

16、.5K歐 ；C=2200uF/50V ；（2）穩(wěn)流電路：R1=R2=R3=R4=10K歐 ；R5=R6=100歐 ；R7=5.1K歐 ；Rw=1K歐 。2.2 直流穩(wěn)流電源電路方案選擇方案一如圖是一個(gè)由雙運(yùn)放構(gòu)成的恒流電路。A1為深反饋同相放大器；A2接成電壓跟隨器組態(tài)它把輸出電壓反饋回輸入端。依放大器特性：UpUrR4(R3十R4十UoR4 (R3十R4UnUoR1(R1+R2Up Un圖25 線性穩(wěn)流電路在設(shè)計(jì)中，取R1=R2=R3=R4。由以上三式可得Uo-Uo=Ur；即電路R5上的壓降等于控制電壓Ur。忽略集成運(yùn)故的輸入偏置電流，則輸出電流為IoUrR5這種方案利用運(yùn)放構(gòu)成一深反饋電路

17、，有效地抑制了外界十?dāng)_，使得恒流電源工作穩(wěn)定性增強(qiáng)理論上可以達(dá)到0.0010.0001之間的穩(wěn)定度完全滿足設(shè)計(jì)要求。方案二： 基本思想是利用7805集成基推電壓源，其3端與1端之間固定壓降為5v，流經(jīng)電阻后產(chǎn)生恒穩(wěn)的電流。(1不加三極管的方案，如下圖 這是一種被普遍采用的產(chǎn)生恒流的方法，但它有兩點(diǎn)不足。一是集成塊的靜態(tài)電流作為負(fù)載電流的一部分，當(dāng)前者隨輸入電壓及負(fù)載的變化而變化時(shí)，會(huì)影響后者的穩(wěn)定；二是該電路不能提供小于I（adj）的恒流。圖26 不用三極管的穩(wěn)流電路(2使用三極管的方案。如下圖：針對(duì)上一種方案，我們進(jìn)行了改進(jìn)，加進(jìn)了一只三極管，則靜態(tài)電流I（adj）由三極管e、c極提供，而流

18、經(jīng)RL的靜態(tài)電流僅為I（adj）的1/(1+x該電路能提供比I（adj）還小的恒定電流。 圖27 使用三極管的穩(wěn)流電路設(shè)計(jì)中由于不需要太低的電流，故可以選擇方案一。為輸出4-20mA的電流，可將RES3選擇為一個(gè)固定電阻加一個(gè)可變電阻。經(jīng)計(jì)算并結(jié)合實(shí)際情況，固定電阻選擇為240歐，可變電阻選擇為1K。2.3 DCDC變換電路電路方案分析方案一：采用Boost型DC-DC升壓器。這種電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)，但輸入輸出電壓比太大，占空比大，輸出電壓范圍小，難以達(dá)到較高的指標(biāo)。方案二：帶變壓器的開關(guān)電源。由于使用變壓器，可做到輸出電壓范圍寬，開關(guān)管占空比合適。本設(shè)計(jì)采用方案二。電路原理分析電路如下圖

19、所示：圖28 DCDC變換電路Q2作為開關(guān)管，Q1,Q3以及R1,R3,R4起穩(wěn)壓作用。Q1,Q3選擇2N2222，Q2選擇TIP31C，R1選擇為1K，R3選擇為3.9K，R2選擇10K可變電阻，R4選為1.2M。調(diào)節(jié)R2的電阻可是輸出電壓大于100V。D1整流，用1N4007。C1濾波，選擇一個(gè)2200uF的電容。電感則自己買磁環(huán)和漆包線繞，在磁環(huán)上繞一個(gè)20T，一個(gè)30T和一個(gè)100T的電感構(gòu)成耦合電感。3 仿真及分析為了驗(yàn)證設(shè)計(jì)電路的正確性，并測(cè)試電路的性能是否符合要求，本人現(xiàn)對(duì)電路作了全面，系統(tǒng)的仿真。我是用的仿真軟件是Multisim 10.0。3.1直流穩(wěn)壓電源仿真分析直流穩(wěn)壓電

20、源的要求首先是電壓調(diào)節(jié)范圍。我做的仿真結(jié)果如下圖：圖31 穩(wěn)壓最小輸出圖32 穩(wěn)壓最大輸出從仿真結(jié)果中可以看出：輸出電壓調(diào)節(jié)范圍為7.41112.351V，設(shè)計(jì)滿足要求。然后分析紋波，結(jié)果如下圖：圖33 紋波電壓仿真結(jié)果顯示紋波電壓僅為206.131nV。遠(yuǎn)小于要求中的5mV，故設(shè)計(jì)通過。用示波器觀測(cè)紋波，可以看到很平穩(wěn)的波形，可知輸出電壓很穩(wěn)定，再次驗(yàn)證了設(shè)計(jì)滿足要求。紋波波形如下圖：圖34 紋波波形3.2 直流穩(wěn)流電源仿真分析首先驗(yàn)證電流的調(diào)節(jié)范圍，仿真結(jié)果如下圖：圖35 穩(wěn)流輸出最小電流圖36 最大輸出電流分析結(jié)果顯示輸出電流調(diào)節(jié)范圍為1.93721.291mA。滿足設(shè)計(jì)要求。3.3 D

21、CDC變換仿真分析對(duì)DC-DC變換器做仿真分析，輸出電壓結(jié)果如圖：圖37 升壓輸出4.實(shí)驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)分析1穩(wěn)壓電源，在輸入電壓220V ；50Hz，電壓變化范圍+15%-20%下：a. 輸出電壓可調(diào)范圍為：+7.4512.50Vb. 最大輸出電流為：1.48Ac. 電壓調(diào)整率為：0.187%d. 負(fù)載調(diào)整率為：0.86%e. 紋波電壓：148.452uF f. 效率：43.03%(2穩(wěn)流電源，在輸入電壓為+12V的條件下：a.輸出電流：7.4525.50mA可調(diào)b.負(fù)載調(diào)整率為：1.3%整體分析：由以上數(shù)據(jù)可知，本次設(shè)計(jì)基本成功，但在細(xì)節(jié)處與要求有一定的偏差，分析原因主要在于，一些元件的參數(shù)與計(jì)

22、算值有一定的偏差，且溫度等外部因素也對(duì)結(jié)果產(chǎn)生一定影響?？偨Y(jié)：通過這次課程設(shè)計(jì)，是對(duì)所學(xué)的模電知識(shí)的一次綜合應(yīng)用，既考驗(yàn)了我的知識(shí)掌握程度，也鍛煉了我的動(dòng)手動(dòng)腦能力。明白了理論和實(shí)際是有差距的。很多理論上成立的事情實(shí)際不一定做得到。雖然此次課程設(shè)計(jì)花費(fèi)了一番功夫，但卻使我收獲很多。無論是對(duì)穩(wěn)定電源的認(rèn)識(shí)，還是對(duì)仿真軟件的學(xué)習(xí)，都有了一定的提高。同時(shí)此次課程設(shè)計(jì)也讓我發(fā)現(xiàn)了許多學(xué)習(xí)中的問題，今后，將更加努力學(xué)習(xí)，彌補(bǔ)漏洞，進(jìn)一步提高自己。5.實(shí)物制作：6.參考文獻(xiàn)【1】.戴伏生 基礎(chǔ)電子電路設(shè)計(jì)與實(shí)踐 國(guó)防工業(yè)出版社 2002.4 【2】.王成華,王友仁，胡志忠 電子線路基礎(chǔ)教程 科學(xué)出版社 2000【3】.黃繼昌，喬蘇文，徐巧魚 電源專用集成電路及其應(yīng)用 人民郵電出版社 2