0-12V可調直流穩(wěn)壓電路課程設計

1、分類號UDC單位代碼10644密級 公開學 號8 文理亭就課程設計課程名稱：數字電子技術基礎作 者:指導教師:系 別:專 業(yè):提交論文日期：2017年 6月日論文答辯日期：2017年 6月日2017 年摘要 3Abstract 4第一章.引言 51.1 引言 51.2 設計原理 5第二章.總體設計思路 52.1 設計任務與要求 52.2 直流穩(wěn)壓電源設計思路 52.2.1 直流可變穩(wěn)壓電源的組成 52.2.2 直流穩(wěn)壓電源基本設計思路 7第三章.電路方案及其計算過程 73.1 整流電路模塊 73.2 濾波電路模塊 83.3 穩(wěn)壓電路模板 93.4 補償電壓模板 103.5 計算過程 11第四章

2、. Multisim 仿真 134.1 設計電路原理圖 134.2 調試結果 13第五章.總結 14參考文獻 15摘要本課程主要設計的是量程在 015V的可調的直流穩(wěn)壓電源， 具最低功率要求在15W 以上，能測量直流穩(wěn)壓電源的紋波系數，具有過壓，過流保護，并且采用三端集成穩(wěn)壓器 電路，用輸出電壓可調且內部有過載保護的三端集成穩(wěn)壓器，輸出電壓調整范圍較寬，設 計一電壓補償電路可實現輸出電壓從 0 V起連續(xù)可調，該穩(wěn)壓電源具有性能穩(wěn)定，結構簡 單，電壓、電流指標精度高，調節(jié)方便等優(yōu)點。關鍵詞：整流；穩(wěn)壓；數控；可調；補償電壓；過壓保護。AbstractThe design of this obje

3、ct is to make a 0 15V adjustable regulated power supply, it is designed to supply more than 15W power requirements, measureing the ripple coefficient of the regulated power supply, with overvoltage protection. Adopted and integrated three-terminal voltage regulator circuit, the output voltage is adj

4、ustable and has overload protection integrated three-terminal voltage regulator, a wide range of output voltage, a voltage compensation circuit is designed to achieve continuous adjustable output voltage from 0Vthe regulated power supply with stable performance. Simple structure. The high precision

5、of voltage, current indicators. The advantages of convenient adjustment ect.Keywords: rectifier, regulator, numerical control, adjustable, offset voltage, over voltage protection.第一章引言1.1 引言現在所使用的大多數電子設備中，幾乎都必須用到直流穩(wěn)壓電源來使其正常工作，而最常 用的是能將交流電網電壓轉換成直流電壓的直流電源，可見直流穩(wěn)壓電源似乎各類電子設 備的重要組成部分，為設備的穩(wěn)定工作提供能量。1.2 設計原理

6、直流電源分為兩類：一類是能直接供給直流電壓或電流的， 如電池、蓄電池、太陽能電池、 硅光電池等；另一類是將交流電變換成所需的穩(wěn)壓的直流電流或電壓的，這類變換電路統 稱為直流穩(wěn)壓電源。第二章總體設計思路2.1 設計任務與要求(1)用集成芯片制作一個0-15V的直流電源。(2)功率要求15W以上。 測量直流穩(wěn)壓電源的紋波系數。(4)具有過壓、過流保護。2.2 直流穩(wěn)壓電源設計思路2.2.1 直流可變穩(wěn)壓電源的組成直流可變穩(wěn)壓電源一般由整流變壓器，整流電路，濾波器，穩(wěn)壓環(huán)節(jié)和計數顯示電路組成 如下圖2.1所示。圖2.1穩(wěn)壓電源實際思路圖其中：（1）電源變壓器：是降壓變壓器，它的作用是將220V的交流

7、電壓變換成整流濾波電路所需要的交流電壓Ui。變壓器的變比由變壓器的副邊按確定， 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 整流電路：利用單向導電元件，將 50HZ的正弦交流電變換成脈動的直流電圖2-2整流電路濾波電路：可以將整流電路輸出電壓中的交流成分大部分濾除。濾波電路濾除較大的波紋成分，輸出波紋較小的直流電壓 U1。常用的整流濾波電路有全波整流濾波、橋式整流+ U 一 9010圖2-3濾波電路 穩(wěn)壓電路：穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路其工作原理是利用穩(wěn)壓管兩端的電壓稍有變化，會引起其電流有較大變化這一特點，通過調節(jié)與穩(wěn)壓管串聯的限流電阻上的壓降來達到穩(wěn)定輸出電壓 的目的。2.2.2

8、 直流穩(wěn)壓電源基本設計思路(1)首先將交流電源電壓變?yōu)榉险餍枰碾妷骸?2)將交流電壓變換為單向脈沖電壓，直流脈動電壓經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)壓電路就是在交流電源電壓波動火負載變動時使直流輸出電壓穩(wěn)定。(4)在穩(wěn)壓電路中加入補償電壓實現可以從 0V開始調節(jié)。(5)為了使電路實現過流，過壓保護，我們用可調節(jié)集成穩(wěn)壓電路實現。我們選擇可調節(jié)集成穩(wěn)壓電路 LM71故現。第三章.電路方案及其計算過程3.1 整流電路模塊該模塊主要利用二極管的單向導

9、電性組成整流電路，將交流電壓變換為單方 向脈動電壓。實現方法主要有三種：單相半波整流、單相全波整流、單相橋式整流；在本設計中我 們將用到單相橋式整流，其原理如下：U2正半周時D1、D4導通，D3、D2截止，在負載電阻RL上形成上正下負的脈動電壓； 而在U2負半周時，D2、D3導通，D1、D4截止，在RL上仍形成上正下負的脈動電壓。 如果忽略二極管內阻，有Uo-U2o正負半周均有電流流過負載，而且電路方向是一致的， 因而輸出電壓的直流成分提高，脈動成分降低。單相橋式整流電路主要參數：輸出直流電 壓UO(AV),脈動系數S,二極管正向平均電流ID(AV),二極管最大反向峰值電壓 U RM 橋式整流

10、電路解決了單相整流電路存在變壓器利用率不高的缺點，用一次級線圈的變壓 器，達到了全波整流的目的。圖3.2單相橋式整流波形圖3.2 濾波電路模塊該模塊實現降低輸出電壓的脈動成分，盡量保留直流成分的功能。利用電容和電感的濾波作用達到降低交流保留直流成分的目的。本設計中我們采用電容濾波，其原理如下：圖3.3電容濾波1U利用電容的儲能特性，使波形平滑，提高直流分量，減小輸出波紋，其輸出波形如圖所示圖3.4電容濾波的波形圖電容濾波有以下特點：加入濾波電容后，輸出電壓的直流成分提高，脈動成分減小。電容濾波放電時間常數(t =RLC )越大，放電過程越慢，輸出直流電壓 越高，紋波 越小，效果越好。為了獲得較

11、好的濾波效果，一般選擇電容值滿足RLC >= (35) T/2 ,此時，輸出電壓的平均值 UO =1.2U2 。電容濾波電路的輸出電壓隨輸出電流的增大而減小，所以電容濾波適合于負載電流變化 不大的場合。3.3 穩(wěn)壓電路模板在設計中，常利用電容器兩端的電壓不能突變和流過電感器的電流不能突變的特點，將電 容器和負載電容并聯或電容器與負載電阻串聯，以達到使輸出波形基本平滑的目的。選擇 電容濾波電路后，直流輸出電壓：Uo1=(1.11.2)U2 ,直流輸出電流：(I是變壓器副邊電 流的有效值)，穩(wěn)壓電路可選集成三端穩(wěn)壓器電路。穩(wěn)壓電路原理電路見圖。*C1±=22Q00bnQQR1J12

12、200Q一口 Key=AC2ui : LM317AHJ1R2D3R3, C3 :*300nF 100%：.:圖3.5穩(wěn)壓電路原理圖仿真3.4 補償電壓模板在設計當中采用三端可調集成穩(wěn)壓器電路。它采用輸出電壓可調且內部有過載保護的三端集成穩(wěn)壓器，輸出電壓調整范圍寬，此穩(wěn)壓器的基準電壓是1.25V,而要求電壓從0V起LM317AH連續(xù)可調，因此需要設計電壓補償電路才可實現輸出。補償電路原理電路如圖所示。D3.200Q 714001D1= 22000184B42工：2。00配2200QKey=A -C3.:*3G0nF100%D4 2O2BZ2.2R4 100Q圖3.6補償電路原理電路仿真3.5 計

13、算過程(1)根據設計所要求的性能指標，選擇集成三端穩(wěn)壓器。因為要求輸出電壓可調，所以選擇三端可調式集成穩(wěn)壓器，可調式集成穩(wěn)壓器，常見主要有CW317 CW337LM317 LM33Z 317系列穩(wěn)壓器輸出連續(xù)可調的正電壓，337系列穩(wěn)壓器輸出連可調的負電壓，可調范圍為2.5V36V,最大輸出電流為1.5A。穩(wěn)壓內部含有過流、過熱保護電路，具有安全可靠， 性能優(yōu)良、不易損壞、使用方便等優(yōu)點。其電壓調整率和電流調整率均優(yōu)于固定式集成穩(wěn) 壓構成的可調電壓穩(wěn)壓電源。輸出電壓表達式為：U0=U32(1+R2/R1)=1.25(1+R2/R1)式中，1.25V是集成穩(wěn)壓塊輸出端與調整端之間的固有參考電壓，

14、此電壓加于給定電阻兩 端，將產生一個恒定電流通過輸出電壓調節(jié)電位器，一般使用精密電位器，與其并聯的電 容器C可進一步減小輸出電壓的紋波。輸出電壓可調范圍：1.25V37V輸出負載電流：1A能滿足設計要求，故選用LM317組成穩(wěn)壓電路。(2)選擇電源變壓器* 確定副邊電壓U2:根據性能指標要求：Uomin=3V Uomax=15V又 ; Ui-Uomax > (Ui-Uo)min Ui-Uoin < (Ui-Uo)max其中：(Ui-Uoin) min=3V, (Ui-Uo)max=40V12V<Ui<43V此范圍中可任選：Ui=14V=Uo1根據Uo1=(1.11.2)

15、U2可得變壓的副邊電壓：* 確定變壓器副邊電流I2:Io1=Io又副邊電流I2=(1.52)IO1取 IO=IOmax=800mA則 I2=1.5*0.8A=1.2A* 選擇變壓器的功率：變壓器的輸出功率：Po>I2U2=15W(3)選擇整流電路中的二極管：查手冊選整流二極管IN4001 ,其參數為：反向擊穿電壓 UBR=50V>17V最大整流電流IF=1A>0.4A(4)濾波電路中濾波電容的選擇：濾波電容的大小可用下式求得。*求A Ui:根據穩(wěn)壓電路的的穩(wěn)壓系數的定義：設計要求AUo< 15mV ,SV< 0.003 Uo=+6V +9V Ui=15V代入上式，

16、則可求得 A Ui*求濾波電容C:設定 Io=Iomax=0.8A , t=0.01S 則可求得 C。電路中濾波電容承受的最高電壓為 15V,所以所選電容器的耐壓應大于 17V。注意：因為大容量電解電容有一定的繞制電感分布電感，易引起自激振蕩，形成高頻干擾，所以穩(wěn)壓器的輸入、輸出端常并入瓷介質小容量電容用來抵消電感效應，抑制高頻干 擾。(5)補償電路1.25v是集成穩(wěn)壓塊輸出端與調整端之間的固有參考電壓，但由于計算中存在的微小誤差使得不能用-1.25v ,所以使用-2v與電阻串聯再用穩(wěn)壓二極管，這樣使得電壓能與集成穩(wěn) 壓塊電壓相抵消，從而使得電壓能從 0v開始調節(jié)。第四早.Multisim 仿

17、真4.1設計電路原理圖4.2調試結果4.1滑動變阻器阻值為最大值時的調試結果4.2滑動變阻器阻值為 0的調試結果藍色為輸入波紋，紅色為輸出波紋，波紋系數約為0.035%XSC1示”的必口U1宓3Q0nF220 OQ Key-A021N4G01LMM7AH-I _ _n, 4.3波紋系數圖 第五章.總結毛題-KMlMIt本次課程設計，我深感自己學到了很多。我是單人一組，什么東西都得靠自己進行查詢和理解，這使得我在完成課程設計上遇到了 很多的問題，比如仿真軟件的使用方法，LM317元件的組成和功能，以及濾波電路等的運 作原理。不過在解決它們的同時，我也學到了很多心的知識，這使我深刻體會到了課程設

18、計的重要之處。在設計開始之前，我對Multisim仿真軟件做了很多練習，對各功能都有了更深的了解；盡 管如此，實際制作此次設計的直流穩(wěn)壓電源時，我依舊遇到了很多的問題。在作了多次調 試之后，才得到了需要的數據。我認為做課程設計同時也是對課本知識的鞏固和加強，由于課本上的知識太多，平時課問 的學習并不能很好的理解和運用各個元件的功能，而且考試內容有限，所以在這次課程設 計過程中，我們了解了很多元件的功能，并且對于其在電路中的使用有了更多的認識。平 時看課本時，有時問題老是弄不懂，做完課程設計，那些問題就迎刃而解了。而且還可以 記住很多東西。比如一些元件的功能，平時看課本，這次看了，下次就忘了，通過動手實 踐讓我們對各個元件映象深刻。認識來源于實踐，實踐是認識的動力和最終目的，實踐是 檢驗真理的唯一標準。所以這個期末測試之后的課程設計對我們的作用是非常大的。參考文獻1實用電子電路手冊（數字電路分冊）.高等教育出版社，19912郁漢琪.數