串聯(lián)型二路輸出直流穩(wěn)壓負(fù)電源電路

1、 題目串聯(lián)型二路輸出直流穩(wěn)壓負(fù)電源電路內(nèi)容及要求 一路輸出直流電壓-12V；另一路輸出-（512V）連續(xù)可調(diào)直流穩(wěn)壓電源； 輸出電流IOm=200mA；穩(wěn)壓系數(shù)Sr0.05；進(jìn)度安排1. 布置任務(wù)、查閱資料、選擇方案，領(lǐng)儀器設(shè)備： 3天； 注意：學(xué)生的設(shè)計方案需經(jīng)指導(dǎo)老師檢查通過后方可進(jìn)實驗室進(jìn)行制作。2. 領(lǐng)元器件、制作、焊接：3天3調(diào)試： 3天4. 驗收：1天4. 提交報告：2009-2010學(xué)年第二學(xué)期37周學(xué)生姓名： 指導(dǎo)地點：E樓311室 2010 年 3月 1 日任務(wù)完成2010 年 3 月 12 日考核方式系（部）主任 摘要隨著電力電子技術(shù)的迅速發(fā)展，直流電源應(yīng)用非常廣泛，其好壞

2、直接影響著電氣設(shè)備或控制系統(tǒng)的工作性能，目前，市場上各種直流電源的基本環(huán)節(jié)大致相同，都包括交流電源、交流變壓器(有時可以不用)、整流電路、濾波穩(wěn)壓電路等。 課程設(shè)計的主要內(nèi)容：串聯(lián)二路直流穩(wěn)壓電源有很多優(yōu)異特性，為獲得可靠地直流穩(wěn)壓電源，一個經(jīng)濟(jì)可行的辦法是將我國目前使用的220v電通過一定方法轉(zhuǎn)換為用戶所需要的直流電，我們此次實驗的設(shè)計任務(wù)就是設(shè)計一串聯(lián)型輸出直流穩(wěn)壓電源電路，一路輸出電壓穩(wěn)定的-12v電壓，另一路通過電位器的調(diào)節(jié)可以輸出電壓從-5到-12v可調(diào)。此串聯(lián)型二路直流穩(wěn)壓負(fù)電源已被廣泛用于各種子方面的技術(shù)設(shè)計。 經(jīng)過對電路的設(shè)計、修改、仿真及電路板的制作，接通電源后能輸出穩(wěn)定-1

3、2v的電壓及從-5到-12v可調(diào)電壓。本次課題設(shè)計除在美觀方面處理得不夠得當(dāng)之外，本次電路設(shè)計完全符合全部的設(shè)計要求。 關(guān)鍵字：串聯(lián)、二路、直流穩(wěn)壓、負(fù)電源、可調(diào)目錄前言4第一章 設(shè)計內(nèi)容及要求5第二章 系統(tǒng)設(shè)計方案選擇6 2.1 方案一62.2 方案二7第三章 系統(tǒng)組成及工作原理83.1 系統(tǒng)組成83.2 工作原理8第四章 單元電路設(shè)計、參數(shù)計算、器件選擇104.1 電源降壓電路104.2 整流電路104.3 濾波電路114.4 -5V穩(wěn)定電壓電路124.5 -（5-12）連續(xù)可調(diào)穩(wěn)壓電路124.6 保護(hù)電路14第五章 實驗、調(diào)試及測試結(jié)果與分析155.1 實驗調(diào)試155.2 測試結(jié)果與分析

4、155.3 仿真電路圖16第六章 心得體會17參考文獻(xiàn)18附錄一18附錄二20前言科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力，以前的三次工業(yè)革命就使我們的社會發(fā)生了翻天覆地的改變，使我們由手工時代進(jìn)入了現(xiàn)代電子技術(shù)時代。同時，科技在國家的國防事業(yè)中發(fā)揮了重要的作用，只有科技發(fā)展了才能使一個國家變得強(qiáng)大。而作為二十一世紀(jì)的一名大學(xué)生，不僅要將理論知識學(xué)會，更為重要的是要將理論知識運用于實際生活當(dāng)中，使理論與實際能夠聯(lián)系起來。電子課設(shè)是電子技術(shù)學(xué)習(xí)中非常重要的一個環(huán)節(jié)，是將理論與實踐相結(jié)合的環(huán)節(jié)，是真正鍛煉學(xué)生實踐能力的環(huán)節(jié)。串聯(lián)二路直流穩(wěn)壓電源有很多優(yōu)異特性，如今已被廣泛用于各實驗室提供直流穩(wěn)壓電源，而且其制作簡單，

5、價格便宜，花費少，得到許多需要提供直流穩(wěn)壓電源的實驗室、工作室等地方的青睞。本次課程設(shè)計就是主要研究這種電源電路的設(shè)計。雖然在如今各個地方都能順利利用直流穩(wěn)壓電源，但這一點并不能否認(rèn)本專業(yè)學(xué)生們對其進(jìn)行電子課程設(shè)計，因為其中對邏輯電路進(jìn)行設(shè)計分析的思路仍然值得大家一起學(xué)習(xí)和研究。又因為其簡單、易做、易設(shè)計，對設(shè)計材料無特別要求的特點，使得串聯(lián)二路直流穩(wěn)壓負(fù)電源這一課題廣泛用于電子課程設(shè)計當(dāng)中。第一章 設(shè)計內(nèi)容及要求【設(shè)計內(nèi)容】 設(shè)計一串聯(lián)型輸出直流穩(wěn)壓電源電路，一路輸出電壓-12v，另一路通過電位器的調(diào)節(jié)可以輸出電壓從-5到-12v可調(diào)，使得輸出電流Iom=200m A，穩(wěn)壓系數(shù)Sr<=

6、0.05。【設(shè)計要求】（1） 設(shè)計電路結(jié)構(gòu)，選擇電路元件，計算確定元件參數(shù)，畫出實驗原理圖。（2） 自擬實驗方法、步驟及數(shù)據(jù)表格，提出測試所需儀器及元器件的規(guī)格、數(shù)量，交指導(dǎo)教師審批。（3） 準(zhǔn)批后進(jìn)實驗室進(jìn)行組裝、調(diào)試，并測試其主要性能及參數(shù)。第二章 系統(tǒng)設(shè)計方案選擇2.1 方案一本方案是采用兩個W7912三端穩(wěn)壓制作二路負(fù)電源（如圖2.1）。固定式三端穩(wěn)壓管（W7912是由輸出腳V0,輸入腳Vi和接地腳GND組成的，它的穩(wěn)壓值為-12V，它屬于CW79xx系列的穩(wěn)壓器，輸入端接電容可以進(jìn)一步的濾波，輸出端也要接電容可以改善負(fù)載的瞬間影響。此方案中，一個W7912直接輸出-12V的穩(wěn)定電壓，

7、另一個W7912輸出的-12V電壓作為基準(zhǔn)電壓，加上一個小于240Ohm的電阻和一個1KOhm電位器，這樣就能得到-（5-12）V的可調(diào)電壓。此電路的穩(wěn)定性好，只是采用的電容必須要漏電流要小的鉭電容，如果采用電解電容，則電容量要比其它的數(shù)值要增加10倍。又因為要求最大輸出電流為200mA，穩(wěn)定系數(shù)小于等于0.05，考慮到這兩個因素，該方案有明顯的缺陷，是不可取的。圖2.1 串聯(lián)型二路直流穩(wěn)壓電源電路（采用兩個W7912三端穩(wěn)壓器）2.2 方案二本方案是采用了一個W7912三端穩(wěn)壓管和一個LM337三端可調(diào)穩(wěn)壓器（如圖2.2）。穩(wěn)定電壓的那一路輸出與方案一相同，另一路可調(diào)的直流電壓由LM337得

8、到。由于LM337的調(diào)整段和輸出端之間電壓為恒定值-1.25V，可以看做是基準(zhǔn)電壓，所以由固定電阻R（應(yīng)小于240Ohm）與電位器RP1組成的取樣分壓電路，可以用來調(diào)節(jié)輸出電壓，可按公式估算輸出電壓 ：U0=-1.25（1+RP1/R1）。這就滿足了電壓的連續(xù)可調(diào)。另外LM337穩(wěn)壓器的內(nèi)部含有過流過熱保護(hù)電路的功能，其輸出電流可以達(dá)到1.5A。由此可見LM337的性能比和穩(wěn)壓穩(wěn)定都比W7912三端穩(wěn)壓管要好。所以我們選用LM337來實現(xiàn)可調(diào)的電壓輸出。圖2.2串聯(lián)型二路直流穩(wěn)壓電源電路（采用一個LM337和一個W7912）通過兩個方案的比較，發(fā)現(xiàn)兩個方案都能達(dá)到設(shè)計的基本技術(shù)要求，但是通過全

9、面的分析及實驗的可操作性的研究，第二個方案能更好地達(dá)到技術(shù)要求，所以在實際要求中選擇方案二。第三章 系統(tǒng)組成及工作原理3.1 系統(tǒng)組成 本系統(tǒng)主要是由一個輸出穩(wěn)定直流電源電路和一個輸出可調(diào)直流電源電路通過串聯(lián)而組成的，通過穩(wěn)壓器LM337使電路輸出負(fù)電源。 輸出穩(wěn)定直流電源電路：直流穩(wěn)壓電源是一種將220V工頻交流電轉(zhuǎn)換成穩(wěn)壓輸出的直流電壓的裝置，它需要變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓四個環(huán)節(jié)才能完成。 輸出可調(diào)直流電源電路：該直流穩(wěn)壓電源電路由降壓整流電路和穩(wěn)壓輸出電路組成，通過電位器的調(diào)節(jié)可使電壓在一定范圍內(nèi)變化。3.2 工作原理（1）原理基本構(gòu)造圖電子設(shè)備一般都需要直流電源供電。這些直流電除了少數(shù)

10、直接利用干電池和直流發(fā)電機(jī)外，大多數(shù)是采用把交流電（市電）轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟姷闹绷鞣€(wěn)壓電源。直流穩(wěn)壓電源由電源變壓器、整流、濾波和穩(wěn)壓電路四部分組成，其原理框圖如圖3.1 所示。電網(wǎng)供給的交流電壓u1(220V,50Hz) 經(jīng)電源變壓器降壓后，得到符合電路需要的交流電壓u2，然后由整流電路變換成方向不變、大小隨時間變化的脈動電壓u3，再用濾波器濾去其交流分量，就可得到比較平直的直流電壓uI。但這樣的直流輸出電壓，還會隨交流電網(wǎng)電壓的波動或負(fù)載的變動而變化。在對直流供電要求較高的場合，還需要使用穩(wěn)壓電路，以保證輸出直流電壓更加穩(wěn)定。（2）電路原理圖圖3.2 電路原理圖 串聯(lián)型二路直流穩(wěn)壓電源電路是由一

11、個LM337和一個W7912三端穩(wěn)壓器、一個電位器、一個電阻和若干個電容串聯(lián)而成，接通電源后能夠產(chǎn)生穩(wěn)定-12V電壓和一從-（5-12）V之間可調(diào)的電壓。第四章 電路設(shè)計、參數(shù)計算、器件選擇 4.1 電源降壓電路 電網(wǎng)電流經(jīng)過降壓器變?yōu)檎魉枰碾妷褐?，變壓器副邊與原邊的功率之比為P2/P1=n, 式中n是變壓器的效率。表4-1副邊功率P/vA<10 10-30 30-80 80-200效率 n 0.6 0.7 0.8 0.85 4.2 整流電路 將變壓器次級交流電壓u2變成單向的直流電壓u3，它包含直流成份和許多諧波分量。整流電路分為單相半波整流電路、單相全波整流電路和單相橋式整流電

12、路。根據(jù)它們的優(yōu)缺點的分析結(jié)果，本設(shè)計采用集成單相橋式整流電路橋式，電路采用四只二極管,接成橋式.單相橋式整流電路如圖4.1(a)所示，波形圖如圖4.1(b)所示：  圖 4.1(a) 橋式整流電路 圖4.1（b）橋式整流電路波形圖電路工作原理:利用二極管正向?qū)ǚ聪蚪刂沟墓ぷ髟?當(dāng)U2為正半周時二極管D1、D3導(dǎo)通,D2D4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?主要參數(shù)：Uo=0.9*Ui脈動系數(shù):S=0.67選管原則: If 1/2Io  

13、;  Ur     1.414U2 故選用IN4007的二極管4.3 濾波電路 電路利用電感器兩端的電流不能突變的特點，把電感器與負(fù)載串聯(lián)起來，以達(dá)到使輸出電流平滑的目的。從能量的觀點看，當(dāng)電源提供的電流變化（由電源電壓變化引起的）時，電容的充放電作用，使得負(fù)載電流較大時或較小時均有較佳的濾波能力。故選擇10uF的電解電容 主要參數(shù) ：濾波電路的直流輸出電壓U3=1.2U2 。 以上三個電路結(jié)合在一起，就是如圖4.2所示的電路： 圖4.2 濾波電路4.4 -5V穩(wěn)定電壓電路 W7912在負(fù)電源輸入的情況下，可以通過內(nèi)部結(jié)構(gòu)的調(diào)整使得W7912的公共端和輸

14、出端之間的電壓恒定保持在-12V，這就可以作為電源的一路輸出。 W7912的應(yīng)用電路如圖4.3所示：（實驗中前一個電容選用0.33uF的瓷片電容，后一個選用10uF的電解電容） 實際電路如下： 注意:輸入的是負(fù)電壓。圖4.3 -5V穩(wěn)定電壓電路4.5 -（5-12）V連續(xù)可調(diào)電壓電路穩(wěn)壓電路能在電網(wǎng)電壓和負(fù)載電流的變化時，保持輸出直流電壓的穩(wěn)定。它是直流穩(wěn)壓電源的重要組成部分，決定著直流電源的重要性能指標(biāo)。穩(wěn)壓電路的主要指標(biāo)穩(wěn)壓系數(shù)Sr：穩(wěn)壓系數(shù)是在有負(fù)載固定不變的前提下，輸出電壓的相對變化量U0/U0與穩(wěn)壓電路輸入電壓相對變化量Ui/Ui之比，即 ： Sr= (U0/U0 )/( Ui/Ui

15、) LM337的應(yīng)用電路如圖4.4所示：圖4.4 LM337的應(yīng)用電路保持輸出電壓的穩(wěn)定性，要求流經(jīng)R1的電流要小于200mA，這就限制了電阻R1的取值。此外，還應(yīng)注意：LM337在不加散熱器時的最大允許功耗為2W，在加200×200×3mm散熱板后，其最大允許功耗可達(dá)15W。所以取R1的阻值為100歐姆。又因為設(shè)計要求輸出電壓在-（5-12）V間可調(diào)。則可根據(jù)公式 U0=-1.25(1+R2/R1) 計算得電位器應(yīng)該R2為1K歐姆的。 實際電路如圖4.5所示： 圖4.5 -（5-12）V連續(xù)可調(diào)電壓電路4.6 保護(hù)電路 在穩(wěn)壓電路中，要采取短路保護(hù)措施，才能保證安全可靠地

16、工作。普通保險絲熔斷較慢，用加保險絲的辦法達(dá)不到保護(hù)作用，而必須加裝保護(hù)電路。保護(hù)電路的作用是保護(hù)碉整管在電路短路、電流增大時不被燒毀。其基本方法是，當(dāng)輸出電流超過某一致值時，使調(diào)整管處于反向偏置狀態(tài)，從而截止，自動切斷電路電流。二極管保護(hù)電路，正常工作時。兩個二極管都處于反向截止的狀態(tài)。負(fù)載電路短路時，電容C3放電，二極管處于導(dǎo)通狀態(tài)，放電電流從D1、C4流出，從而保護(hù)了芯片LM337 。故選擇二極管為IN4007，電容為10uF。（如圖4.6） 圖4.6 保護(hù)電路第五章 實驗、調(diào)試及測試結(jié)果與分析 5.1 實驗調(diào)試在確定了電路，領(lǐng)好了元器件之后，首先對電路進(jìn)行了布局，采取的方法是依據(jù)仿真圖

17、焊接電路，逐步檢查各個部位是否能正常工作，可是依照電路圖焊接完成后結(jié)果一直得不到所要求的標(biāo)準(zhǔn)，于是逐個元器件檢查是否運用正確，并且不斷修改電路圖，更換元器件，直到整塊電路板都能正常工作位置。接著進(jìn)行調(diào)試，先用萬用表測試輸出穩(wěn)定電壓的一部分電路，通過電壓測試，發(fā)現(xiàn)輸出電壓確實是-12v，接著用萬用表測試輸出可調(diào)電壓的電路，通過調(diào)節(jié)電位器的電阻，發(fā)現(xiàn)萬用表電壓示數(shù)確實在-5到-12v之間連續(xù)可調(diào)。由此可見，完成了基本要求，但是唯一不足的地方是：焊接得不好看，這些都是因為考慮不夠全面清楚，練習(xí)實踐不夠所致。5.2測試結(jié)果與分析第一路：U1=-12.03V 誤差為： （U1-（-12V）/（-12V）

18、=0.25%第二路：（U2=-1.25(1+R2/R1)） 表5-1R2的值（KOhm）0.8690.8450.7680.6880.6090.5310.4520.3740.294測量值U2（V）-12.28-12-11-10-9-8-7-6-5理論值（V）-12.1125-11.8125-10.85-9.85-8.8625-7.8875-6.9-5.925-4.925誤差（%）1.381.591.381.521.551.431.451.271.525.3 仿真電路圖圖5.1 串聯(lián)型二路直流穩(wěn)壓電源仿真電路圖 在實際設(shè)計中，考慮到直接用220V的交流電壓比較危險，試驗中采用-15的直流電源代替降

19、壓整流濾波之后的電壓，這兩者的誤差實際上也不大，所以這樣不會影響實驗結(jié)果。對于保護(hù)電路，開始加上了二極管，因為在實驗過程經(jīng)常燒壞而去掉，由于LM337本身的性能好，去掉二極管并不會對電路的性能產(chǎn)生很大的影響。第六章 心得體會本次課程設(shè)計讓我受益匪淺，我更加深刻的理解了課本上的知識，很多平時模棱兩可的知識點都認(rèn)真復(fù)習(xí)并實踐了。我對電子電路設(shè)計提升了認(rèn)識，我意識到我們現(xiàn)在，所學(xué)的知識將來都是要付諸實踐的，所以一切都要從實際出發(fā)、理論聯(lián)系實際，這樣才能正確發(fā)揮我們所具備的能力。在這次課程設(shè)計中，我明白了課程設(shè)計的任務(wù)一般是設(shè)計，組裝并調(diào)試一個簡單的電子電路裝置。需要我們綜合運用電子技術(shù)基礎(chǔ)課程的知識，通過調(diào)查研究、查閱資料、方案論證與選定;設(shè)計和選取電路和元器件；組裝和調(diào)試電路；測試指標(biāo)和分析討論，完成設(shè)計任務(wù)。在這次課程設(shè)計中，我學(xué)會了怎樣根據(jù)課題的要求去設(shè)計電路和調(diào)試電路，動手能力得到很大提高。從中我發(fā)現(xiàn)自己并不能很好的熟練使用我所學(xué)的模電知識。在以后學(xué)習(xí)中我要加強(qiáng)對使用電路的設(shè)計和選用能力，但由于電路比較