串聯(lián)型二路輸出直流穩(wěn)壓正電源電路設(shè)計

1、 課程設(shè)計說明書課程設(shè)計名稱： 12級電子課程設(shè)計報告 課程設(shè)計題目： 串聯(lián)型二路輸出直流穩(wěn)壓正電源電路 學(xué) 院 名 稱： 信息工程學(xué)院 專業(yè)： 班級： 學(xué)號： 姓名： 評分： 教師： 20 14 年 11 月 29 日 電子 課程設(shè)計任務(wù)書20 14 20 15 學(xué)年 第 一 學(xué)期第 1 周 4 周 題目串聯(lián)型二路輸出直流穩(wěn)壓正電源電路內(nèi)容及要求設(shè)計一串聯(lián)型二路輸出直流正電源，該正電源需達到如下要求：1. 一路輸出直流電壓12V；另一路輸出5-12V連續(xù)可調(diào)直流穩(wěn)壓電源；2. 輸出電流Iom=200mA；穩(wěn)壓系數(shù)Sr0.05；進度安排1.第1.5周：布置任務(wù)、領(lǐng)儀器設(shè)備、Protel制圖(原

2、理圖，PCB制圖)；2.第1.52周：模擬電路、數(shù)字電路資料查閱、選擇方案；3.第3周：模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、領(lǐng)元器件；4.第4周：數(shù)字電路制作、焊接、調(diào)試、驗收。學(xué)生姓名指導(dǎo)時間：第14周指導(dǎo)地點：任務(wù)下達2014 年 9 月 1 日任務(wù)完成20 14 年 9 月 26 日考核方式1.評閱 2.答辯 3.實際操作 4.其它指導(dǎo)教師系（部）主任注：1、此表一組一表二份，課程設(shè)計小組組長一份；任課教師授課時自帶一份備查。2、課程設(shè)計結(jié)束后與“課程設(shè)計小結(jié)”、“學(xué)生成績單”一并交院教務(wù)存檔。摘 要隨著科技的發(fā)展,電氣、電子設(shè)備已經(jīng)在日常、科研、學(xué)習(xí)等各個方面得到廣泛的應(yīng)用。電源作為電氣、電子

3、設(shè)備必不可少的能源供應(yīng)部件，其技術(shù)已相對成熟，但其需求日益增多并且對電源的功能、穩(wěn)定性等各項指標也要求更高。對電源的研究和開發(fā)已經(jīng)成為新技術(shù)、新設(shè)備開發(fā)的重要環(huán)節(jié)，它對推動科技發(fā)展起著重要作用。直流穩(wěn)壓電壓電源的設(shè)計思路是將220V，50HZ市交流電通過變壓器降為合適交流電壓值，然后經(jīng)過整流電路將交流電轉(zhuǎn)為直流電，再通過濾波電路濾除直流電中的交流成分，最后通過集成穩(wěn)壓器構(gòu)成的穩(wěn)壓電路轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定直流電輸出。集成穩(wěn)壓器具有體積小、重量輕、安裝和調(diào)試方便、可靠性和穩(wěn)定性高等優(yōu)點。 關(guān)鍵詞：電源 穩(wěn)壓 整流 濾波目 錄前 言1第一章 設(shè)計任務(wù)2第二章 系統(tǒng)組成及工作原理32.1 系統(tǒng)組成32.2 工作

4、原理3第三章 系統(tǒng)模塊設(shè)計53.1 電路方案設(shè)計53.2 電路中的參數(shù)計算63.3 原件選擇7第四章 電路仿真8第五章 電路的組裝與調(diào)試115.1 電路安裝115.2 調(diào)試12第七章 結(jié) 論13參考文獻14附 錄15附錄一： 原件清單15附錄二： Protel制圖16前 言隨著科技的發(fā)展,電氣、電子設(shè)備已經(jīng)在日常、科研、學(xué)習(xí)等各個方面得到廣泛的應(yīng)用。電源作為電氣、電子設(shè)備必不可少的能源供應(yīng)部件，其技術(shù)已相對成熟，但其需求日益增多并且對電源的功能、穩(wěn)定性等各項指標也要求更高。對電源的研究和開發(fā)已經(jīng)成為新技術(shù)、新設(shè)備開發(fā)的重要環(huán)節(jié)，它對推動科技發(fā)展起著重要作用。常見的直流穩(wěn)壓電源，大都采用串聯(lián)反饋

5、式穩(wěn)壓原理，通過調(diào)整輸出端取樣電阻之路中的電位器來調(diào)整輸出電壓。由于電位器阻值變化的非線性和調(diào)整的范圍窄，使普通直流穩(wěn)壓電源難以實現(xiàn)輸出電壓的精確調(diào)整。本電路就是根據(jù)該原理進行的設(shè)計。本文旨在梳理直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計思路，分享自己學(xué)習(xí)研究過程中的心得，為后人學(xué)習(xí)設(shè)計直流穩(wěn)壓電源提供參考依據(jù)。15第1章 設(shè)計任務(wù) 設(shè)計一串聯(lián)型二路輸出直流正電源，該正電源需達到如下要求：1. 一路輸出直流電壓12V；另一路輸出5-12V連續(xù)可調(diào)直流穩(wěn)壓電源；2. 輸出電流Iom=200mA；3. 穩(wěn)壓系數(shù)Sr0.05；第2章 系統(tǒng)組成及工作原理2.1 系統(tǒng)組成本直流電源的電路由如下幾個部分組成：2.2 工作原理1.

6、 變壓電路變壓電路由交流變壓器構(gòu)成，其工作原理比較簡單，通常由一個初級線圈和一個次級線圈組成，一般根據(jù)副邊輸出功率來選取變壓器2. 整流電路橋式整流電路的工作原理:橋式整流器利用四個二極管，兩兩對接。輸入正弦波的正半部分是兩只管導(dǎo)通，得到正的輸出；輸入正弦波的負半部分時，另兩只管導(dǎo)通，由于這兩只管是反接的，所以輸出還是得到正弦波的正半部分 如圖2.2所示經(jīng)過橋式整流后在負載電阻RL上正得到的是同一個方向的單向脈動電壓。 圖2.1 橋式整流電路波形變化3. 濾波電路交流電經(jīng)過整流電路后得到的是脈動直流，這樣的直流電源由于所含交流紋波很大，不能直接給電子電路供電。采用電容濾波電路可以大大降低這種交

7、流紋波成份，讓整流后的電壓波形變得比較平滑。 電容濾波工作原理：若電路處于正半周，則二極管D1、D3導(dǎo)通變壓器次端電壓U2給電容器C充電。此時C相當(dāng)于并聯(lián)在U2上，所以輸出波形同U2 ，是正弦形。在t1到t2時刻，二極管導(dǎo)電，C充電，Uo=Uc按正弦規(guī)律變化；t2到t3時刻二極管關(guān)斷，UC=URL按指數(shù)曲線下降，放電時間常數(shù)為RLC。當(dāng)放電時間常數(shù)RLC增加時，t1點要右移， t2點要左移，二極管關(guān)斷時間加長，導(dǎo)通角減小，見曲線3；反之，RLC減少時，導(dǎo)通角增加。當(dāng)RL很小,即IRL很大時，電容濾波的效果不好,見濾波曲線中的2。然而,當(dāng)RL很大,即IRL很小時，盡管C較小, RLC仍很大,電容

8、濾波的效果也很好,見濾波曲線中的3。所以電容濾波適合輸出電流較小的場合。 圖2.2 電容濾波變化示意圖4. 穩(wěn)壓電路由于穩(wěn)壓電路會因為外界因素發(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之發(fā)生變化而不穩(wěn)定。因此，為了維持輸出電壓穩(wěn)定不變，還需一個穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓電路所起到的作用是當(dāng)電網(wǎng)電壓、負載、外界環(huán)境溫度等發(fā)生變化時，使輸出直流電壓不受影響，而維持電壓的穩(wěn)定輸出。第三章 系統(tǒng)模塊設(shè)計3.1 電路方案設(shè)計直流穩(wěn)壓電源是一種將220V,50Hz的交流電按照需求轉(zhuǎn)換成直流電的裝置。交流電轉(zhuǎn)換成直流電需要經(jīng)過變壓、整流、濾波和穩(wěn)壓這四個環(huán)節(jié)的操作才能完成，接下來將就如何實現(xiàn)這四個環(huán)節(jié)進行

9、方案設(shè)計。1. 變壓電路設(shè)計若要獲得低電壓直流的輸出，需先將電網(wǎng)電壓的值降到合適的值，再進行下一步操作。本電路使用的降壓電路是單相交流變壓器，選用的電壓和功率依照后級電路的設(shè)計需求而定。2. 整流電路設(shè)計方案一：采用半波整流電路半波整流電路利用二極管的單向?qū)щ娦?，丟棄了交流電的一半波形，將交流電變換為只有正半周的脈動直流電，造成了很大的資源浪費，此電路僅在小電流電路中使用，此電路不宜采用。方案二：采用橋式整流電路采用橋式整流電路中將四個整流二極管連接成電橋的形式，采用此種連接每個整流二極管承受的反向電壓較小，負載電流僅是半波整流電路的一半，且整流后的電壓脈動較小，能量利用率高。綜合兩個方案的利

10、弊，本電路將采用方案二。電路連接圖如下圖3.1圖3.1橋式整流電路3. 濾波電路設(shè)計經(jīng)整流后的電壓仍具有較大的交流分量，不能直接輸出變?yōu)橹绷麟娫?，必須通過濾波電路將交流分量濾掉。方案一：采用電感濾波電路電感濾波是利用電感對脈動直流的反向電動勢來達到濾波的作用，有較好的帶負載能力，但由于有鐵芯，笨重、體積大，容易引起電磁干擾，多用于負載電流很大的場合。方案二：采用RC濾波電路RC濾波電路由兩個電容一個電阻呈型連接，由于電阻的作用使得紋波都分擔(dān)在電阻上，一般電阻越大濾波效果越好，但其過大又會造成壓降過大，使得輸出電壓減小。方案三：LC濾波電路LC濾波電路與RC電路的區(qū)別在于，電感取代了那個電阻，具

11、有帶負載能力強和電路紋波小的特點，但也同時具有了電感濾波的缺點。方案四：電容濾波電路電容濾波是利用電容的充放電原理達到濾波的作用，該電路具有電路簡單、紋波小、負載電壓高等優(yōu)點。考慮到電感的體積和成本問題，為獲得較高的輸出電壓，將采用電容濾波。 圖3.2電容濾波電路4. 穩(wěn)壓電路設(shè)計經(jīng)過濾波處理后的電壓距離穩(wěn)定的直流電壓還有一定的差距，還需要用一個穩(wěn)壓電路來實現(xiàn)。本電路要求有兩路輸出，一路恒壓輸出，一路可調(diào)。鑒于這樣的設(shè)計要求，可以采用三端集成穩(wěn)壓器來進行穩(wěn)壓操作。 3.2 電路中的參數(shù)計算設(shè)計的電路圖見下圖3.3電容C2為濾波電容，濾波電容越大，放電過程越慢，輸出電壓越平滑，平均值越高。但在實

12、際上，電容的容量越大，不但體積越大，而且會使整流二極管流過的沖擊電流更大。因此選擇470uF的較為合適。電容C3用于抵消長線傳輸而引起的電感，其容量可選1uF以下，故選擇C3為0.1uF；電容C4改善負載的瞬態(tài)響應(yīng)，其容量可選則1uF以下，但若C4大，則會在穩(wěn)壓器輸入端斷開時，C4通過穩(wěn)壓器放電，所以選擇C4=0.1uF。同理可選擇C4=1uF。圖3.3 設(shè)計電路圖實驗要求輸出的電流Iom=200mA,所以固定端的電阻R1=12/0.2=60，穩(wěn)壓器輸出端和公共端電流恒定不變I=0.2A,當(dāng)電阻未接入時5V=I*R1，當(dāng)電阻全接入時，12=（R1+R2）*I。由此可得R3=24，R2的阻值范圍

13、034。3.3 原件選擇變壓電路中，變壓器選擇的是10:1的單相變壓器整流電路中，整流橋選擇的是w08濾波電路中，濾波電容C2選擇的是490uF，C3選擇的是0.1uF。穩(wěn)壓電路中，根據(jù)設(shè)計要求，此直流電源的輸出電壓為12V，所以三端穩(wěn)壓器選擇的是7812，R1選擇的是60的定值電阻，R2選擇的是0-34的可調(diào)點位器，R3選擇的是24的定制電阻，C4選擇的是0.1uF。第四章 電路仿真電路multisim仿真設(shè)計圖如下：圖4.1 multisim仿真圖1. 固定端輸出12V仿真（開關(guān)閉合）仿真圖見下圖4.22. 可調(diào)穩(wěn)壓輸出仿真（開關(guān)不閉合）a. 最小輸出5V仿真圖見圖4.3b. 最大輸出12

14、V仿真圖見圖4.4'圖4.2 固定輸出12V直流電壓圖4.3 最小輸出5V圖4.4 最大輸出12V第5章 電路的組裝與調(diào)試5.1 電路安裝領(lǐng)取完原件后，先檢查一遍元器件，確保各元件都沒有問題后將元器件按照電路圖從低到高依次焊接。實物如下圖所示。圖5.1 實物正面圖圖5.2 實物背面圖5.2 調(diào)試輸入220V,50Hz的交流電，對電路進行調(diào)試，用萬用表記錄其輸出結(jié)果，理論值與實際值對比如下：輸入電壓固定輸出電壓可調(diào)輸出電壓范圍理論值220V，50Hz12V512V實際值220V，50Hz11.7V3.811.7V 第7章 結(jié) 論在電子技術(shù)快速發(fā)展的今天，幾乎所有電子設(shè)備都離不開直流穩(wěn)壓電源，這也是本課題研究的現(xiàn)實意義。由調(diào)試結(jié)果可知，本設(shè)計的測試結(jié)果與理論值間具有一定誤差，基本滿足設(shè)計要求。經(jīng)過分析，出現(xiàn)誤差原因主要有以下幾點：1. 實測的電網(wǎng)電壓并不足220V,導(dǎo)致輸入電壓變小2. 元件本身參數(shù)不準確3. 萬用表內(nèi)阻造成誤差4. 測量時接觸點之間存在微小電阻5. 電位器阻值變化的非線性參考文獻