直流穩(wěn)壓電源的課程設(shè)計報告

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上模擬電子課程設(shè)計題目名稱：直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計 姓 名： 方淼 學(xué) 號： 班 級： 08電信2班 銅陵學(xué)院電氣系2010年6月目 錄 1.緒論 3 2.電路工作原理分析、方案論證和確定4 2.1設(shè)計主要性能指標(biāo)4 2.2設(shè)計方案選擇42.3方案確定5 3.單元電路原理5 3.1電源變壓器5 3.2整流電路63.3濾波電路83.4穩(wěn)壓電路9 4. 參數(shù)計算及器件選擇104.1集成穩(wěn)壓器的選擇104.2整流二極管及濾波電容的選擇115.調(diào)試115.1PSpice仿真分析116. 課程設(shè)計心得體會12 附錄 整體電路圖131緒論在本學(xué)期開設(shè)的模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)第十章中，我們學(xué)習(xí)

2、了直流穩(wěn)壓電源，通過學(xué)習(xí)我們了解到，在電子線路中，通常都需要電壓穩(wěn)定的直流電源供電。小功率穩(wěn)壓電源是由（圖1-1）電源變壓器、整流、濾波和穩(wěn)壓電路等四部分組成。圖1-1 集成直流穩(wěn)壓電源結(jié)構(gòu)圖其中，交流電網(wǎng)220V的電壓通過電源變壓器將變?yōu)槲覀冃枰碾妷褐?，然后通過整流電路將交流電壓變成脈動的直流電壓。由于此脈動的直流電壓還含有較大的紋波，必須通過濾波電路加以濾波，從而得到平滑的直流電壓。但這樣的電壓還是會隨電網(wǎng)電壓波動、負(fù)載和溫度等的變化而變化。因而在整流、濾波電路之后，還須接穩(wěn)壓電路，保證輸出的直流電壓穩(wěn)定。此次集成直流電源的課程設(shè)計，要求輸出±5 、±12V以及

3、77;9V的電壓，全部過程（從構(gòu)思設(shè)計到實物制作及性能調(diào)試）都將由我們自行完成，這就需要我們不僅熟悉了解課本上的知識，還要學(xué)會將理論知識應(yīng)用到我們的實踐中，并學(xué)會利用書籍資料來幫助自己。因此，動手參與設(shè)計直流穩(wěn)壓電源能鞏固、深化和擴展學(xué)生的理論知識與初步的專業(yè)技能，為以后的專業(yè)學(xué)習(xí)打下堅實的基礎(chǔ)。除此之外，通過課程設(shè)計，使學(xué)生在理論計算、結(jié)構(gòu)設(shè)計、工程繪圖、查閱設(shè)計資料、標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范的運用和計算機應(yīng)用方面的能力得到訓(xùn)練和提高。通過此次課程設(shè)計，培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)知識分析和解決工程實際問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生正確的設(shè)計思想，理論聯(lián)系實際的工作作風(fēng)，嚴(yán)肅認(rèn)真、實事求是的科學(xué)態(tài)度和勇于探索的創(chuàng)新精神。2

4、電路的設(shè)計要求和方案的選擇2.1設(shè)計主要性能指標(biāo)：輸出電壓Vo及最大輸出電流Iomax：I檔VO =±12V對稱輸出，Iomax=100mA；擋VO =±5V，Iomax=300mA；擋 VO=9±V，Iomax=200 mA）；紋波電壓：Vop-p 5mA;穩(wěn)壓系數(shù)：SV 5%；設(shè)計要求：選擇適當(dāng)方案設(shè)計電路計算電源變壓器的效率和功率選擇整流二極管及計算濾波電容安裝調(diào)試與測量電路性能2.2設(shè)計方案選擇 小功率穩(wěn)壓電源由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路四個部分組成，其中最重要的就時選好穩(wěn)壓器，方案如下：方案一：采用LM317及LM337分別組成獨立的可調(diào)電

5、壓源LM317可調(diào)式三端穩(wěn)壓器電源能夠連續(xù)輸出可調(diào)的直流電壓，不過它只能允許可調(diào)的正電壓，穩(wěn)壓器內(nèi)部含有過流，過熱保護(hù)電路；由一個電阻（R）和一個可變電位器(RP)組成電壓輸出調(diào)節(jié)電路，它的輸入電壓Vi=± 15V，輸出電路為一定值，輸出電壓為：Vo=1.25(1+RP/R)。LM337輸出為負(fù)的可調(diào)電壓，采用兩個獨立的變壓器分別和LM317及LM337組裝，正輸出可調(diào)集成穩(wěn)壓器的輸出電壓范圍為1.237V，輸出電流可調(diào)范圍為0.11.5A。，它可以連續(xù)輸出±1.25V±12V的電壓。這種方法的連線組成比較簡單，它適用于輸出連續(xù)可調(diào)的電壓，但調(diào)節(jié)的時候不容易控制輸

6、出電壓。方案二：采用固定式三端集成穩(wěn)壓器 固定式三端穩(wěn)壓器的常見產(chǎn)品及典型應(yīng)用 此類穩(wěn)壓器有三個引出端：輸入端、輸出端和公共端。根據(jù)其輸出電壓極性可分為固定正輸出集成穩(wěn)壓器（CW78系列）和固定負(fù)輸出集成穩(wěn)壓器（CW79系列）。根據(jù)輸出電流的大小又可分為CW78XX型（表示輸出電流為1.5A）、CW78MXX型（表示輸出電流為0.5 A）和CW78LXX型（表示輸出電流為0.1A）。后面兩位數(shù)字XX表示輸出電壓的數(shù)值，一般有5V、6V、9V、12V、15V、18V、24V，固定負(fù)輸出集成穩(wěn)壓器相應(yīng)也有CW79XX、CW79MXX和CW79LXX型。利用固定輸出集成穩(wěn)壓器可組成各種應(yīng)用電路。方案

7、三：采用LM317可調(diào)式三端穩(wěn)壓器以及78、79系列穩(wěn)壓電源同方案一中，LM317可以輸出+3+9V的正相電壓且穩(wěn)壓器內(nèi)部含有過流，過熱保護(hù)電路，而7805可以輸出穩(wěn)定的+5V電壓、7812和7912可以分別輸出+12和-12V的電壓，將三路電路并聯(lián)連接即可。相較方案一而言，此電路在制作上難度有所下降而且原理結(jié)構(gòu)簡單，所以該電源電路應(yīng)采用LM317以及78、79系列集成穩(wěn)壓器。它分為三檔輸出，可以輸出±12V、±9V、±5V的電壓。2.3方案確定對方案一，適用于輸出連續(xù)可調(diào)的電壓，但是調(diào)節(jié)不容易控制；方案二要用多哥78、79系列的集成穩(wěn)壓器組裝，比較麻煩，而且成本

8、也較大。方案三是一個相對綜合的電路。它分為三檔輸出，可以輸出±12V、±9V、±5V的電壓。從手工操作及可行性上考慮，我們選擇方案三。3 單元電路原理集成穩(wěn)壓電源可簡化成四部分(圖31 ) 圖3-1 直流穩(wěn)壓電源框圖及各級輸出波形3.1電源變壓器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。如果不考慮變壓器的損耗，可以認(rèn)為一個理想的變壓器次級負(fù)載消耗的功率也就是初級從電源取得的電功率。變壓器能根據(jù)需要通過改變次級線圈的圈數(shù)而改變次級電壓，由于變壓器存在著鐵損與銅損，所以它的輸出功率永遠(yuǎn)小于輸入功率。電源變壓器的效率為：其中：是變壓器

9、副邊的功率，是變壓器原邊的功率。一般小型變壓器的效率如表1所示：表1 小型變壓器的效率 副邊功率 效率0.60.70.80.85因此，當(dāng)算出了副邊功率后，就可以根據(jù)上表算出原邊功率。實際電路中我們選擇一個中間帶抽頭的多路輸出穩(wěn)壓器，其輸出電壓分別是（交流）12V、5V、20V。分別對應(yīng)78系列，79系列和317穩(wěn)壓器。3.2 整流電路1.單相橋式整流電路如圖（32）所示，四只整流二極管D1D4接成電橋的形式，故有橋式整流電路之稱。單相橋式整流電路的工作原理為簡單起見，二極管用理想模型來處理，即正向?qū)娮铻榱悖聪螂娮铻闊o窮大。圖3 2 整流電路圖在v2的正半周，電流從變壓器副邊線圈的上端流出

10、，只能經(jīng)過二極管D1流向RL，再由二極管D3流回變壓器，所以D1、D3正向?qū)ǎ珼2、D4反偏截止。在負(fù)載上產(chǎn)生一個極性為上正下負(fù)的輸出電壓。其電流通路可用圖中實線箭頭表示。在v2的負(fù)半周，其極性與圖示相反，電流從變壓器副邊線圈的下端流出，只能經(jīng)過二極管D2流向RL，再由二極管D4流回變壓器，所以D1、D3反偏截止，D2、D4正向?qū)?。電流流過RL時產(chǎn)生的電壓極性仍是上正下負(fù)，與正半周時相同。其電流通路如圖中虛線箭頭所示。綜上所述，橋式整流電路巧妙地利用了二極管的單向?qū)щ娦裕瑢⑺膫€二極管分為兩組，根據(jù)變壓器副邊電壓的極性分別導(dǎo)通，將變壓器副邊電壓的正極性端與負(fù)載電阻的上端相連，負(fù)極性端與負(fù)載電

11、阻的下端相連，使負(fù)載上始終可以得到一個單方向的脈動電壓。單相橋式整流電路常畫成圖33所示的簡化形式。圖33 單相橋式整流電路簡化圖結(jié)合上述分析，可得橋式整流電路的工作波形如圖5。圖34 橋式整流電路的工作波形由圖可見，通過負(fù)載橋式整流電路的優(yōu)點是輸出電壓高，紋波電壓較小，管子所承受的最大反向RL的電流iL以及電壓vL的波形都是單方向的全波脈動波形。電壓較低，同時因電源變壓器在正、負(fù)半周內(nèi)都有電流供給負(fù)載，電源變壓器得到了充分的利用，效率較高。因此，這種電路在半導(dǎo)體整流電路中得到了頗為廣泛的應(yīng)用。電路的缺點是二極管用得較多，但目前市場上已有整流橋堆出售，如QL51AG、QL62AL等，其中QL6

12、2AL的額定電流為2A，最大反向電壓為251000V。3.3 濾波電路經(jīng)過整流后得到的脈沖直流紋波還是很大的，所以要經(jīng)過濾波電路的濾波，濾波電路通常有電容濾波，電感濾波，II型濾波等。電容濾波 適應(yīng)小電流負(fù)載 VL1.2V2 電感濾波 適應(yīng)大電流負(fù)載 VL0.9V2 LC濾波 適應(yīng)性較強 VL0.9V2 RC或LC 型濾波 適應(yīng)小電流負(fù)載 VL1.2V2 圖3-5 RC濾波電路由于電感的體積和制作成本等原因，我們多采用電容濾波，其作用是把脈動直流電壓U3中的大部分紋波加以慮除，一得到較平緩的直流電壓U1圖3-6電容濾波電路中二極管的電流和導(dǎo)通角3.4穩(wěn)壓電路由于穩(wěn)壓電路發(fā)生波動、負(fù)載和溫度發(fā)生

13、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(dāng)外界因素（電網(wǎng)電壓、負(fù)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(shè)計的電源具有性能穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點。集成穩(wěn)壓器的種類很多，在小功率穩(wěn)壓電源中，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和可調(diào)式，此外又可以分為正電壓輸出和負(fù)電壓輸出兩種類型。按照設(shè)計要求本設(shè)計要用到可調(diào)式三端穩(wěn)壓器。其常見產(chǎn)品有CW317、CW337、LM317、LM337。其中317系列穩(wěn)壓器輸出連續(xù)可調(diào)的正電壓，33

14、7系列穩(wěn)壓器輸出連續(xù)可調(diào)的負(fù)電壓，可調(diào)范圍為1.237V，最大輸出電流為1.5A。此外三端集成穩(wěn)器還有78系列和79系列。如下圖是78系列的外形和接線圖。78系列又分三個子系列，即78xx,78Mxx,78Lxx.其主要差別在于輸出電流和外形，78 xx輸出電流為1.5A ,78 Mxx輸出電流為0.5A,而78Lxx的輸出電流為0.1A.79系列和78系列的外形相似但是接續(xù)不一樣，79的1端接地，2端接負(fù)的輸入，3端為輸出。固定式三端穩(wěn)壓器的引腳圖及典型應(yīng)用電路 CW78XX 1 CW78XX 3 CW79XX 1 2 3 UI C1 2 Co Uo 1 2 3 UI C1 1 Co Uo

15、2 CW79XX 3 Ui 地 Uo 地 Ui Uo（a） CW78系列的引腳圖及應(yīng)用電路 （b） CW79系列的引腳圖及應(yīng)用電路（其中：C1 = 0.33F,Co = 0.1F ，C1、 （其中：C1 = 2.2F，CO = 1F） Co采用漏電流小的鉭電容）圖3-7 固定式三端穩(wěn)壓器的引腳圖與應(yīng)用電路 說明：穩(wěn)壓器輸入端的電容C1用來進(jìn)一步消除紋波,此外，輸出端的電容Co與C1起到了頻率補償?shù)淖饔茫芊乐棺约ふ袷?，從而使電路穩(wěn)定工作。1 可調(diào)式三端穩(wěn)壓器的引腳圖及其典型應(yīng)用電路 在圖B (a)中，R1與Rw組成輸出電壓 3 LM317 2 調(diào)節(jié)電路，輸出電壓Uo1.25 (1 + Rw /

16、 R1 )， LM317 1 R1 D5 Uo圖3-8 CW317系列引腳圖及應(yīng)用電路R1的值為120 240，流經(jīng)R1的泄放電 1 2 3 arj Uo Ui UI C1 RW C2 流為5 10mA。Rw為精密可調(diào)電位器。電 容可以進(jìn)一步消除紋波，電容C1與Co 還能起到相位補償作用，以防止電路產(chǎn)生 自激振蕩。電容C2與Rw并聯(lián)組成濾波電 其中：C1= 0.01F，C2 =10F，CO =1F，路。 R1 =200，RW =2k，D5用IN40074、參數(shù)計算及器件選擇4.1集成穩(wěn)壓器的選擇選擇集成穩(wěn)壓器：集成穩(wěn)壓器選用CW317，其輸出電壓范圍為：，最大輸出電流為1.5A。所確定的穩(wěn)壓電

17、源電路如圖4-1所示。 集成穩(wěn)壓器的輸出電壓Uo應(yīng)與穩(wěn)壓電源要求的輸出電壓的大小及范圍相同。穩(wěn)壓器的最大允許電流Iom<Iomax，穩(wěn)壓器的輸入電壓范圍為：Uomax+（Ui-Uo）minUiUomin+（Ui-Uo）max式中，Uomax最大輸出電壓； Uomin最小輸出電壓； （Ui-Uo）min 穩(wěn)壓器的最小輸入電壓差；（Ui-Uo）max穩(wěn)壓器的最大輸入電壓差；在圖4-1所示的電路中，取C1 = 0.01F，C2 =10F，C0 = 1F，R1 = 200，RW = 2k，二極管用IN4007，和組成輸出電壓調(diào)節(jié)電路，輸出電壓 ，取，流過的電流為。取R1 = 200，則由，可求得

18、：，Rwmax=1860，故取為的精密線繞電位器。 圖4-1輸出電壓可調(diào)的穩(wěn)壓電源選擇電源變壓器Uomax+（Ui-Uo）minUiUomin+（Ui-Uo）max即 9V+3VUi3V+40V取 12VUi43VU2Uimin/1.1=12/1.1=10.91V取U2=12V變壓器副邊電流：I2Iomax=0.2A取I2=0.5A則變壓器的副邊輸出功率P2為 P2I2U2=6W 由表1知，變壓器的效率=0.7，則原邊輸入功率P1P2 /=8.57W。 為留有余地，故選用功率為10W的變壓器。所以變壓器選用12V/10W的即可。4.2整流二極管及濾波電容的選擇由于：URM=/¯2U2/¯2×1216.968V, Iomax=0.2AIN4001的反向擊穿電壓URM50V，額定工作電流ID=1A，故整流二極管選用IN4001。式中，Uo9V,Ui=12V, Uopp5Mv, Sv3×10¨³則UiUopp Ui/ Uo Sv2.2V則濾波電容C為C=Ict/Ui= C=Iomaxt/Ui=3636F因此我們可以采用4700F的電容。對于78、79系列的電路圖,如下圖所示：圖4-2 78、79系列穩(wěn)壓輸出5 調(diào)試5.1 PSpice仿真這次仿真分析我選用的是PSpice軟件，它是一種基