用三端式穩(wěn)壓器設(shè)計(jì)直流穩(wěn)壓電源——模電課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1、模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)報(bào)告系 別：物理系專 業(yè)：電子信息工程專業(yè)指導(dǎo)教師：班 級：姓 名：呂 梁 學(xué) 院2014.5內(nèi)容摘要本設(shè)計(jì)是關(guān)于輸出+12V簡易直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)，論題方向是以單相橋式整流及三端集成穩(wěn)壓器為主，設(shè)計(jì)一臺具有實(shí)用價(jià)值的小容量簡易直流穩(wěn)壓電源。要求：(1)輸出電壓Uo12V；最大輸出電流為IO=1A。(2)輸出紋波電壓(峰峰值)小于5mV(IOmax=1A)， (3)其它指標(biāo)要求同三端式穩(wěn)壓器按照所學(xué)知識和相關(guān)指導(dǎo)書及補(bǔ)充的寫作要求，綜述了目前常用直流穩(wěn)壓電源的分類、各自適用范圍及優(yōu)缺點(diǎn)，完整詳細(xì)地設(shè)計(jì)了輸出+12V簡易直流穩(wěn)壓電源電路，并對各組成部分的功能及工作原理進(jìn)行

2、了分析。關(guān)鍵詞：直流穩(wěn)壓電源；集成穩(wěn)壓器；小容量；設(shè)計(jì)；分析 Prose summary This design is about the design of simple output + 12 v dc regulated power supply, the direction of the thesis is based on single phase bridge rectifier and integrated three-terminal voltage regulator is given priority to, design a simple practical small

3、capacity dc regulated power supply. Requirements: (1) the output voltage Uo = 12 v; Maximum output current for IO = 1 a. (2) the output ripple voltage (fengfeng value) is less than 5 mv (IOmax = 1 a), (3) other indicators requirements with three-terminal voltage regulator According to the knowledge

4、and related instructions and supplement of writing, the current commonly used dc regulated power supply, the paper summarized the classification and their respective applicable scope and pros and cons, in full detail design output simple + 12 v dc regulated power supply circuit, and the function of

5、each component and work principle are analyzed.Keywords: dc regulated power supply; Integrated voltage regulator; Small capacity; Design; Analysis of the課程設(shè)計(jì)任務(wù)書院（系）：物理系 專業(yè)：電子信息工程學(xué) 號學(xué)生姓名專業(yè)班級課程設(shè)計(jì)（論文）題目用三端式穩(wěn)壓器設(shè)計(jì)一直流穩(wěn)壓電源課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)集成穩(wěn)壓電源的主要技術(shù)指標(biāo)(1)輸出電壓Uo12V；最大輸出電流為IO=1A。(2)輸出紋波電壓(峰峰值)小于5mV(IOmax=1A)， (3)其它

6、指標(biāo)要求同三端式穩(wěn)壓器設(shè)計(jì)要求：1 .分析設(shè)計(jì)要求，明確性能指標(biāo)。必須仔細(xì)分析課題要求、性能、指標(biāo)及應(yīng)用環(huán)境等，廣開思路，構(gòu)思出各種總體方案，繪制結(jié)構(gòu)框圖。2 .確定合理的總體方案。對各種方案進(jìn)行比較，以電路的先進(jìn)性、結(jié)構(gòu)的繁簡、成本的高低及制作的難易等方面作綜合比較，并考慮器件的來源，敲定可行方案。3 .設(shè)計(jì)各單元電路?？傮w方案化整為零，分解成若干子系統(tǒng)或單元電路，逐個(gè)設(shè)計(jì)。4.組成系統(tǒng)。在一定幅面的圖紙上合理布局，通常是按信號的流向，采用左進(jìn)右出的規(guī)律擺放各電路，并標(biāo)出必要的說明。指導(dǎo)教師評語及成績成績： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日目 錄內(nèi)容摘要I課程設(shè)計(jì)任務(wù)書2引 言31 直流穩(wěn)壓電源的

7、分類42 設(shè)計(jì)任務(wù)52.1 設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)52.2 設(shè)計(jì)要求52.3 要求掌握53 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案63.1 指示電路63.2 變壓電路63.3 整流電路63.4 濾波電路73.5 三端集成穩(wěn)壓器的基本應(yīng)用電路74 系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)84.1 電路的基本組成84.2 組成部件的功能85 電路圖及電路的工作原理95.1 +12V簡易直流穩(wěn)壓電源電路圖95.2 +12V簡易直流穩(wěn)壓電源電路的仿真95.3 +12V簡易直流穩(wěn)壓電源電路的工作原理96 系統(tǒng)制版與安裝106.1 +12V簡易直流穩(wěn)壓電源電路PCB圖106.2 +12V簡易直流穩(wěn)壓電源電路三維視圖106.3 +12V簡易直流穩(wěn)壓電源電路轉(zhuǎn)印圖107

8、 心得體會118 主要元器件清單12參考文獻(xiàn)12 引 言 人類的經(jīng)濟(jì)活動已經(jīng)進(jìn)入工業(yè)經(jīng)濟(jì)時(shí)代，并正在轉(zhuǎn)入高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展的時(shí)期，電源是位于市電與負(fù)載之間，向負(fù)載提供優(yōu)質(zhì)電能的供電設(shè)備，是工業(yè)的基礎(chǔ)，而穩(wěn)壓電源技術(shù)是一種應(yīng)用功率半導(dǎo)體器件，綜合電力變換技術(shù)、現(xiàn)代電子技術(shù)、等多學(xué)科技術(shù)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，目前穩(wěn)壓電源技術(shù)已逐步發(fā)展成為一門多學(xué)科互相滲透的綜合性技術(shù)學(xué)科；它為現(xiàn)代通訊、電子儀器、計(jì)算機(jī)、工業(yè)自動化、電力工程、國防及某些高新技術(shù)提供高質(zhì)量、高功率、高可靠性起著關(guān)鍵的作用。 小功率穩(wěn)壓電源的組成主要是由電源變壓器、整流、濾波和穩(wěn)壓電路四部分組成。電源變壓器是將交流電網(wǎng)220V的電壓

9、變?yōu)樗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除，從而得到平滑的直流電壓。但這樣的電壓還隨電網(wǎng)電壓波動（一般有±10%左右的波動）、負(fù)載和溫度的變化而變化。因而在整流、濾波電路之后，還需接穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓電路的作用是當(dāng)電網(wǎng)電壓波動、負(fù)載和溫度變化時(shí)，維持輸出直流電壓的穩(wěn)定。 將串聯(lián)穩(wěn)壓電源和保護(hù)電路集成在一起的集成穩(wěn)壓器?，F(xiàn)在的集成穩(wěn)壓器只有三個(gè)端口：輸入端、輸出端和公共端，稱為三端 集成穩(wěn)壓器。本次設(shè)計(jì)的輸出+12V穩(wěn)壓電源是采用三端集成電路為主要穩(wěn)壓器件，他具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小重量輕、電源輸出不間斷、功

10、率高、造價(jià)低、電源能工作在特殊的環(huán)境中、高穩(wěn)定度（節(jié)約電能、降低材料消耗以及提高生產(chǎn)效率）之優(yōu)點(diǎn)，隨著電子設(shè)備的越來越普及，將越來越廣泛。并為現(xiàn)代生產(chǎn)和生活帶來深遠(yuǎn)的影響。1 直流穩(wěn)壓電源的分類當(dāng)今，電子產(chǎn)品已普及到工作與生活的各個(gè)方面，其性能價(jià)格比愈來愈高，功能愈來愈強(qiáng)，供電的電源電路在整機(jī)電路中是相當(dāng)重要的。它的性能直接影響整個(gè)電子產(chǎn)品的精度、穩(wěn)定性和可靠性。電壓穩(wěn)定的方式，由傳統(tǒng)的線性穩(wěn)壓發(fā)展到今天的非線性穩(wěn)壓，電源電路也由簡單變得復(fù)雜，電源技術(shù)正從過去附屬于其他電子設(shè)備的狀態(tài)，逐漸演變成一個(gè)獨(dú)立學(xué)科分支。目前生產(chǎn)的直流穩(wěn)壓電源種類很多，主要分類方法是按調(diào)整元件的工作狀態(tài)分類，其次還可以

11、從其它不同角度來分類：(1) 按穩(wěn)定方式分，有參數(shù)型穩(wěn)壓電源和反饋調(diào)整型穩(wěn)壓電源。參數(shù)型穩(wěn)壓電源電路簡單，主要是利用電子元件的非線性實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓，例如一只電阻和一只穩(wěn)壓二極管即成參數(shù)穩(wěn)壓器。 按調(diào)整元件的工作狀態(tài)分，有線性穩(wěn)壓電源和開關(guān)穩(wěn)壓電源。反饋調(diào)整型穩(wěn)壓電源具有負(fù)反饋閉環(huán)，是閉環(huán)自動調(diào)整系統(tǒng)，它的優(yōu)點(diǎn)是技術(shù)成熟，性能優(yōu)良、穩(wěn)定，設(shè)計(jì)與制造簡單；缺點(diǎn)是體積大，效率低。(2) 非線性電源主要是指開關(guān)電源，開關(guān)電源的分類方法多種多樣。按激勵方式分，有自激式和它激式(3) 按調(diào)制方式分，有保持開頭工作頻率不變，控制導(dǎo)通脈沖寬度的，稱為脈寬調(diào)制型（PWM）；也有保持開頭導(dǎo)通時(shí)間不變，改變工作頻率的稱為

12、頻率調(diào)制型（PFM）；還有寬度和頻率均改變的，稱為混合型。(4)按開關(guān)電流工作方式分，有頻率調(diào)制型分晶體管型和可控制硅型。2 設(shè)計(jì)任務(wù)2.1 設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)(1)輸出電壓Uo12V；最大輸出電流為IO=1A。(2)輸出紋波電壓(峰峰值)小于5mV(IOmax=1A)， (3)其它指標(biāo)要求同三端式穩(wěn)壓器2.2 設(shè)計(jì)要求 1 .分析設(shè)計(jì)要求，明確性能指標(biāo)。必須仔細(xì)分析課題要求、性能、指標(biāo)及應(yīng)用環(huán)境等，廣開思路，構(gòu)思出各種總體方案，繪制結(jié)構(gòu)框圖。 2 .確定合理的總體方案。對各種方案進(jìn)行比較，以電路的先進(jìn)性、結(jié)構(gòu)的繁簡、成本的高低及制作的難易等方面作綜合比較，并考慮器件的來源，敲定可行方案。 3 .設(shè)

13、計(jì)各單元電路?？傮w方案化整為零，分解成若干子系統(tǒng)或單元電路，逐個(gè)設(shè)計(jì)。4. 組成系統(tǒng)。在一定幅面的圖紙上合理布局，通常是按信號的流向，采用左進(jìn)右出的規(guī)律擺放各電路，并標(biāo)出必要的說明。2.3 要求掌握通過此集成直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)，要求掌握：1. 選擇變壓器、整流二極管、濾波電容及三端集成穩(wěn)壓器來設(shè)計(jì)直流穩(wěn)壓電源。2. 掌握直流穩(wěn)壓電源的調(diào)試及主要技術(shù)指標(biāo)的測試方法3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案3.1 指示電路指示電路為上電輸入電源的有電指示，當(dāng)穩(wěn)壓電源連接到市電AC220V后，有1紅色電源指示燈亮。此穩(wěn)壓電源為簡易直流穩(wěn)壓電源，所以要求體積比較小。如選用指示燈來指示會使得體積增大，所以一般均采用紅色發(fā)光二極管

14、來指示，這樣體積小成本低。3.2 變壓電路通常直流穩(wěn)壓電源使用電源變壓器來改變輸入到后級電路的電壓。電源變壓器由初級繞組、次級繞組和鐵芯組成。初級繞組用來輸入電源交流電壓，次級繞組輸出所需要的交流電壓。通俗的說，電源變壓器是一種電磁電轉(zhuǎn)換器件。即初級的交流電轉(zhuǎn)化成鐵芯的閉合交變磁場，磁場的磁力線切割次級線圈產(chǎn)生交變電動勢。次級接上負(fù)載時(shí)，電路閉合，次級電路有交變電流通過。3.3 整流電路整流電路的主要作用是由整流電路、直流中間電路和逆變電路三部分以及有關(guān)的輔助電路組成。在電流型變頻器中整流電路的作用相當(dāng)于一個(gè)直流電流源，而在電壓型變頻器中整流電路的作用則相當(dāng)于一個(gè)直流電壓源。經(jīng)過變壓器變壓后的

15、仍然是交流電，需要轉(zhuǎn)換為直流電才能提供給后級電路，這個(gè)轉(zhuǎn)換電路就是整流電路。在直流穩(wěn)壓電源中利用二極管的單項(xiàng)導(dǎo)電特性，將方向變化的交流電整流為直流電。整流電路的種類如下：1. 半波整流電路半波整流電路只利用電源的正半周，電源的利用效率非常低，所以半波整流電路僅在高電壓、小電流等少數(shù)情況下使用，一般電源電路中很少使用。2. 全波整流電路全波整流電路每個(gè)整流二極管上流過的電流只是負(fù)載電流的一半，比半波整流小一倍。由于全波整流電路需要特制的變壓器，制作起來比較麻煩，所以在實(shí)際運(yùn)用中很少使用。3. 橋式整流電路橋式整流電路使用普通的變壓器，每個(gè)整流二極管上流過的電流是負(fù)載電流的一半，與全波整流相同。橋

16、式整流比全波整流多用了兩個(gè)整流二極管，由于四個(gè)整流二極管連接成電橋形式，所以稱這種整流電路為橋式整流電路。為了克服半波整流和全波整流的缺點(diǎn)，在本設(shè)計(jì)中整流電路采用最常用的橋式整流電路。3.4 濾波電路濾波電路利用電抗性元件對交、直流阻抗的不同，實(shí)現(xiàn)濾波。電容器C對直流開路，對交流陰抗小，所以C應(yīng)該并聯(lián)在負(fù)載兩端。電感L對直流阻抗小，對交流阻抗大，因此L應(yīng)與負(fù)載串聯(lián)。經(jīng)過渺小濾波電路后，既可保留直流分量，又可濾掉一部分交流分量，改變了交直流成分的比例，減小了電路的脈動系數(shù)，改善了直流電壓的質(zhì)量。濾波電路的種類如下：1. 電容濾波電路電容濾波電路是利用電容的充放電原理達(dá)到濾波的作用。在脈動直流波形

17、的上升段，電容充電，由于充電時(shí)間常數(shù)很小，所以充電速度很快；在脈動直流波形的下降段，電容放電，由于放電時(shí)間常數(shù)很大，所以放電速度很慢。在電容還沒有完全放電時(shí)再次開始進(jìn)行充電。這樣通過電容的反復(fù)充放電實(shí)現(xiàn)了濾波作用。橋式整流電路電容濾波電路電壓、電流波形見圖32. 電感濾波電路電感濾波電路是利用儲能元件電感器L的電磁感應(yīng)使電流不能突變的性質(zhì)，把電感L與整流電路的負(fù)載串聯(lián)，也可以起到濾波的作用。3. 復(fù)式濾波電路當(dāng)單獨(dú)使用電容或電感進(jìn)行濾波，效果仍不理想時(shí)，可采用復(fù)式濾波電路。復(fù)式濾波電路常用的有三種類型，(17頁)它們的電路組成原則是，把對交流阻抗大的元件（如電感、電阻）與負(fù)載串聯(lián)，以降落較大的

18、紋波電壓，而把對交流阻抗小的元件（如 電容）與負(fù)載并聯(lián)，以旁路較大的紋波電流。其濾波原理與電容、電感波類似。本設(shè)計(jì)為簡易直流穩(wěn)壓電源，綜上所述，采用結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格低廉的電容濾波電路。3.5 穩(wěn)壓電路由于輸出電壓決定于集成穩(wěn)壓器，所以輸出電壓為12V，最大輸出電流為1.5A。為使電路正常工作，要求輸入電壓U1比輸出電壓U2至少大2.5到3伏。輸入端電容C1用以抵消輸入端較長接線的電感效應(yīng)，以防止自激振蕩，還可抑制電源的高頻脈沖干擾。一般取0.11F。輸出端電容C2、C3用以改善負(fù)載的瞬態(tài)響應(yīng)，消除電路的高頻噪聲，同時(shí)也具有消振作用。D5是保護(hù)二極管，用來防止在輸入端短路時(shí)輸出電容C3所存儲電荷通

19、過穩(wěn)壓器放電而損壞器件。 4 系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)4.1 電路的基本組成一般直流穩(wěn)壓電源都使用AC220V市電作為電源，經(jīng)過變壓、整流、濾波后輸送給穩(wěn)壓電路進(jìn)行穩(wěn)壓，最終成為穩(wěn)定的直流電源。這個(gè)過程中的變壓、整流、濾波等電路可以看作直流穩(wěn)壓電源的基礎(chǔ)電路，沒有這些電路對市電的前期處理，穩(wěn)壓電路將無法正常工作。 因設(shè)計(jì)任務(wù)中要求輸入端須設(shè)上電指示燈，所以本次設(shè)計(jì)的小功率穩(wěn)壓電源由上電指示電路、變壓電路、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路五個(gè)部分組成，如下圖所示。 + 上 電 + 變 壓 + 整 流 + 濾 波 + 穩(wěn) 壓 + u1 指 示 u2 u3 u4 uI U0_ 電 路 _ 電 路 _ 電 路 _

20、電 路 _ 電 路 _（a）穩(wěn)壓電源的組成框圖u1 u2 u3 u4 uI U0 0 t 0 t 0 t 0 t 0 t 0 t （b）穩(wěn)壓電源各單元電壓波形圖4.2 組成部件的功能1. 上電指示電路：輸入電源有電指示，接入電網(wǎng)220V交流電后指示燈亮。2. 變壓電路：是降壓變壓器，它將電網(wǎng)220V交流電壓變換成符合需要的交流電壓，并送給整流電路，變壓器的變比由變壓器的副邊電壓確定。3. 整流電路：利用單向?qū)щ娫?，?0Hz的正弦交流電變換成脈動的直流電。4. 濾波電路：可以將整流電路輸出電壓中的交流成分大部分加以濾除，從而得到比較平滑的直流電壓。5. 穩(wěn)壓電路：穩(wěn)壓電路的功能是使輸出的直流

21、電壓穩(wěn)定，不隨交流電網(wǎng)電壓和負(fù)載的變化而變化。5 電路圖及電路的工作原理5.1 +12V簡易直流穩(wěn)壓電源電路原理圖5.2 +12V簡易直流穩(wěn)壓電源電路的仿真結(jié)果5.3 +12V簡易直流穩(wěn)壓電源電路的工作原理輸入市網(wǎng)電壓AC220V、50Hz的交流信號后，通過0.5A保險(xiǎn)絲FU送到上電指示電路和變壓器的原邊繞組，上電指示電路由1只普通紅色發(fā)光二極管串接1只150k、功率1/4W的限流電阻而成。通過電源變壓器得到較低的副邊電壓U2并送到整流電路。整流電路由4個(gè)1N4001二極管組成橋式整流電路，當(dāng)正弦交流電壓為正的時(shí)候，D1、D3導(dǎo)通，當(dāng)交流電壓為負(fù)的時(shí)候D2、D4導(dǎo)通，是輸出的電壓周期變?yōu)樵瓉淼囊话?，且電壓總為正，從而初步達(dá)到變交流電壓為直流電壓。經(jīng)過整流以后的電壓Ui經(jīng)過濾波電容C1、C2的濾波作用將整流以后的電壓里的交流成分即紋波電壓濾除。6 系統(tǒng)制版與安裝6.1 +12V簡易直流穩(wěn)壓電源電路PCB圖6.2 +12V簡易直流穩(wěn)壓電源電路三維視圖6.3 +12V簡易直流穩(wěn)壓電源電路轉(zhuǎn)印圖7 心得體會 在第十三周進(jìn)行了課程實(shí)踐培訓(xùn)，為期一周的培訓(xùn)到今天就要告一段落了，在這一周