直流穩(wěn)壓電源設計論

1、模擬電路課程設計報告設計課題： 直流穩(wěn)壓電源設計 專業(yè)班級： 學生姓名： 學號： 指導教師： 設計時間： 課程設計成績評定表學期姓名專業(yè)班級課程名稱模擬電子技術課程設計設計題目直流穩(wěn)壓電源設計評定標準評定指標分值得分知識創(chuàng)新性20理論正確性20內容難易性15結合實際性10知識掌握程度15書寫規(guī)范性10工作量10總成績100評語：任課教師時間年月日備注目 錄TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc26498 一、設計任務與要求 PAGEREF _Toc26498 1 HYPERLINK l _Toc13280 二、方案設計與論證 PAGEREF _Toc13280 1 HYP

2、ERLINK l _Toc16795 三、單元電路設計與參數(shù)計算 PAGEREF _Toc16795 2 HYPERLINK l _Toc13464 31選擇集成三端穩(wěn)壓器 PAGEREF _Toc13464 3 HYPERLINK l _Toc26881 32選擇電源變壓器 PAGEREF _Toc26881 3 HYPERLINK l _Toc15829 33選用整流二極管和濾波電容 PAGEREF _Toc15829 4 HYPERLINK l _Toc23200 34濾波電容 PAGEREF _Toc23200 4 HYPERLINK l _Toc7705 四、總原理圖及元器件清單 P

3、AGEREF _Toc7705 4 HYPERLINK l _Toc784 五、安裝與調試(使用multisim 調試) PAGEREF _Toc784 5 HYPERLINK l _Toc3896 六、性能測試與分析 PAGEREF _Toc3896 6 HYPERLINK l _Toc7684 七、結論與心得 PAGEREF _Toc7684 9 HYPERLINK l _Toc27266 八、參考文獻 PAGEREF _Toc27266 9一、設計任務與要求1輸出電壓：Uo=15V2輸出電流：I=1A3輸出電壓變化量：Vop_p5mV4. 穩(wěn)壓系數(shù)：SV二、方案設計與論證穩(wěn)壓電源由電源變

4、壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路四個部分組成，如圖1所示。 + 電 源 + 整 流 + 濾 波 + 穩(wěn) 壓 + u1 u2 u3 uI U0 _ 變壓器 _ 電 路 _ 電 路 _ 電 路 _（a）穩(wěn)壓電源的組成框圖 u1 u2 u3 uI U0 0 t 0 t 0 t 0 t 0 t （b）整流與穩(wěn)壓過程圖1穩(wěn)壓電源的組成框圖及整流與穩(wěn)壓過程方案一：單相半波整流電路：單相半波整流簡單，使用器件少，它只對交流電的一半波形整流，只要橫軸上面的半波或者只要下面的半波。但由于只利用了交流電的一半波形，所以整流效率不高，而且整流電壓的脈動較大，無濾波電路時，整流電壓的直流分量較小，Vo=0.45Vi

5、，變壓器的利用率低。 方案二：單相全波整流電路：使用的整流器件較半波整流時多一倍，整流電壓脈動較小，比半波整流小一半。無濾波電路時的輸出電壓Vo=0.9Vi，變壓器的利用率比半波整流時高。變壓器二次繞組需中心抽頭。整流器件所承受的反向電壓較高。 方案三：單相橋式整流電路：使用的整流器件較全波整流時多一倍，整流電壓脈動與全波整流相同，每個器件所承受的反向電壓為電源電壓峰值，變壓器利用率較全波整流電路高。綜合3種方案的優(yōu)缺點:決定選用方案三。三、單元電路設計與參數(shù)計算整流電路采用橋式整流電路，電路如圖2所示。在u2的正半周內，二極管D1、D2導通，D3、D4截止；u2的負半周內，D3、D4導通，D

6、1、D2截止。正負半周內部都有電流流過的負載電阻RL，且方向是一致的。電路的輸出波形如圖3所示。圖2整流電路圖3輸出波形圖在橋式整流電路中，每個二極管都只在半個周期內導電，所以流過每個二極管的平均電流等于輸出電流的平均值的一半，即 。電路中的每只二極管承受的最大反向電壓為(U2是變壓器副邊電壓有效值)。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(lián)或電容器與負載電阻串聯(lián)，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： （I2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

7、路。總體原理電路見圖4。圖4 穩(wěn)壓電路原理圖31選擇集成三端穩(wěn)壓器因為要求輸出15v，可選用7815,7915集成穩(wěn)壓器。32選擇電源變壓器 電源變壓器的作用是將來自電網(wǎng)的220V交流電壓u1變換為整流電路所需要的交流電壓u2。電源變壓器的效率為：其中：是變壓器副邊的功率，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，當算出了副邊功率后，就可以根據(jù)上表算出原邊功率。U2=15v+3v=18v;考慮電網(wǎng)電壓波動10%U2=15 x1.1=16.5vUi：U2=220:16.5 由此得到變壓器變比為0.075 根據(jù)橋式濾

8、波的特點有：U1=1.2U2 由此得到U1=19.8v由于I2=（1.52)I1,則I2=1.5x1A=1.5A變壓器副邊功率：p=u2 x i2=16.5 x1.5w=24.75w變壓器的效率為0.70.8；則原邊功率pi35.36w。根據(jù)以上分析，可以選擇副邊電壓17v、輸出電流1.5A，功率為40w的變壓器33選用整流二極管和濾波電容ID=0.5IL=500（mA）所承受的最高反向電壓為URM=1.414U2=1.414 x 15=21.2v因此，可以選擇最大整流電流1A，反向工作峰值電壓為50v的整流二極管34濾波電容根據(jù)設計要求（取5倍工頻半周期）取RC=5 X T/2=5 x0.0

9、2/2=0.05s得濾波電容值為C=0.05/12=4.167mF電容器承受的最高電壓：Ucm=1.414 xU2=23.3v可以選用4.3mF/25v的電解電容器原理圖中c1、c2為電解電容，用于濾波；C3、c4容值為0.33F，用來防止自激振蕩；C5、c6容值為1F,用來消除高頻噪聲和改善輸出的瞬態(tài)特性，保證負載電流變化時不致引起Uo有較大波動四、總原理圖及元器件清單1總原理圖、PCB圖元件清單元件序列型號元件參數(shù)值數(shù)量備注Ji變壓器17V2D1 D2 D3 D4 D5 D6D7二極管1N4001，1A8也可用1N4007C1 C2電解電容4.3mF/25V2C3 C4陶瓷電容330nF2

10、C5 C6電解電容1uF/25V2SW開關1R1 R2電阻12k2U三穩(wěn)壓器LM7815+15V1U三穩(wěn)壓器LM7915-15V1五、安裝與調試(使用multisim 調試) 按PCB圖所示，制作好電路板。安裝時，先安裝比較小的元件，所以先安裝整流電路，再安裝穩(wěn)壓電路，最后再裝上濾波電路（電容）。安裝時要注意，二極管和電解電容的極性不要接反。經(jīng)檢查無誤后，才將電源變壓器與整流濾波電路連接，通電后，用萬用表檢查整流后輸出LM7815輸入端電壓UI的極性，若UI的極性為負，則說明整流電路沒有接對，此時若接入穩(wěn)壓電路， 就會損壞集成穩(wěn)壓器。然后接通電源，調節(jié)RW的值，若輸出電壓滿足設計指標，說明穩(wěn)壓

11、電源中各級電路都能正常工作，此時就可以進行各項指標的測試。 六、性能測試與分析1輸出電壓與最大輸出電流的測試測試電路如圖5所示。一般情 自耦變壓器 Io 電流表況下，穩(wěn)壓器正常工作時，其輸出 被測 I電流要小于最大輸出電流， 220V 穩(wěn)壓 Uo V 電壓表 RL取，可算出RL=15， 電路 工作時上消耗的功率為：故取額定功率為15W，阻值為 15的電位器。測試時，先使，交流輸入電壓為220V，用數(shù)字電壓表測量的電壓值就是Uo。 2穩(wěn)壓系數(shù)的測量 按圖5所示連接電路， 在時，測出穩(wěn)壓電源的輸出電壓Uo。然后調節(jié)自耦變壓器使輸入電壓，測出穩(wěn)壓電源對應的輸出電壓Uo1 ；再調節(jié)自耦變壓器使輸入電壓

12、，測出穩(wěn)壓電源的輸出電壓Uo2。則穩(wěn)壓系數(shù)為： 因為，在本調試中，無法得到自耦變壓器，所以只能把電壓歸算到降壓器的輸出電壓(Ui):U1=198V U1=242V 所以，穩(wěn)壓系數(shù)：=0.0032設計要求測試結果誤差分析Uo=15V14.71V 1.93%Iomax=1.0A0.980A2.0%SV0.00326%在允許的誤差范圍內，本設計已達到要求。七、結論與心得經(jīng)過一個多月的努力，終天完成的這個設計。從選題到畫圖制板花了差不多一個星期的時間，后面的調試占了大部分的時間。由于沒有找到示波器，所以調試時，除了測試電壓電流用到實物外，其他參數(shù)測試只能在仿真軟件下進行的。在這里選用了multisim進行仿真，雖然multisim不是很難學，但由于自己對multisim還沒有熟練的掌握，仿真過程中還是會有一定的誤差。在實際做成的電路板中,由于買不到等值參數(shù)的元件，測量出來的性能指標參數(shù)難免會有一定的誤差,對元件封裝的不了解，也造成了銅板的浪費。本次的課程設計，培養(yǎng)了我們綜合應用課本理論解決實際問題的能力；我覺得課程設計對我們的幫助是很大的，它需要我們將學過的理論知識與實際系統(tǒng)地聯(lián)系起來，加強我們對學過的知識的實際應用能力！在設計的過程中還培養(yǎng)出了我們的團隊精神，同學們共同協(xié)作，解決了許多個人無法解決的問題；在今后的學習過程