直流的穩(wěn)壓電源課程設(shè)計(jì)

直流穩(wěn)壓電源課程設(shè)計(jì)一、 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求設(shè)計(jì)并制作一個(gè)連續(xù)可調(diào)直流穩(wěn)壓電源，主要技術(shù)指標(biāo)要求：輸出電壓Vo及最大輸出電流lomax;檔Vo=±12V對(duì)稱輸出，lomax=100mA;檔Vo=+5V,lomax=300mA;檔Vo=(+3~+9)V連續(xù)可調(diào)，Iomax=200mA紋波電壓：△Vop-pw5mA;穩(wěn)壓系數(shù)：SVC0.005;設(shè)計(jì)電路結(jié)構(gòu)，選擇電路元件，計(jì)算確定元件參數(shù)，畫出實(shí)用原理電路圖自擬實(shí)驗(yàn)方法、步驟及數(shù)據(jù)表格，提出測(cè)試所需儀器及元器件的規(guī)格、數(shù)量，交指導(dǎo)教師審核。批準(zhǔn)后，進(jìn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行組裝、調(diào)試，并測(cè)試其主要性能參數(shù)。二、 方案設(shè)計(jì)與論證直流穩(wěn)壓電源一般分為線性和開(kāi)關(guān)電源兩類。對(duì)于單片機(jī)數(shù)字控制的電路系統(tǒng)，通常采用基于PWM空制的開(kāi)關(guān)電源；而對(duì)于放大器的模擬控制系統(tǒng)，采用線性直流穩(wěn)壓電源則更具有優(yōu)勢(shì)。線性直流穩(wěn)壓電源具有穩(wěn)壓和濾波的雙重作用，產(chǎn)生的干擾很小，隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展，較高輸出電流和數(shù)值可調(diào)的集成穩(wěn)壓器相繼出現(xiàn)，由此而構(gòu)成的線性直流穩(wěn)壓電源結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修方便，功率 200W以下時(shí)，整機(jī)的體積也不大。一般來(lái)講，線性直流穩(wěn)壓電源的紋波抑制比，電壓調(diào)整率和噪聲抑制等性能比開(kāi)關(guān)直流穩(wěn)壓電源要好。更重要的是工作可靠，故障率低，更適合于放大器的模擬控制系統(tǒng)。電路圖設(shè)計(jì)確定目標(biāo)：設(shè)計(jì)整個(gè)系統(tǒng)是由那些模塊組成，各個(gè)模塊之間的信號(hào)傳輸，并畫出直流穩(wěn)壓電源方框圖。系統(tǒng)分析：根據(jù)系統(tǒng)功能，選擇各模塊所用電路形式。參數(shù)選擇：根據(jù)系統(tǒng)指標(biāo)的要求，確定各模塊電路中元件的參數(shù)?？傠娐穲D：連接各模塊電路。電路安裝、調(diào)試為提高學(xué)生的動(dòng)手能力，學(xué)生自行設(shè)計(jì)印刷電路板，并焊接。

在每個(gè)模塊電路的輸入端加一信號(hào)，測(cè)試輸出端信號(hào)，以驗(yàn)證每個(gè)模塊能否達(dá)到所規(guī)定的指標(biāo)。重點(diǎn)測(cè)試穩(wěn)壓電路的穩(wěn)壓系數(shù)。將各模塊電路連起來(lái)，整機(jī)調(diào)試，并測(cè)量該系統(tǒng)的各項(xiàng)指標(biāo)。直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)思路電網(wǎng)供電電壓交流220V（有效值）50Hz,要獲得低壓直流輸出，首先必須采用電源變壓器將電網(wǎng)電壓降低獲得所需要交流電壓。降壓后的交流電壓，通過(guò)整流電路變成單向直流電，但其幅度變化大（即脈動(dòng)大）脈動(dòng)大的直流電壓須經(jīng)過(guò)濾波電路變成平滑， 脈動(dòng)小的直流電，即將交流成份濾掉，保留其直流成份。濾波后的直流電壓，再通過(guò)穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓，便可得到基本不受外界影響的穩(wěn)定直流電壓輸出，供給負(fù)載RL,三、單元電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算（一）單元電路設(shè)計(jì)電源變壓器電源變壓器是將交流電網(wǎng)220V的電壓變?yōu)樗枰碾妷褐?，并送給整流電路，變壓器的變比由變壓器的副邊電壓確定。整流電路整流電路常采用二極管單相全波整流電路，電路如圖2所示。在u2的正半周內(nèi),二極管D1、D2導(dǎo)通，D3D4截止；u2的負(fù)半周內(nèi)，D3D4導(dǎo)通，D1、D2截止。正負(fù)半周內(nèi)部都有電流流過(guò)的負(fù)載電阻RL且方向是一致的。電路的輸出波形如圖所示電路中的每只二極管承受的最大反向電壓在橋式整流電路中，每個(gè)二極管都只在半個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)電，所以流過(guò)每個(gè)二極管的平均電流等于輸出電流的平均值的一半

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）。3.濾波電路濾波電路選用一個(gè)3300卩F的大容量電解電容C1和一個(gè)0.33卩F的小容量滌綸CL11型電容C2并聯(lián)濾波，如圖3所示。理論上，在同一頻率下容量大的電容其容抗小，這樣一大一小電容相并聯(lián)后其容量小的電容C2不起作用。但是，由于大容量的電容器存在感抗特性，等效為一個(gè)電容與一個(gè)電感串聯(lián)。在高頻情況下的阻抗反而大于低頻時(shí)的阻抗，小電容的容量小，在制造時(shí)可以克服電感特性，幾乎不存在電感。在大電容C1上并聯(lián)一個(gè)小電容C2可以補(bǔ)償其在高頻下的不足。當(dāng)電路的工作頻率比較低時(shí)，小電容不工作（容抗大相當(dāng)于開(kāi)路）。大電容的容量越大濾波效果越好。當(dāng)電路的工作頻率比較高時(shí)（輸入信號(hào)的高頻干擾成分），大電容由于感抗大而處于開(kāi)路狀態(tài)。這時(shí)高頻干擾成分通過(guò)小電容流到地線，濾除各種高頻干擾成分。電路的輸出波形如圖所示Z流屯流直謊電壓和低、Z流屯流?Iz高頻°士C2卸吁 交流電流 噸圖3濾波電容電路的分析示意圖穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路選用三端集成直流穩(wěn)壓器，其電路連接方式一般如圖 4所示GND圖4三端集成直流穩(wěn)壓器性能上，常用的集成穩(wěn)壓器有三端固定式、三端可調(diào)式和開(kāi)關(guān)式。以三端固定式為例，其正輸出為7800（后兩位代表輸出的額定穩(wěn)壓值，00是統(tǒng)稱）系列，負(fù)輸出為7900系列，常見(jiàn)的有05、06、08、09、12、15、18、24八種。一般要求最小的輸入、輸出電壓差（U-U0）為2V~3V;輸出穩(wěn)壓的容差約為5%最大輸出電流IOmax有0.1A（如78L12），0.3A（如78M12和1.5A（如7812）等多種，部分器件的最大輸出電流可達(dá)2.2A;其最大輸入電壓Ulmax一般是7818檔以下為35V，7824檔為40V;電壓調(diào)整率SU一般為0.01%/V;輸出電阻R0小于0.1Q;紋波抑制比SVP一般為50dB;溫度系數(shù)ST一般為每度1mV~2.4mV圖4中，引腳1為電壓變換的輸入端，引腳2為電壓變換后的輸出端，引腳3為接地端。電容Ci作用是改善紋波和抑制輸入的過(guò)電壓，一般取值為0.33卩F。C0作用是改善負(fù)載的順態(tài)響應(yīng)，一般可選取0.1卩F的電容，當(dāng)采用大容量的電解電容時(shí)效果更好。穩(wěn)壓電源的輸入輸出端要跨接一個(gè)二極管，以防止集成穩(wěn)壓器輸出調(diào)整管損壞。穩(wěn)壓電路的設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)是把幾個(gè)供電模塊集成到一個(gè)供電電源上，能夠同時(shí)提供固定輸出+5V（最大輸出電流0.3A）和固定輸出土12V（最大輸出電流0.1A）的直流電輸出，此外，還有一路+3V到+9V（最大輸出電流0.2A）連續(xù)可調(diào)的電壓輸出。輸出+5V:核心器件選用78M05三端集成穩(wěn)壓器，其輸出電壓為+5V，額定電流0.1A。當(dāng)變壓器變壓后輸出6.3V交流電，經(jīng)KBPC810硅整流橋，整流后輸出約6V電壓，濾波后由78M05三端集成穩(wěn)壓電源處理，輸出+5V電壓，電流最大輸出為0.3A。輸出+/-12V:核心器件選用穩(wěn)壓器78L12和79L12,組合應(yīng)用這兩個(gè)穩(wěn)壓器件與一個(gè)硅整流橋相接，按圖5好電路就能輸出+/-12V的電壓。組合用78L12和79L12時(shí)，公共輸出接地端用的是變壓器輸出端口的+12V并分別接入78L12的接地引腳（GND和79L12的電壓輸入引腳（Vin）；硅整流橋的正、負(fù)輸出端口則分別接入78L12的電壓輸入端（Vin）和79L12的接地端；濾波電容用了兩個(gè)1000uF首尾相接，連接處接公

D]+20V73L120D]+20V73L120+12V79L12-12V79L12-0 X d2圖5正、負(fù)12￥輸出電壓集戰(zhàn)穂壓電源電路共輸出接地端③輸出+3V~+9V0.2A:該部分的核心器件為可調(diào)式三端集成直流穩(wěn)壓器 LM317和滿量程696Q的電位器RW通過(guò)添加一些元件可以構(gòu)成電壓從+3V?+9V連續(xù)可調(diào)直流穩(wěn)壓電源。并且解決了利用固定式穩(wěn)壓器和電位器進(jìn)行調(diào)壓而引起的精度下降問(wèn)題。但是要保證其輸入電壓Ui與輸出電壓Uo之差小于等于40V。主要電路如圖6所示：輸出電壓Uo=1.25【1+（Rw+R/RJV,R1取120Q，當(dāng)；Rw=0Rf168Q,Uo=+3V。當(dāng)RW滿量程時(shí)，輸出Uo為+9V。其中C1（3300卩F）,C2（0.33卩F）用來(lái)抑制高頻干擾；C3用來(lái)提高穩(wěn)壓器紋波抑制比，減少輸出電壓中的紋波電壓； C4用來(lái)克服LM317在深度負(fù)反饋工作下可能產(chǎn)生的自激振蕩， 還可進(jìn)一步減小輸出電壓中的紋波分實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案量。D1的作用是防止輸入端短路時(shí)，電容C4放電而損壞穩(wěn)壓器；D2的作用是防止輸出端短路時(shí)C3放電而損壞穩(wěn)壓器。(二)電路參數(shù)計(jì)算變壓器的選擇確定副邊電壓U2:根據(jù)性能指標(biāo)要求：Uomin=3VUomax=12V又TUi-Uomax>(Ui-Uo)minUi-Uoin<(Ui-Uo)max其中：(Ui-Uo)min=3V,(Ui-Uo)max=40V???16V<Ui<43V此范圍中可任選:Ui=14V=Uo1根據(jù)Uo1=(1.1?1.2)U2可得變壓的副邊電壓：確定變壓器副邊電流12'?To仁Io又副邊電流12=(1.5?2)Io1 取Io=Iomax=200mA貝U12=1.5衣0.2A=0.3A選擇變壓器的功率變壓器的輸出功率：Po>I2*U2=4.8W選擇整流電路中的二極管t變壓器的副邊電壓U2=16V???橋式整流電路中的二極管承受的最高反向電壓為： 16橋式整流電路中二極管承受的最高平均電流為： 0.3查手冊(cè)選整流二極管IN4001，其參數(shù)為：反向擊穿電壓UBR=50V>16V|大整流電流IF=1A>0.3A濾波電路中濾波電容的選擇濾波電容的大小可用式C=△Ui/(△t*I)求得。求△Ui:根據(jù)穩(wěn)壓電路的的穩(wěn)壓系數(shù)的定義：設(shè)計(jì)要求△Uo<5mV,SVC0.005,Uo=-12V?+12V,Ui=16V代入上式，則可求得△Ui=△Uo/(Uo*Sv);濾波電容C設(shè)定lo=lomax=0.2A,△t=0.01S則可求得C。、、亠注意：因?yàn)榇笕萘侩娊怆娙萦幸获獾睦@制電感分布電感，易引起自激振蕩，形成高頻干擾，所以穩(wěn)壓器的輸入、輸出端常并入瓷介質(zhì)小容量電容用來(lái)抵消電感效應(yīng),抑制咼頻干擾。四、總原理圖及元器件清單1?總原理圖VT3CD78M05H78L121+12VLMS17G1120IR2170+C14Cl￡+O.luF3300u'O.inF20u;(79L12廠VT3CD78M05H78L121+12VLMS17G1120IR2170+C14Cl￡+O.luF3300u'O.inF20u;(79L12廠2?元件清單序號(hào)名稱型號(hào)及規(guī)格單位數(shù)量備注1變壓器復(fù)邊雙12V只4接成電壓24V12硅整流橋1A、100V只4制成封裝

3濾波電容3300UF50V只4系統(tǒng)封裝0.1uF、50V只4系統(tǒng)封裝10uF、12V只3系統(tǒng)封裝4電容0.33uF只3系統(tǒng)封裝220uF只15穩(wěn)壓器78L12只1系統(tǒng)封裝79L12只1系統(tǒng)封裝6三端集成穩(wěn)壓器78M05只1系統(tǒng)封裝7電位器5.1OM0.2A只18三端集成直流穩(wěn)壓器LM317只1系統(tǒng)封裝9二極管2CP10只4系統(tǒng)封裝10電阻3K只2系統(tǒng)封裝1110Q只1系統(tǒng)封裝12910Q只1系統(tǒng)封裝13120Q只1系統(tǒng)封裝14170Q只1系統(tǒng)封裝15滑動(dòng)變阻器700Q只1系統(tǒng)封裝五、測(cè)試結(jié)果和計(jì)算結(jié)果分析（一）電壓輸出波形和紋波變化fcfcFee「*3JUU^i3lOQuMm25ICM—KlI24Fee「*3JUU^i3lOQuMm25ICM—KlI24（二）電路的誤差分析與改進(jìn)綜合分析可以知道在測(cè)試電路的過(guò)程中可能帶來(lái)的誤差因素有測(cè)得輸出電流時(shí)接觸點(diǎn)之間的微小電阻造成的誤差電流表內(nèi)阻串入回路造成的誤差；測(cè)得紋波電壓時(shí)示波器造成的誤差；示波器，萬(wàn)用表本身的準(zhǔn)確度而造成的系統(tǒng)誤差可以通過(guò)以下的方法去改進(jìn)此電路：減小接觸點(diǎn)的微小電阻；根據(jù)電流表的內(nèi)阻對(duì)測(cè)量結(jié)果可以進(jìn)行修正；測(cè)得紋波時(shí)示波器采用手動(dòng)同步；采用更高精確度的儀器去檢測(cè)；六、綜合總結(jié)與體會(huì)通過(guò)本次設(shè)計(jì)，讓我們更進(jìn)一步的了解到直流穩(wěn)壓電源的工作原理以及它的要求和性能指標(biāo).也讓我們認(rèn)識(shí)到在此次設(shè)計(jì)電路中所存在的問(wèn)題 ；而通過(guò)不斷的努力去解決這些問(wèn)題.在解決設(shè)計(jì)問(wèn)題的同時(shí)自己也在其中有所收獲.我們這次設(shè)計(jì)的這個(gè)直流穩(wěn)壓電源電路；采用了電壓調(diào)整管和外加調(diào)整管來(lái)實(shí)現(xiàn)電壓的調(diào)整部分