線性穩(wěn)壓電源的設(shè)計說明

.PAGE.2008級電氣工程及自動化專業(yè)畢業(yè)論文設(shè)計題目線性穩(wěn)壓電源的設(shè)計姓名及學(xué)號劉冬2008145111學(xué)院電氣信息與自動化專業(yè)電氣工程及其自動化班級08電氣指導(dǎo)教師石學(xué)文20XX05月8日題目：線性穩(wěn)壓電源的設(shè)計一、設(shè)計題目及要求1、設(shè)計題目利用運放和分立元器件設(shè)計一線性可調(diào)穩(wěn)壓電源。2、設(shè)計要求〔1基本要求①輸出電壓：Vo=4.5~12.0V；②輸出電流：Io≥1A；③輸出紋波：VP-P≤10mV；④電壓調(diào)整率：Ku≤5%〔最大輸出電流時；⑤電流調(diào)整率：Ki≤3%?！草敵鰹?2V時?！?發(fā)揮部分①①增加過流保護；②增加電壓顯示功能；③進一步提高指標(biāo)精度,盡量提高效率。指導(dǎo)教師簽名：20XX月日二、指導(dǎo)教師評語指導(dǎo)教師簽名：20XX月日三、成績驗收蓋章20XX月日目錄一、設(shè)計要求：4二、設(shè)計任務(wù)：5三、實驗原理：5〔一、線性穩(wěn)壓電源的基本原理：51．電源變壓器52．整流電路53．濾波電路54．穩(wěn)壓電路6〔二、穩(wěn)壓電源的性能指標(biāo)及測試方法61、穩(wěn)壓系數(shù)及電壓調(diào)整率62、輸出電阻〔也稱等效內(nèi)阻或內(nèi)阻63、紋波電壓6四、電路設(shè)計：7〔1變壓部分設(shè)計7變壓器的主要參數(shù)有：7變壓部分參數(shù)設(shè)計：8〔2整流、濾波電路8整流部分的設(shè)計：8〔3穩(wěn)壓電路9電路參數(shù)計算如下：9〔1確定穩(wěn)壓電路的最低輸入直流電壓Ui,min9〔2確定電源變壓器副邊電壓、電流及功率。9〔3選整流二極管及濾波電容。9〔4電阻以及變位器的選擇。9〔5運算放大器選擇9五、完整電路圖：10六、電路板的制作及電路焊接與調(diào)試：10七、在調(diào)試及組裝電路過程中出現(xiàn)的問題及解決方法：10八、設(shè)計心得體會：10九、元器件清單：10十、參考文獻：11十一、鳴謝：11十二、附錄：111、元件清單112、原理圖12線性穩(wěn)壓電源的設(shè)計引言穩(wěn)壓電源通常分為線性穩(wěn)壓電源和開關(guān)穩(wěn)壓電源。線性穩(wěn)壓電源是比較早使用的一類直流穩(wěn)壓電源。線性穩(wěn)壓直流電源的特點是：輸出電壓比輸入電壓低；反應(yīng)速度快,輸出紋波較??；工作產(chǎn)生的噪聲低：效率較低,產(chǎn)生的熱量大。本文將對現(xiàn)有線性穩(wěn)壓電路設(shè)計方法進行總體的綜述,并分析穩(wěn)壓電源的組成及其功能做簡要說明和設(shè)計。設(shè)計要求：〔1基本要求①輸出電壓：Vo=4.5~12.0V；②輸出電流：Io≥1A；③輸出紋波：VP-P≤10mV；④電壓調(diào)整率：Ku≤5%〔最大輸出電流時；⑤電流調(diào)整率：Ki≤3%。〔輸出為12V時?！?發(fā)揮部分①增加過流保護；②增加電壓顯示功能；③進一步提高指標(biāo)精度,盡量提高效率。設(shè)計任務(wù)：〔1根據(jù)設(shè)計指標(biāo)及要求選擇電路形式,畫出原理電路圖；〔2選擇元器件型號及參數(shù),并列出器件清單；〔3利用protel99軟件仿真,并在通用板上組裝焊接電路；〔4完成電路的測試與調(diào)整,使有關(guān)指標(biāo)達到設(shè)計要求；〔5寫出設(shè)計總結(jié)報告。三、實驗原理：〔一、線性穩(wěn)壓電源的基本原理：線性穩(wěn)壓電源一般由電源變壓器、整流、濾波電路及穩(wěn)壓電路組成,基本框圖如下所示：1．電源變壓器電源變壓器T的作用是將電網(wǎng)220V的交流電壓變換成整流濾波電路所需要的交流電壓Ui。變壓器的副邊與原邊的功率比為P2/P1=η,式中η為變壓器的效率。2．整流電路整流電路將交流電壓Ui變換成脈動的直流電壓。3．濾波電路濾波電路通過電容將脈動直流電壓的紋波減小或濾除。4．穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路的作用就是穩(wěn)定輸出電壓?！捕⒎€(wěn)壓電源的性能指標(biāo)及測試方法穩(wěn)壓電源的技術(shù)指標(biāo)分為兩種：一種是特性指標(biāo),包括允許的輸入電壓、輸出電壓、輸出電流及輸出電壓調(diào)節(jié)范圍；另一種是質(zhì)量指標(biāo),用來衡量輸出直流電壓的穩(wěn)定程度,包括穩(wěn)壓系數(shù)或電壓調(diào)整率、輸出電阻或電流調(diào)整率、溫度系數(shù)及紋波電壓等。1、穩(wěn)壓系數(shù)及電壓調(diào)整率穩(wěn)壓系數(shù)：在負載電流、環(huán)境溫度不變的情況下,輸入電壓的相對變化引起輸出電壓的相對變化,即電壓調(diào)整率：輸入電壓相對變化為正負10%時的輸出電壓相對變化量,即穩(wěn)壓系數(shù)S和電壓調(diào)整率K均說明輸入電壓變化對輸出電壓的影響,因此只需測試其中之一即可。2、輸出電阻〔也稱等效內(nèi)阻或內(nèi)阻在額定電網(wǎng)電壓下,由于負載電流變化ΔIL引起輸出電壓變化ΔUo,則輸出電阻為3、紋波電壓〔1最大紋波電壓在額定輸出電壓和負載電流下,輸出電壓的紋波〔包括噪聲的絕對值大小,通常以峰—峰值或有效值表示?！?紋波系數(shù)γ在額定負載電流下,輸出紋波電壓的有效值Urms與輸出直流電壓Uo之比〔3紋波電壓抑制比紋波電壓抑制比是指在規(guī)定的紋波頻率〔例如50Hz下,輸入電壓中的紋波電壓Ui~與輸出電壓中的紋波電壓Uo~之比,即紋波電壓抑制比=四、電路設(shè)計：總電路部分的設(shè)計方案：〔1變壓部分設(shè)計鐵心變壓器空心變壓器鐵氧體芯變壓器自耦變壓器圖1變壓器的圖形符號變壓器的主要參數(shù)有：=1\*GB3①變壓比變壓器的變壓比是初級電壓與次級電壓的比值。=2\*GB3②額定功率額定功率,是變壓器在指定頻率和電壓下能連續(xù)工作而不超過規(guī)定溫升的輸出功率。=3\*GB3③效率效率是輸出功率與輸入功率之比,它反映了變壓器的自身損耗。=4\*GB3④空載電流變壓器在工作電壓下次級空載時〔次級電流為零,初級線圈流過的電流稱為空載電流?？蛰d電流大的變壓器損耗大、效率低。=5\*GB3⑤絕緣電阻和抗電強度絕緣電阻,指變壓器線圈之間、線圈與鐵心之間及引線之間的電阻?？闺姀姸仁窃谝?guī)定的時間內(nèi)變壓器可承受的電壓,它是變壓器特別是電源變壓器安全工作的重要參數(shù)。電源變壓器T的作用是將電網(wǎng)220V的交流電壓變換成整流濾波電路所需要的交流電壓Ui。變壓器的副邊與原邊的功率比為,式中η為變壓器的效率。變壓部分參數(shù)設(shè)計：選擇交流220V、50Hz的變壓器,電壓波動范圍±10%。根據(jù)需要,我們選取了15v的變壓器?！?整流、濾波電路整流電路將交流電壓Ui變換成脈動的直流電壓。它是靠二極管的單向?qū)щ娞匦詠韺崿F(xiàn)的。濾波電路通過電容將脈動直流電壓的紋波減小或濾除,輸出直流電壓UI。容性負載橋式整流電路如圖2所示,它的四個臂是由四只二極管組成的。整流部分的設(shè)計：選取2A的整流橋圖2容性負載橋式整流電路當(dāng)變壓器"1"端為正、"2"端為負時,二極管VD2和VD4承受正向電壓而導(dǎo)通,VD1和VD3承受反向電壓而截止。此時,變壓器"1"端通過VD4流經(jīng)RL,再經(jīng)過VD2返回至"2"端。當(dāng)"1"端為負、"2"端為正時,二極管VD1和VD3導(dǎo)通,VD2和VD4截止,電流則由"2"端通過VD3流經(jīng)RL,再經(jīng)過VD1返回至"1"端?！?穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路的作用就是穩(wěn)定輸出電壓。穩(wěn)壓器把不穩(wěn)定的直流電壓變?yōu)榉€(wěn)定的直流電壓輸出。它利用調(diào)節(jié)流過穩(wěn)壓管自身的電流大小〔端電壓基本不變來滿足負載電流的改變,并與限流電阻配合將電流的變化轉(zhuǎn)換成電壓的變化,以適應(yīng)電網(wǎng)電壓的波動。在電網(wǎng)電壓不變時,負載電流的變化范圍就是穩(wěn)壓管電流的調(diào)節(jié)范圍。負載不變時,電網(wǎng)電壓的波動,在波動至最低時必須保證穩(wěn)壓管工作在反向擊穿狀態(tài),在波動至最高時,要保證管子的功耗不超過允許的最大管耗。散熱片的選?。哼x取十瓦左右的大散熱片。器件選擇：電路參數(shù)計算如下：〔1確定穩(wěn)壓電路的最低輸入直流電壓Ui,minUi,min≈我們選取15V?！?確定電源變壓器副邊電壓、電流及功率。輸出電流>=1A,輸出電壓<12V,由上分析,可選購副邊電壓為15V,功率為30W的變壓器?！?選整流二極管及濾波電容。因電路形式為橋式整流電容濾波,通過每個整流二極管的反峰電壓和工作電流求出濾波電容值。濾波電容選擇1000uf/50V。整流二極管選擇整流橋堆為2A/100V。〔4電阻以及變位器的選擇。根據(jù)電壓的調(diào)節(jié)范圍選擇變位器為10K。電阻分別有18K,6K,1.5K。運算放大器選擇LM358集成電路,三極管選擇TIP41。由于沒有可用的穩(wěn)壓管,所以選擇三個0.7V的二極管串聯(lián)來代替。完整電路圖：電路板的制作及電路焊接與調(diào)試：采用分別調(diào)試各個單元模塊的方法,分別用示波器、12V直流電源、萬用表等等儀器。電路板運用protel99se軟件首先畫好電路原理圖,然后找出每個電路元器件的封裝形式,在進行ERC校驗看是否有錯,確定沒錯再生成PCB圖,由于有兩個元器件是自己做的封裝首先必須先添加自己的庫文件然后在生成PCB版。接下來就是對PCB進行布線的操作,由于電路圖簡單所以采用手動布線布線。實際電路板的制作運用已經(jīng)布線好的PCB到實驗機房制作電路板,電路板經(jīng)過了鋸面包板、鉆孔、打印、高溫附印、電解液腐蝕、防腐蝕等幾個步驟,對做好的PCB電路板進行元器件的安裝,然后就是焊接,焊接要防止虛焊脫焊等等。七、在調(diào)試及組裝電路過程中出現(xiàn)的問題及解決方法：=1\*GB3①由于負載接錯地方,導(dǎo)致接上電源后,出現(xiàn)有負載被燒壞。于是檢查電路原理圖,發(fā)現(xiàn)了這個錯誤。所以就將此負載給卸掉。電路將能正常工作。=2\*GB3②當(dāng)各個模塊連接到一起時。由于要把輸入輸出線連接在一起從新焊接,導(dǎo)致焊錫脫落,與另一底線端連接。發(fā)生短路現(xiàn)象,導(dǎo)致無電壓輸出,無顯示。后經(jīng)檢查電路發(fā)現(xiàn)錯誤并改正,電壓表顯示部分顯示正常。=3\*GB3③由于滑動變阻器有問題,導(dǎo)致無論如何都調(diào)不出8歐的電阻,最后換了一個滑動變阻器,就解決了這個問題。設(shè)計心得體會：通過線性穩(wěn)壓電源的設(shè)計、安裝、和調(diào)試,要求學(xué)會：1．選擇變壓器、整流二極管、濾波電容及運算放大器設(shè)計直流穩(wěn)壓電源；2．掌握直流穩(wěn)壓電路的調(diào)試及主要技術(shù)指標(biāo)的測試方法；3．系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換效率、散熱、提高效率及長期工作安全性和可靠性等諸因素的考慮；4．掌握電路的基本調(diào)試能力。九、元器件清單：線性穩(wěn)壓電源元件清單〔1套名稱型號數(shù)量備注1、變壓器15V/30W1個2、電位器10K1個3、電阻1.5K、18K、3.3、4.7各1支3K2支4、電解電容 100uF/50