電子課程設(shè)計(jì)-直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)

1、<p>　　課程名稱 電子綜合設(shè)計(jì)輔導(dǎo)</p><p>　　項(xiàng)目名稱 直流穩(wěn)壓電源（有實(shí)物）</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　引 言4</b></p><p>　　1 設(shè)計(jì)的主要目的與要求5</p><p&

2、gt;　　1．1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?</p><p>　　1．2 設(shè)計(jì)要求5</p><p>　　1．3 設(shè)計(jì)目的5</p><p>　　2 主要設(shè)計(jì)方案6</p><p>　　2．1 本設(shè)計(jì)采用橋式整流6</p><p>　　2.2 穩(wěn)壓電路：7</p><p>　　2.3 保護(hù)電路7

3、</p><p>　　3 單元電路設(shè)計(jì)、參數(shù)計(jì)算及其元器件選擇8</p><p>　　3.2 確定穩(wěn)壓電路的R1\R2大小8</p><p>　　3.3 確定變壓器副邊電壓、電流及功率。8</p><p>　　3.4 使輸出紋波電壓小于5mV，穩(wěn)壓系數(shù)小于0.005，輸出內(nèi)阻小于0.1歐的方法9</p><p&g

4、t;　　3.4.1 紋波電壓9</p><p>　　3.4.2 穩(wěn)壓系數(shù)及電壓調(diào)整率9</p><p>　　3.4.3 輸出電阻及電流調(diào)整率10</p><p>　　3.5 固定三端可調(diào)式集成穩(wěn)壓電路器W78M15\W78M1510</p><p>　　4 總原理圖、PCB原理圖及元器件清單11</p><p&

5、gt;　　4.1 總原理圖11</p><p><b>　　11</b></p><p>　　4.2 PCB原理圖12</p><p>　　4.3 元器件清單12</p><p>　　5 結(jié)論與心得13</p><p>　　6 參考文獻(xiàn)14</p><p>&

6、lt;b>　　引 言 </b></p><p>　　說道穩(wěn)壓問題，歷史悠久。目前，線性集成穩(wěn)壓器已發(fā)展到幾百個品種。按結(jié)構(gòu)分為串聯(lián)式和并聯(lián)式集成穩(wěn)壓器；按輸出電壓類型可分為固定式和可調(diào)式集成穩(wěn)壓器；按腳管的引線數(shù)目可分為三端式和多端式集成穩(wěn)壓器；按制造工藝可以分為半導(dǎo)體式、薄膜混合式和厚膜混合式集成穩(wěn)壓器；按輸入和輸出之間的壓差又可以分為一般的壓差和低壓差兩大類，等等。</p>

7、<p>　　目前通過點(diǎn)子課程設(shè)計(jì)能很好的提高大學(xué)生的動手實(shí)習(xí)能力，也能很好的提高大學(xué)生的創(chuàng)新和設(shè)計(jì)、實(shí)踐的能力。因此有我設(shè)計(jì)的這個設(shè)計(jì)，直流穩(wěn)壓電源.希望能鞏固我的PCB軟件因應(yīng)用能力，同時提高自己的實(shí)踐動手能力！</p><p>　　此次實(shí)習(xí)，設(shè)計(jì)出一款可供電：直流：+-12;+-9；+-5；+3.3交流：12v的穩(wěn)壓電源</p><p>　　1 設(shè)計(jì)的主要目的與要求&l

8、t;/p><p><b>　　1．1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?lt;/b></p><p>　　設(shè)計(jì)出一款可供電：直流：+-12;+-9；+-5；+3.3交流：12v的穩(wěn)壓電源</p><p>　　通過集成直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)、安裝和調(diào)試、要求學(xué)會：</p><p>　?。?）提高PCB軟件應(yīng)用的能力</p><p>　　

9、（2）選擇變壓器、整流二級管、濾波電容及集成穩(wěn)壓電容及穩(wěn)壓器來設(shè)計(jì)直流穩(wěn)壓電源；</p><p>　?。?）掌握直流穩(wěn)壓電路的調(diào)試及主要技術(shù)的測試方法。</p><p><b>　　1．2 設(shè)計(jì)要求</b></p><p>　?。?）同時輸出±15電壓，輸出電流為2A</p><p>　?。?）輸出紋波電壓小于

10、5mA，穩(wěn)壓系數(shù)小于0.005；輸出內(nèi)阻小于0.1歐</p><p>　?。?）加輸出保護(hù)電路，最大輸出電流不超過2A</p><p><b>　　1．3 設(shè)計(jì)目的</b></p><p>　　（1）電源變壓器只做理論設(shè)計(jì)</p><p>　?。?）合理選擇集成穩(wěn)壓器及擴(kuò)流三級管</p><p>

11、　　（3）保護(hù)電路擬采用限流型</p><p>　?。?）完成全電路理論設(shè)計(jì)，安裝調(diào)試，繪制電路圖，自制印刷版</p><p>　?。?）撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告、調(diào)試總結(jié)報(bào)告及使用說明書。</p><p><b>　　2 主要設(shè)計(jì)方案</b></p><p>　　整個設(shè)計(jì)由電源變壓器T、整流濾波和穩(wěn)壓電路三大部分組成，其基本原理

12、框圖如圖1 所示。電網(wǎng)供給的交流電壓u(220V,50Hz) 經(jīng)電源變壓器降壓后，得到符合電路需要的交流電壓ui，然后由整流濾波電路變換成比較平直的直流電壓U1，再通過穩(wěn)壓電路，以保證輸出直流電壓更加穩(wěn)定。</p><p>　　2．1 本設(shè)計(jì)采用橋式整流</p><p>　　單相橋式整流電路與半波整流電路相比，在相同的變壓器副邊電壓下，對二極管的參數(shù)要求式一樣的，并且還具有輸出電壓高、變壓

13、器利用率高、脈動小等優(yōu)點(diǎn)，因此在次設(shè)計(jì)中我選用單相橋式整流電路。</p><p>　　在調(diào)整管部分，既可以采用單管調(diào)整也可以采用復(fù)合管調(diào)整，但在此設(shè)計(jì)中要求額定電流Io=2A，如果用單管的話，可能不能達(dá)到這么大的輸出電流，因此在此設(shè)計(jì)中我選用復(fù)合管做調(diào)整管。</p><p><b>　　濾波電路：</b></p><p>　　經(jīng)整流后的電壓仍

14、具有較大的交流分量，必須通過濾波電路將交流分量濾掉。盡量保留其輸出中的直流分量，才能獲得比較平滑的直流分量。</p><p>　　可以利用電容兩端電壓不能突變或流經(jīng)電感的電流不能突變的特點(diǎn)，將電容與負(fù)載并聯(lián)，或?qū)㈦姼信c負(fù)載串聯(lián)就能起來濾波作用。</p><p>　　其主要常見的整流濾波電路如下：</p><p>　　我選用的是（b）電路</p><

15、;p><b>　　2.2 穩(wěn)壓電路：</b></p><p>　　由于濾波后的直流電壓Ui受電網(wǎng)電壓的波動和負(fù)載電流變化的影響（T的影響）很難保證輸出電流電壓的穩(wěn)定。所以必須在濾波電路和負(fù)載一直加上穩(wěn)壓電路，才能保證輸出直流電壓的進(jìn)一步穩(wěn)定。</p><p><b>　　2.3 保護(hù)電路</b></p><p>　　

16、由于輸出大電流時，三端電流內(nèi)部過流保護(hù)電路已經(jīng)失去作用，必須在外部增加保護(hù)這就是VT2和R2。當(dāng)電流Ii在R2上產(chǎn)生的電壓降達(dá)到VT2的UBE2時，VT2導(dǎo)通，于是向VT1基極注入電流，使VT1關(guān)斷，從而達(dá)到限制電流的目的，其主要電路圖如下：</p><p>　　3 單元電路設(shè)計(jì)、參數(shù)計(jì)算及其元器件選擇</p><p>　　電路參數(shù)計(jì)算如下：（只研究正輸出部分）3.1 確定穩(wěn)壓電路的最

17、底輸入直流電壓</p><p>　　Umin=[U0MAX+(U1-U0)]/0.9</p><p>　　帶入各個指標(biāo)，計(jì)算可以將Umin=20v</p><p>　　3.2 確定穩(wěn)壓電路的R1\R2大小</p><p>　　由Icw+Ic=Io， Icw=0.5A，Io=2A，知Ic=1.5A。</p><p>　　

18、確定VT1的放大倍數(shù)為200倍，</p><p>　　又Ib+I2=0.5A，故有：Ib=0.1A，I2=0.4A</p><p>　　Ube2/R1=1.5A，若?。篣be1=Ube2=0.6V，</p><p><b>　　有:R1=0.4歐</b></p><p>　　從Ube1/（R1+R2）=0.4A，<

19、/p><p>　　得：R2=1.2歐(由于R中流過W78M15的空載電流和部分負(fù)載電流，故其阻值不宜增大，一般約幾歐姆，這里取R=1.2歐姆。)</p><p>　　3.3 確定變壓器副邊電壓、電流及功率。</p><p>　　直流穩(wěn)壓電源一般由電源變壓器T、整流濾波電路及穩(wěn)壓電路組成。</p><p>　　電源變壓器的作用是將電網(wǎng)的220V的交

20、流電壓變換成整流濾波電路所需要的交流電壓ui.</p><p><b>　　電路圖如下所示</b></p><p>　　U1大于20/1.1=18.18V，I1大于I1max，所以我們?nèi)1為2.2A，變壓器副邊功率P2大于41.8W變壓器副邊與原邊的功率比為：         

21、     P2/P1=η （1-12）</p><p>　　式中η為變壓器的效率。一般小型變壓器的效率如表1-1所示。</p><p>　　表1-1 小型變壓器的效率</p><p>　　根據(jù)P2，由上表可以算出變壓器的效率。所以本方案可選擇副邊功率30~80W，效率為0.8的電源變壓

22、器。</p><p>　　變壓器的效率為0.8，則原邊功率P1大于52.25W。</p><p>　　由上分析，可選用副邊電壓為19V，輸出電流為2.2A，功率60W的變壓器。</p><p>　　3.4 使輸出紋波電壓小于5mV，穩(wěn)壓系數(shù)小于0.005，輸出內(nèi)阻小于0.1歐的方法</p><p>　　3.4.1 紋波電壓</p>

23、<p>　　紋波電壓是指疊加子輸出電壓Uo上的交流分量。用示波器觀測其峰-峰值，一般為毫伏量級。也可以用交流電壓表測試其有效值，不是正弦波，所以用有效值衡量其紋波電壓，存在一定誤差。</p><p>　　3.4.2 穩(wěn)壓系數(shù)及電壓調(diào)整率</p><p>　　穩(wěn)壓系數(shù)：在負(fù)載電流、環(huán)境溫度不變的情況下，輸入輸入電壓的相對變化引起輸入電壓的相對變化，即 </p>

24、;<p>　　電壓調(diào)整率：輸入電壓相對變化為+10%時的輸出相對變化量，即：</p><p>　　穩(wěn)壓系數(shù)Su和電壓調(diào)整率Ku均說明輸入電壓變化對輸出電壓變化的影響，因此值需要測試其中之一即可。</p><p>　　3.4.3 輸出電阻及電流調(diào)整率</p><p>　　輸出電阻：放大器的輸出電阻相同，其值為輸入電壓不變時，輸出電壓變化量與輸出電流變化兩

25、之比的絕對值,即：</p><p>　　電流調(diào)整率：輸出電流從0變到最大值時所產(chǎn)生的的輸出電壓相對變化值，即： </p><p>　　輸出電阻r。和電流調(diào)整率Ki均說明負(fù)載電流變化對輸出電壓的影響，因此也只需測試其中之一即可。</p><p>　　總之，取C1為2200uF，C2=0.3uF，C3=0.1uF用較大的電容

26、來抑制紋波電壓、穩(wěn)壓系數(shù)、輸出內(nèi)阻達(dá)到設(shè)計(jì)要求</p><p>　　3.5 固定三端可調(diào)式集成穩(wěn)壓電路器W78M15\W78M15</p><p>　　該穩(wěn)壓塊有過流、過熱和調(diào)整管安全工作區(qū)保護(hù)，以防止過載而損害。一般不需要外接元件即可工作。W78M15\ W79M15，穩(wěn)壓器的輸出電壓為15V，輸出電流為0.5A（負(fù)壓部分用W79M15與正壓部分相比，除了輸出電壓極性，引腳定義不同外，其

27、他特點(diǎn)都相同。）</p><p><b>　　整流二極管的選擇：</b></p><p>　　由U2a=25.33V，考慮到變壓器二次側(cè)繞組及管子上的壓降，變壓器的二次側(cè)電壓大約要高出0.1，即25.33*1.1=27.806V，得每只整流二極管的最大反向電壓URM為：   URM=1.414*U2a=1.414*28=39.592V （1

28、-6）</p><p>　　通過每只二極管的平均電流ID 為： ID=0.5I1=0.5*1500=750mA （1-7）</p><p>　　根據(jù)ID和URM進(jìn)行選管，可選用1N4001 硅整流二極管 50V, 1A,(Ir=5uA,Vf=1V,Ifs=50A)。</p><p>　　4 總原理圖、PCB原理圖及

29、元器件清單</p><p><b>　　4.1 總原理圖</b></p><p>　　選用固定三端可調(diào)式穩(wěn)壓器W78M15\W78M15，其典型指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)要求。電路形式如圖</p><p>　　4.2 PCB原理圖</p><p><b>　　4.3 元器件清單</b></p>&l

30、t;p><b>　　5 結(jié)論與心得</b></p><p>　　通過本次設(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)識到在此次設(shè)計(jì)電路中所存在的問題，而通過不斷的努力去解決這些問題.在解決設(shè)計(jì)問題的同時自己也在其中有所收獲。在設(shè)計(jì)的過程中，我遇到了很多的困難，主要是對自己所學(xué)的基礎(chǔ)知識不扎實(shí)，許多的知識沒有學(xué)會和理解，對一些一般的設(shè)計(jì)問題沒有掌

31、握很好的解決方法。在以后的學(xué)習(xí)中要不斷的把自己的所學(xué)的與設(shè)計(jì)使用結(jié)合起來，學(xué)習(xí)上遇到的問題要腳踏實(shí)地解決。通過這次課程設(shè)計(jì)，我感覺自己在PCB設(shè)計(jì)軟件應(yīng)用上有所提高，在以后的學(xué)習(xí)中要盡快彌補(bǔ)自己薄弱環(huán)節(jié)。</p><p>　　電源從理論設(shè)計(jì)到實(shí)物制作有較大的誤差，比如：直流：+-12;+-9；+-5；+3.3交流：12v，和實(shí)際上有一定差別，以后得多多實(shí)踐！</p><p>　　最后，感謝

32、第二課堂的良好環(huán)境，衷心地感謝各位老師的指導(dǎo)和幫助。</p><p><b>　　6 參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 王增福 等編著. 新編線性直流穩(wěn)壓電源. 電子工業(yè)出版社. 2004</p><p>　　[2] 邱關(guān)源 電路原理（第五版）高等教育出版社 2006</p><p>　　[3] 康華