集成直流穩(wěn)壓電源課程設(shè)計(jì)

1、<p>　　模擬電路課程設(shè)計(jì)報(bào)告</p><p>　　設(shè)計(jì)課題： 直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì) </p><p>　　專業(yè)班級： </p><p>　　學(xué)生姓名： </p><p>　　學(xué)　　號：　 　　　　　　　　　<

2、;/p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　設(shè)計(jì)時間： 2011-12-15 </p><p>　　直 流 穩(wěn) 壓 電 源 設(shè) 計(jì)</p><p><b>　　一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求</b></p><p>　　1

3、．輸出電壓可調(diào)：Uo=+3V～+9V</p><p>　　2．最大輸出電流：Iomax=800mA</p><p>　　3．輸出電壓變化量：ΔVop_p≤5mV</p><p>　　4. 穩(wěn)壓系數(shù)：SV≤</p><p><b>　　二、方案設(shè)計(jì)與論證</b></p><p>　　穩(wěn)壓電源由電

4、源變壓器、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。</p><p>　　+ 電 源 + 整 流 + 濾 波 + 穩(wěn) 壓 +</p><p>　　u1 u2 u3 uI

5、 U0</p><p>　　_ 變壓器 _ 電 路 _ 電 路 _ 電 路 _</p><p>　?。╝）穩(wěn)壓電源的組成框圖</p><p>　　u1 u2 u3 u

6、I U0 </p><p>　　0 t 0 t 0 t 0 t 0 t </p><p>　?。╞）整流與穩(wěn)壓過程</p><p>　　圖1穩(wěn)壓電源的組成框圖及整流與穩(wěn)壓過程</p><

7、p><b>　　方案一：</b></p><p><b>　　單相半波整流電路：</b></p><p>　　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，變壓

8、器的利用率低。</p><p><b>　　方案二：</b></p><p><b>　　單相全波整流電路：</b></p><p>　　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

9、電壓較高。</p><p><b>　　方案三：</b></p><p><b>　　單相橋式整流電路：</b></p><p>　　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。</p><p>　　綜合3種方案

10、的優(yōu)缺點(diǎn):決定選用方案三。</p><p>　　三、單元電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算</p><p>　　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(nèi)，二極管D1、D2導(dǎo)通，D3、D4截止；u2的負(fù)半周內(nèi)，D3、D4導(dǎo)通，D1、D2截止。正負(fù)半周內(nèi)部都有電流流過的負(fù)載電阻RL，且方向是一致的。電路的輸出波形如圖3所示。</p><p>　　在橋式整流電路中，每個

11、二極管都只在半個周期內(nèi)導(dǎo)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)。</p><p>　　在設(shè)計(jì)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(diǎn)，將電容器和負(fù)載電容并聯(lián)或電容器與負(fù)載電阻串聯(lián)，以達(dá)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=(1.1～1.2)U2，直流

12、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)壓器電路。</p><p>　　總體原理電路見圖4。</p><p>　　3．1選擇集成三端穩(wěn)壓器</p><p>　　因?yàn)橐筝敵鲭妷嚎烧{(diào)，所以選擇三端可調(diào)式集成穩(wěn)壓器?？烧{(diào)式集成穩(wěn)壓器，常見主要有CW317、CW337、LM317、LM337。317系列穩(wěn)壓器輸出連續(xù)可調(diào)的正電

13、壓，337系列穩(wěn)壓器輸出連可調(diào)的負(fù)電壓，可調(diào)范圍為1.2V~37V，最大輸出電流為1.5A。穩(wěn)壓內(nèi)部含有過流、過熱保護(hù)電路，具有安全可靠，性能優(yōu)良、不易損壞、使用方便等優(yōu)點(diǎn)。其電壓調(diào)整率和電流調(diào)整率均優(yōu)于固定式集成穩(wěn)壓構(gòu)成的可調(diào)電壓穩(wěn)壓電源。LM317系列和lM337系列的引腳功能相同，管腳圖和典型電路如圖4和圖5.</p><p>　　圖4管 腳圖

14、 圖5典型電路</p><p><b>　　輸出電壓表達(dá)式為:</b></p><p>　　式中，1.25是集成穩(wěn)壓塊輸出端與調(diào)整端之間的固有參考電壓，此電壓加于給定電阻兩端，將產(chǎn)生一個恒定電流通過輸出電壓調(diào)節(jié)電位器，電阻常取值，在這里，因?yàn)橹毁I到10K的電位器，再串聯(lián)一個R2，根據(jù)LM317輸出電壓表達(dá)式，取：R1=2.2k,R2=2k。我們一般使用精密

15、電位器，與其并聯(lián)的電容器C可進(jìn)一步減小輸出電壓的紋波。圖中加入了二極管D，用于防止輸出端短路時10µF大電容放電倒灌入三端穩(wěn)壓器而被損壞。</p><p>　　LM317其特性參數(shù)：</p><p>　　輸出電壓可調(diào)范圍：1.2V～37V</p><p>　　輸出負(fù)載電流：1.5A</p><p>　　輸入與輸出工作壓差ΔU=Ui-

16、Uo：3～40V</p><p>　　能滿足設(shè)計(jì)要求,故選用LM317組成穩(wěn)壓電路。</p><p>　　3．2選擇電源變壓器 </p><p>　　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：</p><p>　　其中：是變壓器副邊的功率，是變壓器原

17、邊的功率。一般小型變壓器的效率如表1所示：</p><p>　　表1 小型變壓器的效率</p><p>　　因此，當(dāng)算出了副邊功率后，就可以根據(jù)上表算出原邊功率。</p><p>　　由于LM317的輸入電壓與輸出電壓差的最小值，輸入電壓與輸出電壓差的最大值，故LM317的輸入電壓范圍為：</p><p><b>　　即

18、</b></p><p><b>　　， 取 </b></p><p>　　變壓器副邊電流： ，取，</p><p>　　因此，變壓器副邊輸出功率： </p><p>　　由于變壓器的效率，所以變壓器原邊輸入功率，為留有余地，選用功率為的變壓器。</p><p>　　3．3選用整流二極

19、管和濾波電容</p><p><b>　　由于：，。</b></p><p>　　IN4001的反向擊穿電壓，額定工作電流，故整流二極管</p><p><b>　　選用IN4001。</b></p><p><b>　　3．4濾波電容</b></p><p

20、><b>　　根據(jù) ，</b></p><p><b>　　和公式</b></p><p><b>　　可求得： </b></p><p><b>　　所以，濾波電容：</b></p><p>　　電容的耐壓要大于，故濾波電容C取容量為，耐壓為的電

21、解電容。</p><p>　　四、總原理圖及元器件清單</p><p>　　1．總原理圖、PCB圖</p><p><b>　　元件清單</b></p><p>　　五、安裝與調(diào)試(使用multisim 調(diào)試)</p><p>　　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

22、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LM317輸入端電壓UI的極性，若UI的極性為負(fù)，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(diào)節(jié)RW的值，若輸出電壓滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)，說明穩(wěn)壓電源中各級電路都能正常工作，此時就可以進(jìn)行各項(xiàng)指標(biāo)的測試。因在multisim沒有L

23、M317元件，故用同一系列的LM117代替。</p><p>　　電位器R2取最大值時，Uo=9.088V↑ </p><p>　　電位器R2取最小值時,Uo=2.983V↑</p><p>　　電位器在0到10K之間，輸出電壓連續(xù)可調(diào)：約為3V~9V。</p><p><b>　　六、性能測試與分析</b></p

24、><p>　　1．輸出電壓與最大輸出電流的測試</p><p>　　測試電路如圖5所示。一般情 自耦變壓器 Io 電流表</p><p>　　況下，穩(wěn)壓器正常工作時，其輸出 被測 I</p><p>　　電流要小于最大輸出電流， ~220V

25、 穩(wěn)壓 Uo V 電壓表 RL</p><p>　　取，可算出RL=20Ω， 電路 </p><p>　　工作時上消耗的功率為：</p><p>　　故取額定功率為10W，阻值為 圖5 穩(wěn)壓電源性能指標(biāo)的測試電路</p><p>

26、;<b>　　20Ω的電位器。</b></p><p>　　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。然后慢慢調(diào)小，直到Uo的值下降5%，此時流經(jīng)的電流就是，記下后，要馬上調(diào)大的值，以減小穩(wěn)壓器的功耗。</p><p>　　R5（RL）=20歐姆，Uo=8.78V, Io=438.979mA↑</p><p>　　

27、Uo下降5%（8.332V）時，Io=846.644mA,即Iomax=Io.↑</p><p><b>　　2．紋波電壓的測試</b></p><p>　　用示波器觀察Uo的峰峰值，（此時Y通道輸入信號采用交流耦合AC），測量ΔUop-p</p><p><b>　　的值（約幾mV）。</b></p>&l

28、t;p>　　由示波器得出：ΔUop-p=106。845uV</p><p><b>　　3．穩(wěn)壓系數(shù)的測量</b></p><p>　　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(diào)節(jié)自耦變壓器使輸入電壓，測出穩(wěn)壓電源對應(yīng)的輸出電壓Uo1 ；再調(diào)節(jié)自耦變壓器使輸入電壓，測出穩(wěn)壓電源的輸出電壓Uo2。則穩(wěn)壓系數(shù)為：</p><p

29、>　　因?yàn)?，在本調(diào)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):</p><p>　　U1=198V, Ui=10.8V</p><p>　　U1=220V, Ui=12.0V</p><p>　　U1=242V, Ui=13.2V</p><p>　　Ui=12時，Uo=8.726V ↑</

30、p><p>　　Ui=10.8V時，Uo=8.72V ↑</p><p>　　Ui=13.2V時，Uo=8.740V↑</p><p>　　所以，穩(wěn)壓系數(shù)：=0.0022</p><p><b>　　七、結(jié)論與心得</b></p><p>　　經(jīng)過一個多月的努力，終天完成的這個設(shè)計(jì)。從選題到畫圖制板花

31、了差不多一個星期的時間，后面的調(diào)試占了大部分的時間。由于沒有找到示波器，所以調(diào)試時，除了測試電壓電流用到實(shí)物外，其他參數(shù)測試只能在仿真軟件下進(jìn)行的。在這里選用了multisim進(jìn)行仿真，雖然multisim不是很難學(xué)，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。</p><p>　　在實(shí)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(biāo)參數(shù)難免會有一定的誤差,對元件封裝

32、的不了解，也造成了銅板的浪費(fèi)。第一次做成的板子，由于沒有注意到protel給出的LM317的原理圖管腳，花費(fèi)了大量的時間去調(diào)試。正確的管腳為:1腳為調(diào)整，2腳為輸出，3腳為輸入。焊板的時候，不要對著3D來焊，應(yīng)以PCB為基準(zhǔn)。3D圖雖然形象的把電路板模擬出來了，但與實(shí)物還有有很大的差別的，特別是二極管，電解電容，極性錯亂，而且有很多圖沒有樣板。還有，12V的變壓器輸入的電壓會比12V高一些的。雖然輸出電壓增加或減少由LM317的調(diào)整腳上

33、的串聯(lián)電位器（R2）來控制，但是并聯(lián)在LM317調(diào)整腳和輸出腳上的電阻R1也可改變輸出電壓的最小值。</p><p>　　本次的課程設(shè)計(jì)，培養(yǎng)了我們綜合應(yīng)用課本理論解決實(shí)際問題的能力；我覺得課程設(shè)計(jì)對我們的幫助是很大的，它需要我們將學(xué)過的理論知識與實(shí)際系統(tǒng)地聯(lián)系起來，加強(qiáng)我們對學(xué)過的知識的實(shí)際應(yīng)用能力！在設(shè)計(jì)的過程中還培養(yǎng)出了我們的團(tuán)隊(duì)精神，同學(xué)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(xué)習(xí)過程中我們會更

34、加努力和團(tuán)結(jié)。</p><p>　　但是由于水平有限，我們的課程設(shè)計(jì)難免會有一些錯誤和誤差，還望老師批評指正。</p><p><b>　　八、參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 華成英 童詩白 ，模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)， 北京 ，高等教育出版社，2006</p><p>　　[2] 陳大欽 ,電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，北京