直流可调稳压电源设计--课设论文

目录引言11设计内容及要求311设计目的312设计内容313设计要求32设计方法与步骤321系统设计基本方案322电路系统框图与信号波形的转化423设计步骤53电路的设计531电源变压器5311自耦变压器532整流电路6321半波整流电路6322全波整流电路6323桥式整流电路633滤波电路7331电容滤波器7332电感电容滤波电路（LC滤波器）7333LC组成的型滤波电路8334型RC滤波电路834稳压电路8341固定式三端稳压器8342可调式三端稳压器9343可调式多端稳压器9344可调式多端稳压器1035总电路图和PCB图1136参数计算和器件选择11361集成稳压器11362电源变压器12363整流二极管12364滤波电容124制作与调试1341安装与检查1342各性能指标的调试与检测145结论与心得1551结论15511直流稳压电源的应用范围15522直流稳压电源的前景15533在实践中发现的问题1552实践心得16谢辞17参考文献18附录19附录1元器件清单19附录2电路仿真图19附录3原理图20附录4PCB图20附录5直流稳压电源实物图21附录6检测纹波波形图21引言集成电路是电子电路设计中应用最多的器件，如何选择，用好集成电路，特别是在一些有特殊要求的情况下，能采用集成电路解决问题是非常重要的选择。由集成电路构成的电子电路在工作与调试时可能出现的问题以及产生问题的原因和在电路原理上应如何理解产生问题的原因等方面的内容，往往在文献中无法查找，需要使用者实践动手的经验。直流稳压电源一般由电源变压器，整流滤波电路及稳压电路所组成。设计思路为将220V，50HZ市电通过降压变压器降为合适交流电压值，并经过整流电路将交流电转为直流电，再通过滤波电路滤除直流电中的交流成分，最后经由集成稳压器构成的稳压电路转化为稳定直流输出，输出电压为12512V。关键字集成电路实践课程设计直流电源INTRODUCTIONELECTRONICCIRCUITDESIGNOFINTEGRATEDCIRCUITSISTHEMOSTWIDELYUSEDDEVICE,HOWTOCHOOSEANDUSEINTEGRATEDCIRCUITSWELL,ESPECIALLYINTHECASEOFSPECIALREQUIREMENTS,ITISVERYIMPORTANTTOUSEINTEGRATEDCIRCUITTOSOLVEPROBLEMTHEELECTRONICCIRCUITSWHICHISMADEOFINTEGRATEDCIRCUITSMAYHAVEDEBUGGINGPROBLEMSANDHOWTOSOLVETHEPROBLEMSISVERYIMPORTANTTOELECTRONICSENGINEERBUTTHECONTENTISOFTENIMPOSSIBLETOFINDINTHELITERATUREITREQUIRESTHEUSERTOPRACTICEMOREANDDEVELOPEXPERIENCETHEDIRECTCURRENTISSTEADYTOPRESSTHEPOWERSUPPLYGENERALFROMPOWERTRANSFORMER,COMMUTATETHEANELECTRICCIRCUITANDSTEADY,PRESSTHEELECTRICCIRCUITCONSTITUTETHISSIMPLEELECTROCARDIOGRAMSYSTEMFELLTHE220V,50HZACELECTRICITYTHROUGHTHESTEPDOWNTRANSFORMERANDCHANGINGALTERNATINGCURRENTTODIRECTCURRENTTHROUGHTHERECTIFIERCIRCUITTHENFILTERACVOLTAGETHROUGHTHEFILTERCIRCUITFINALLY,STABILIZEVOLTAGEVIAANINTEGRATEDVOLTAGEREGULATORTHEOUTPUTVOLTAGEIS12512V1设计内容及要求11设计目的1、学习小功率直流稳压电源的设计与调试方法。2、掌握小功率直流稳压电源有关参数的测试方法。3、通过集成直流稳压电源的设计、安装和调试，要求学会1选择变压器、整流二极管、滤波电容及集成稳压器来设计直流稳压电源；2掌握直流稳压电路的调试及主要技术指标的测试方法；3通过电路的设计可以加深对该课程知识的理解以及对知识的综合运用。12设计内容主要技术指标要求1输入电压220V；2输出电压可调范围12512V；3额定电流15A；4纹波小于5MV（带100欧负载）；5具有过载保护。13设计要求1画出原理图，合理选择集成稳压器2完成全电路理论设计、计算机辅助分析与仿真、安装调试、绘制电路图3撰写设计报告、调试总结报告及使用说明书。2设计方法与步骤21系统设计基本方案直流稳压电源由交流变压器电路,整流电路,滤波电路,集成稳压电路四部分组成。变压是利用电源变压器将电网220V的交流电压U1变换成整流滤波电路所需要的交流电压U2。整流是利用二极管的单向导电作用，构成单相半波、全波、桥式或倍压整流电路，或利用其它半导体器件，如SCR可控硅等，将双向的交流电压U2变成单向脉动直流电压。滤波是利用电容、电感等储能元件的平波作用构成滤波电路滤除纹波，输出较平滑的直流电压U1。稳压电路的作用是提高输出直流电压U0的带负载能力和稳定性，分立元件稳压电路和集成电路常采用串联负反馈式。22电路系统框图与信号波形的转化图21电路方框图主要波形如下图22电路整流波形变化图23滤波电路变化图电源变压整流滤波稳压电路滤波电路恒压输出23设计步骤1功能和性能指标分析对题目的各项要求进行分析，整理出系统和具体电路设计所需的更具体、更详细的功能要求和技术性指标数据，以求得设计的原始依据。2选择元器件很好地理解电路的工作原理，正确利用计算公式，选择合理的元件参数，且应降低成本，减少器件品种，减少元器件的功耗和体积。3画出总体电路图，要求按相关规定，布局合理，图面清晰，便于对图的理解和阅读，为印制电路板，并组装、调试和维修时做好准备。4按总电路图安装电路，调试并改进。3电路的设计31电源变压器过整流电路将交流变为脉动的直流电压。由于此脉动的直流压含有较的纹波，必须通过滤波电路加以滤波，从而得到平滑的直流电压。电源变压器的作用是将交流220V的电压变为所需的电压值，然后通过的电压还随电网电压波动、负载何温度的变化而变化。因而在整流、滤波电路之后，还需接稳压电路。稳压电路的作用是当电网电压波动、负载何温度变化时，维持输出直流电压稳定。311自耦变压器电源变压器的作用是将电网200V的交流电压V1变换成整流滤波电路所需要的交流电压V2。变压器副边与原边的功率比为2P1（11）式中，为变压器的效率。一般小型变压器的效率如下表所示。副边功率P2/VAI0MAX。32整流电路321半波整流电路在RL两端得到的电压是单方向的，整流输出的波形只有输入波形的一半。常用在高电压、小电流的场合。322全波整流电路在RL上得到的正、负半周都有整流输出的波形，其整流输出电压平均值为半波整流的两倍，每个二极管承受的最高反向电压是输入电压最大值的2倍。图33全波整流电路图34全波整流电路波形图323桥式整流电路其输出电压波形与全波整流的输出电压波形是相同的。每个二极管承受的最高反向电压图31半波整流电路LULU路图32半波整流电路波形图是输入电压最大值的2倍。图35桥式整流电路图36桥式整流电路波形图33滤波电路331电容滤波器优点电路简单，负载直流电压较高，纹波也较小，适用于小电流。缺点输出特性较差，适用于负载电压较高，负载变动不大的场合。图37C型滤波电路332电感电容滤波电路（LC滤波器）优点电压经电感滤波后，又经电容滤波，会使负载电阻上得到一个更平滑的直流电压。缺点适用于电流较大，要求输出电压脉动较小的场合，适合于高频电路。图38LC滤波电路333LC组成的型滤波电路优点滤波效果比LC滤波器更好。缺点电感线圈的体积大而笨重，成本高；对整流二极管冲击电流较大。图39LC组成的型滤波电路334型RC滤波电路优点电阻对于交直流电流都具有同样的降压作用，更好的实现了滤波作用。缺点R越大，C越大，滤波效果越好，但R太大会使直流压降增加，故只使用于负载电流较小而又要求输出电压脉动很小的场合。图310RC组成的型滤波电路34稳压电路341固定式三端稳压器常见产品有CW78XX，CW79XX，LM78XX，LM79XX。78XX系列稳压器输出固定的正电压，如7805输出为5V，79XX系列稳压器输出固定的负电压，如7905输出为5V。它们的引脚及构成的典型稳压电路如图21所示，其中输入端接电容CI可以进一步滤除纹波，输出端接电容CO能消除自激振荡，确保电路稳定工作。图311固定式三端稳压器电路示例图342可调式三端稳压器可调式三端稳压器输出连续可调的直流电压。常见产品有CW317，CW337，LM317，L337。317系列稳压器输出连续可调的正电压，337系列输出连续可调的负电压，可调范围为1237V，最高输出电流IOMAX为15A。稳压器内部含有过六过热保护电路，具有安全可靠，应用方便，性能优良等特点。CW317与CW337系列的引脚功能相同。它们构成的典型稳压电路如图22所示。其中R1与RP1组成电压输出调节电路，电容C2与RP1并联组成滤波电路，减小输出的纹波电压。二极管VD的作用是防止输出端与地短路时，电容C2上的电压损坏稳压器。图312可调式三端集成稳压器电路示例图343可调式多端稳压器常见产品有五端可调正压单片集成稳压器CW200。五端可调集成稳压器CW200输出电压范围为285V36V，并连续可调。输出最大负载电流2A。仅用2个外接取样电源，就可以调整到所需要的输出电压值。稳压器芯片内部设有过流、过热保护和高速调整管安全工作区保护电路，使用安全可靠。具有较高的参数指标和稳压精度，这种稳压器不但可接成可调式稳压器，也可以接成固定电压输出的稳压器。它所构成的电路如图23所示，CI是输入端电容器，可抑制输入的瞬态电压，也能改善前级滤波器的滤波效果。CO是输出端电容器，可改善对负载的瞬态响应。图313多端可调式稳压器示例图344可调式多端稳压器常见产品有正固定输出W723集成稳压器。W723为输出电流为8A的138V直流稳压器，该稳压器采用外接达林顿管来进行扩流，电路中的先留电阻RSC可以采用PCB上的铜皮来制成印制电阻。一旦出现过六或短路，W723将自动关断晶体管，并将输出电压降为接近于零，直到消除短路状态为止。它所构成的电路如图314所示。图314可调式多端稳压器示例图35总电路图和PCB图图315总电路图316PCB图36参数计算和器件选择361集成稳压器集成稳压器的输出电压U0应与稳压电源要求的输出电压的大小及范围相通。稳压器的最大允许电流ICMIOMAX（14）363整流二极管整流二极管VD2的反向击穿电压URM应满足UM2U2（15）其额定工作电流应满足IFIOMAX（16）364滤波电容滤波电容C的容量可由下式计算CUITIC（17）其中，UI稳压器输入端纹波电压的峰峰值T电容C放电时间，T2T001SIC电容C放电电流，可取ICIOMAX滤波电容的耐压值应大于U2。4制作与调试41安装与检查对电路进行组装按照自己设计的电路，在在通用板上焊接。焊接完毕后，应对照电路图仔细检查，看是否有错接、漏接、虚焊的现象。对安装完成的电路板的参数及工作状态进行测量，以便提供调整电路的依据。经过反复的调整和测量，使电路的性能达到要求。安装前应检查元器件的质量，安装是特别要注意电解电容、集成芯片等主要器件的引脚和极性，不能接错。从输入级开始向后级安装。开始安装稳压电源，检查万能板内部结构，确定其内部的电气连接属性检查元器件看是否有损坏，或者不符合规格的，要及时更换。安装一个元器件，先要用尖嘴钳将其引脚成型，然后用镊子把引脚放入孔内高度要适中，符合电气标准完毕后，要用万用表测量元器件引脚和电路板之间是否接触良好，然后再安装下一个元器件。对于导线要用斜口钳切成适当的长度，然后成型安装安装时必须采用绝缘良好的绝缘导线,在画连线的时候要取好元件与元件的距离连接的时候线与线之间不能交叉。应避免元器件损坏的发生，插元器件时候要垂直插拔以免行成不必要的损坏。最后结果没有出来的原因主要有以下情况1操作不当（如布线错误等）2设计不当（如电路出现险象等）3元器件使用不当或功能不正常4仪器（主要指数字电路实验箱）和集成元件本身出现故障。检查故障的方法主要有以下一些1查线法由于在实验中大部分故障都是由于布线错误引起的，因此，在故障发生时，复查电路连线为排除故障的有效方法。应着重注意有无漏线、错线，导线与插孔接触是否可靠，集成电路是否插牢、集成电路是否插反等。2观察法用万用表直接测量各集成块的VCC端是否加上电源电压；输入信号，时钟脉冲等是否加到实验电路上，观察输出端有无反应。重复测试观察故障现象，然后对某一故障状态，用万用表测试各输入/输出端的直流电平，从而判断出是否是插座板、集成块引脚连接线等原因造成的故障。42各性能指标的调试与检测1全面检测电路板及元器件,确定无短路后,接通电源。2电源连通变压器，电源变压器的作用是将电网200V的交流电压V1变换成整流滤波电路所需要的交流电压V2，然后通过的电压还随电网电压波动、负载何温度的变化而变化。3整流是利用二极管的单向导电作用，构成桥式整流电路，将双向的交流电压U2变成单向脉动直流电压。将双向的交流电压U2变成单向脉动直流电压。4在负载的两端连接示波器，由示波器的图形可以测出直流稳压电源的纹波值。5调节可变电阻器的阻值,用万用表或直流电压表触笔两端接触直流稳压电源的伏在两端，观察输出电压的变化情况连续12512V。6外加负载滑动变阻器并串联电流表,改变滑动变阻器的阻值来观察电流表中输出电流的变化情况最大输出电流为15A。7调节可变电阻器的阻值到9V，观察示波器上的纹波，用光标测量纹波的幅值VPP小于5MV。8实际测得的数据如下负载输出电压范围125V12V纹波值124MV9调试中出现的故障1保护电阻烧坏2负载烧坏3当电路短路的时候，芯片烧坏10出现故障的原因及解决方法1最大输出电流为15A，但是没有算好。于是选择的电阻的耐压值太小，容易吧电阻烧坏。2负载耐压值小了，并且保护电阻没有达到要求，换一个耐压值大点的电阻，有15千欧电阻做保护电路可以有效的保护电路和负载3芯片的过载保护不合理，采取扩流或其他的保护措施，并且应该兼顾输出的最大电流和电压和功率值。11出现误差的原因及解决办法纹波值偏大，是由于电路中滤波电路不够完善。应该在滤波电路中再并联一个104电容，用来滤去高频纹波，在电路的后面也应该接上更大一点的电解电容，由计算可得精确值，在多并联一个104，进一步的滤去高频，进而得到更精确一点的纹波值。5结论与心得51结论511直流稳压电源的应用范围直流稳压电源也称线性直流稳压电源，由于直流稳压电源在任务的时分调整管不断处于线性的扩大局限内，所以与开关电源比拟，直流稳压电源任务时不会发生电磁辐射，不会对电网和其它设备形成搅扰。直流稳压电源又有良多种，从输出性质可分为稳压电源、稳流电源、集稳压和稳流于一身的稳压稳流（双稳）电源。从输出值来看可分定点输出电源、波段开关调整式和电位器延续可调式几种。从输出指示上可分指针指示型、数字LED显示式型和液晶LCD显示式型等等。从节制方法上分可分模仿调理式、数控调理式和可与电脑衔接的高级可编程式，并且不论哪种方法都可以易做成多路，输出从0到最大值延续可调。直流稳压电源中心局部采用高精度低漂移的运算扩大器，连系带温度赔偿的基准电压源，然后对输入电源（市电）的动摇和负载跳变具有十分强的按捺才能，关于细微的漂移也能做到完美的调整，与开关电源比拟具有超低的纹波（1MVRMS）。别的直流稳压电源具有完美维护电路，不怕过载和短路，合用于纯阻性、纯理性、纯容性、脉冲性以及其它夹杂类型的负载，由于线性直流稳压电源具有高不变性，和牢靠性，所以普遍使用于电子各个行业。直流稳压电源在国防、科研、通讯、大专院校实行室，工矿企业、电解、电镀、直流电机、电容赋能、充电设备等等范畴都有使用，以及电子电器产物的调试与维修等方面都有广泛的应用。直流稳压电源是电子技术领域不可缺少的设备，常见的直流稳压电源，大都采用串联式反馈式稳压原理，通过调整输出端取样电阻支路的电位器来调整输出电压。由于电位器阻值变化的非线性和调整范围窄，使普通直流稳压电源难以实现输出电压的精确调整。522直流稳压电源的前景近几年随着科技的发展，直流稳压电源的工作频率有原卡的几千赫兹发展到现在的几百千，但是和西方的发达国家还是有一定的差距；以美国为首的几个发达国家在这方面的研究已经转向高频下电源的拓扑理论、工作原理、建模分析等等方面技术领先；因此，直流稳压电源的研制及应用方面在此方面与之也存在很大的差距。533在实践中发现的问题电子技术是电工类专业的一门重要技术基础课程。要想掌握好这一门功课，除了掌握基本元器件的原理外，还要掌握电子电路的基本组成及分析方法。本设计我们根据直流稳压电源的设计指标要求，主要利用电源变压器、桥式整流、滤波电容及集成稳压器可调式来设计同时输出12512V电压直流稳压电源。其结构简单，使用元器件较少；系统的可靠性好，其精度高，成本低，便于维修，且可作为一个独立的模块为其他电子设备提供电能。在实践中，存在着很多问题，很多因素都会引起电源的输出电压发生变化。实训中的主要问题就是元件的过载保护。当负载电流过大或电路短路时，可能会烧坏电路板，由此可见，过载保护尤为重要。这次电路设计了过流保护装置，可调节保护电流值，比传统保护方式更方便可靠。第二个问题就是断电保护。在关闭电源的时候，经常会因为电容放电或元器件的影响而产生瞬间放大电流，从而烧坏负载。为避免这种情况，本设计通过电容的滤波与电阻的降压