简易直流稳压电源课程设计.docx

简易直流稳压电源 2401060115 杨国勇简易直流稳压电源设计要求（1） 输出电压12V（2） 输出电流400mA（3） 输出电压数字显示，显示精度优于0.1（4） 输出电压在012V之间连续可调 引言：随着人们生活水平的不断提高,数字化控制无疑是人们追求的目标之一,它所给人带来的方便也是不可否定的,其中数控直流稳压电源就是一个很好的典型例子,但人们对它的要求也越来越高,要为现代人工作、科研，生活、提供更好的，更方便的设施就需要从数字电子技术入手，一切向数字化，智能化方向发展.题目分析因总体设计分为两部分，即直流稳压电源部分和输出电压数字显示部分，最后再将两部分组合，故分别进行分析与论证。(1) 直流稳压电源部分：1首先对变压器部分进行选择方案一：采用带中心抽头的变压器。电路如图一所示，显然该电路只能输出+12v的电压，而设计要求同时输出+12v和-12v电压，在后续的数字显示电路中还需要+5v的电压为芯片供电，因此选用此电路并不合适。图表 1方案二：不带中心抽头的变压器。此时只用一个桥式整流电路，电路较前一种简单，而且输出12V电压，同时可以得到+5V电压，其基本原理如图二所示：图表 2注：由于仿真时没有变比可调的变压器，因此直接用一17v交流电压源代替变压器，实际中应为一变压器。方案三：同样是带中心抽头的变压器.其电路原理图如图三所示图表 3此电路较前两个方案要复杂一些，用到了两个桥式整流电路，对应分别输出+5v电压和12V电压，满足设计要求，但成本相对较高。方案选择：综合评定三种方案可知，方案二电路简单易于实现，而采用带中心抽头的电路复杂，所需变压器容量大，功耗大，因此采用不带中心抽头的变压器作为交流-交流变压部分。2整流电路部分的选择与论证：方案一：桥式整流电路。电路图如图四所示图表 4桥式整流电路是使用最多的一种整流电路。这种电路，只要增加两只二极管口连接成桥式结构，便具有全波整流电路的优点，而同时在一定程度上克服了它的缺点。桥式整流电路是利用四个二极管制作成一个整体，引出四个脚，两个作为交流电源输入端，另两个作为输出端。方案选择：通过比较可知，半波整流电路简单，易于联接，但输出脉动大。而桥式整流电路在实际中应用较多，变压器负极线圈在一周内均有电流通过。采用桥式整流电路比较好。3滤波电路方案选择 ：滤波电路常用于滤去整流输出电压中的纹波，一般由电抗元件组成，如在负载电阻两端并联电容器C，或与负载串联电感器L，以及由电容，电感组成而成的各种复式滤波电路。由于电抗元件在电路中有储能作用，并联的电容器C在电源供给的电压升高时，能把部分能量储存起来，而当电源电压降低时，就把能量释放出来，使负载电压比较平滑，即电容C具有平波的作用；与负载串联的电感L,当电源供给的电流增加时，它把能量储存起来，而当电流减小时，又把能量释放出来，使负载电流比较平滑，即电感L也有平波作用。方案选择：电感滤波输出电流较为平滑，同时电感负载有延长整流二极管导通角的趋势，因此输出电流比较平滑，避免了过大的冲击电流。但电感滤波后输出电压较低。滤波电路结合了电容滤波和电感滤波的优点，但电路较复杂，参数选择比较困难。电容滤波电路输出电压与时间常数的大小有关，因此电容滤波电路适合在大负载场合下运用。在滤波电容的容量较大的情况下，电路刚接通的瞬间，整流二极管将承受很大的浪涌电流，很可能因过流而烧毁，因此，在选用二极管时，应注意挑选电流大一点的，最好采用比锗管更经得起电流冲击的硅管。还可以采取一些保护整流二极管的措施，使通过整流二极管的最大电流不超过规定的浪涌电流。同时，电容滤波电路的外特性比较软。综合分析此次设计采用电容滤波电路。4稳压电路部分方案选择：本次设计选择集成三端稳压器LM7812,LM7912,LM7805为了满足稳压电源最大输出电流400mA的要求,可调稳压电路选用集成三端稳压器LM7805组成,该电路的优点是电路设计简单，输出电压稳定，可同时输出+12v，-12v以及+5v电压。可作为辅助电源在后续电路中使用。该电路缺点是输出电压不可调。这也就决定了数字显示电路的选择。（1） 输出电压数字显示部分：方案一：采用模数转换电路。可以采用ADC0809将模拟电压信号转换成数字信号。ADC0809是采样频率为8位的、以逐次逼近原理进行模数转换的器件。其内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8个单断模拟输入信号中的一个进行A/D转换。其精度可精确到(1/255)*12=0.05V。但是需要模拟输出电压连续变化，而本设计的直流稳压电源输出是恒定的12V及+5v，必须通过其他方法解决。方案二：采用数模转换电路。通过 “+”, -”按键控制调节输出电压变化，同时显示电压值，本次设计选用此方案。总体方案设计及计算(1) .总体设计方案：根据设计任务要求, 数控直流稳压电源的工作原理框图如图七所示.主要包括三大部分: 数字控部分、D/A 变换器及可调稳压电源. 数字控制部分用+、- 按键控制一个可逆二进制计数器, 二进制计数器的输出输入到D/A 变换器, 经D/A 变换器转换成相应的电压,此电压经过放大到合适的电压值后, 去控制稳压电源的输出, 使稳压电源的输出电压以0.1V 的步进值增和减。图表 5（1） 直流稳压电源部分电路设计及计算（一） 桥式整流、电容滤波电路计算。为了方便稳压电源能够正常工作, 滤波电路的输出电压应满足下式:UIUomax+( UI- UO)min+URIP+UI式中, Uomax稳压电源输出最大值Uomax=12v( UI- UO)min集成稳压器输入输出最小电压差，对于集成三端稳压器, 当( UI- UO) min =210V 时具有较好的稳压输出特性.( UI- UO)min=3vURIP滤波器输出电压的纹波电压值( 一般取UO,( UI- UO) min 之和的10%)URIP =（12+3）0.1=1.5vUI电网波动引起的输入电压的变化( 一般取UO,( UI- UO) min, URIP 之和的10%) . UI=（12+1.5+3）0.1=1.65v 所以UI12+3+1.5+1.6519( V)取UI =19V.根据UI 可确定变压器次级电U2.U2=UI/(1.11.2)=19 /1.117V在桥式整流电路中, 变压器次级电流与滤波器输出电流的关系为: I2 =( 1.52) I11.5x0.4=0.6A.流过桥式电路中每只二极管的电流为ID=0.5IImax=0.5I0max=0.50.4 = 0.2(A).每只整流二极管承受的最大反向电压为URM=1.414U2max= 1.41417(1+10%)26 (V). 选用二极管IN4001, 其参数为: ID=1A,URM=100V.可见能满足要求.一般滤波电路的设计原则是, 取其放电时间常数RLC 是其充电时间常数的25 倍. 对于桥式整流电路,滤波容C的充电周期等于交流电源周期的一半, 即RLC( 25)T/2=( 25) /2f,由于=2f, 故RLC( 25) , 取RLC=3, 且RL=UI/II, 则C=3II /2IIf UI=3I0.5/(25019) =632uF, 取C=1000 uF.电容耐压值应考率电网电压最高、负载电流最小时的情况.VCmax =1.11.414U2max26 (V),综合考虑滤波电容可选择C=1000 uF, 50V 的电解电容。(二) .稳压电路计算。由于输出电压为12V以及+5v,因此只需选取三端集成稳压器LM7812，LM7805和输出负电压的LM7912。电路图如下图表 6结果分析与存在问题本次设计的直流稳压电源基本满足设计要求，但也存在一些问题，以下作简要分析。1直流稳压电源可以输出稳定的12V电压，但是不可以调整输出电压值大小，因此想直接利用数模转换器显示可调连续电压比较困难，因而造成了后面的数显电路复杂。可以对该电路稍作改进，使输出电压连续可调，就可以简化显示电路。2对各种元件的了解程度还不够，虽然查阅了很多资料，对于一些功能和管脚的应用还不清楚。收获与体会本次课程设计我收获颇丰，一方面是对所有电子知识的综合与应用，另一方面对一些应用软件诸如MULTISIM,WORD,PPT等软件有了一定了解和实际应用的机会，我选的设计课题是模数电结合的课题，课程设计虽然很难，但也充满了乐趣与挑战。刚拿到课题的时候就赶紧查阅资料，了解一下课程设计的大概流程。首先想到的就是课本，数电，模电，微机，找到了一些可以利用的芯片。但是书上只是介绍了一下芯片的原理和简单的应用，要想应用到设计当中还是远远不够的。于是我又到网上和图书馆查阅了一些资料，找到了一些设计范例，对于芯片的应用部分也有了进一步了解，才对总体电路有了一个初步的构想。开始清楚要先做什么,怎样一步步的完成设计的各个部分。准备工作做完就开始正式设计与方案选择。本次设计最大的特点就是各部分电路分得很清出，模电部分，数电部分，其中数电部分又分为好几块。因此在方案论证与选择的时候要一步一步来，使我对各部分的电路原理有了一个系统的复习与应用，最后再来一个大综合。这次设计让我熟练掌握了课本上的一些理论知识，例如元件的选择,之前在书本上看的各元器件有什么特性,有什么优点缺点,设计中得以将这些知识用于实践。在选择器件的时候,都充分考虑周全,根据电路所要达到的功能状态和可实性来选择器件。这次课程设计锻炼了我各方面的能力，包括综合运用所学知识，如何合理的查找资料，利用资料的能力。两个星期的时间让我明白，学是一回事，应用是另一回事，要把所学知识应用到实际生活中并不是想象中那么简单，必须要自己亲身去体会去做，才会发现问题，想办法去解决。书本上的知识远远不够，一定要学会查资料，利用资料，才能有更广阔的思路与解决问题的方法。参考文献1林涛.数字电子技术基础.北京:清华大学出版社,20062冯博琴，吴宁.微型计算机原理与接口技术.北京：清华大学出版社，20073林涛.模拟电子技术基础.重庆大学出版社，20034赵学泉,张国华.电源电路.北京:电子工业出版社,1995.5毕满清.电子技术试验与课程设计(第三版).北京:机械工业出版社,2005.6谢自美.电子线路设计实验测试.武汉:华中理工大学出版社,2006.7康华光.电子技术基础模拟部分( 第五版) .北