集成直流稳压电源设计课程设计.doc

吉林建筑大学城建学院设计计划书 2 | 17吉林建筑大学城建学院 课 程 设 计 报 告题目名称 集成直流稳压电源设计 院（系） 电气信息工程系 课程名称 模拟电子技术课程设计 班 级 测控技术与仪器2014-1 学 号 140310117 学生姓名 宋胜冬 指导教师 盛桂珍 曲娜 起止日期 2015.12.28-2015.12.31 目录摘 要1ABSTRACT2第一章 课程设计报告撰写的内容与要求31.1设计制作一串联型连续可调直流稳压正电源电路3（一）设计任务和要求：3（二）设计原理：3第二章 单元电路及其原理62.1元器件及介绍：6(1) 变压器：型号AIR_CORE_XFORMEP6（2）桥堆： 型号W087(3) 三端稳压器7（4）电容C1 1000uF8（5）电阻：电阻R1、R38第三章 仿真测试9仿真图9(一)9（二）9（三）参数计算及调试10附录14致谢15摘 要在这电子产品充斥着整个生活的世界，电子产品的种类也越来越多，不同的产品工作时所需要的电源电压也不同，因而对电源的性能和参数要求也不同。本次设计的题目为设计一串联型可调两路直流稳压正电源：先是经过家用交流电源流过变压器得到一个大约十五伏的电压U1，然后U1经过一个桥堆进行整流在桥堆的输出端加两个电容C1、C2进行滤波，滤波后再通过LM7812（具体参数参照手册）输出一个固定的12V电压，这样就可以在一路输出固定的电压。在LM7812的输出端加一个电阻R3，调整端加一个固定电阻R1和一电位器R2，这样输出的电压就可以在512V范围内可调。 经过自己对试验原理的全面贯彻，以及相关技术的掌握，和反复的调试，经过自己的不断的努力，老师的耐心的指导，终于把这个串联型两路输出直流稳压输出正电源电路。 关键词：两路 固定 可调 直流稳压电源ABSTRACTIn this electronic products filled the entire life of the world, electronic products, more and more types, different products work required supply voltage is different, so the performance and power requirements are also different parameters.The title designed for the design of a tandem-type two-way adjustable positive DC power supply: first through the domestic power source through a voltage transformer U1 get about fifteen volts, then U1 through a bridge rectifier bridge heap heap plus the output of the two capacitors C1, C2 is filtered through a filter and then LM7812 (specific parameters reference manual) a fixed 12V output voltage, so that a voltage can be fixed at one output. At the output of LM7812 plus a resistor R3, adjust side plus a fixed resistor R1 and a potentiometer R2, so that the output voltage can be adjusted within the range of 5 12V. After their full implementation of the principle of the test, and acquire the relevant technologies, and repeated testing, through their continuous efforts and patient instructor, and finally put this tandem two outputs positive DC output power supply circuit.Keywords: two-way fixed adjustable DC power supply第一章 课程设计报告撰写的内容与要求1.1设计制作一串联型连续可调直流稳压正电源电路（一）设计任务和要求： 输出直流电压1.510V可调； 输出电流IOm=300mA；（有电流扩展功能）;稳压系数Sr0.05； 具有过流保护功能（二）设计原理：直流稳压电源是电子设备能量的提供者，对直流电源要求是：输出电压的幅值稳定，平滑，变换频率高，负载能力强，温度稳定性好。电路设计原理直流稳压电源的总体参考方案框图如下图所示。它包括电源变压器，整流电路，滤波电路及稳压电路等四大块组成。图 1-1整流电路：交流电压转变成单向脉动直流电，整流电路有全波整流和半波整流a. 半波整流（单相半波整流电路）半波整流电路是把一个二极管连接到电路中，当输入电压为半周期时，U的瞬时极性是上正下负，二极管正向导通电阻上有电流通过；当输入电压为负半周期时，U的瞬时极性是上负下正，二极管反向截止，电阻上没有电流通过，因此只有半个周期的电流流过，从而有效的滤除正弦交流电的负半周信号。半波整流电路的脉动成分很大，降低了电路的效率，适用在脉动程度大，系统要求低的场合. b.桥式整流（单相桥式整流电路）单相桥式整流电路与半波整流电路相比，在相同变压器副边电压下输出电压波动小，每只整流二极管承受的最大反向电压和半波整流的一样。由于每半周内变压器二次绕组都有电流流过，变压器利用效率高。所以我们用全波整流。滤波电路：整流电路的输出电压虽然单一但含有较大的交流成分不能适应大多数电子电路及设备的需要。因此，一般在整流后，还需利用滤波电路将脉动的直流电压变为平滑的直流电压。所以可以利用电容两端电压不能突变或流经电感的电流不能突变的特点，将电容与负载并联，或将电感与负载串联就能起来滤波作用。滤波电路主要有：电容滤波、RC-型滤波、LV-型滤波、L滤波，LC滤波，其中最简单的滤波电路是电容器，其优点：电路简单，负载直流电压较高，纹波也较小，适用于小电流。用大电容电解电容并联即可实现，所以我们采用的就是电容滤波电路。稳压电路：由于滤波后的直流电压Ui受电网电压的波动和负载电流变化的影响（T的影响）很难保证输出电流电压的稳定。所以必须在滤波电路和负载一直加上稳压电路，才能保证输出直流电压的进一步稳定如图1-2就是由桥堆和电容组成的整流滤波电路图1-2第二章 单元电路及其原理图 1-32.1元器件及介绍：(1) 变压器：型号AIR_CORE_XFORMEP变压器的最基本型式，包括两组绕有导线之线圈，并且彼此以电感方式称合一起。当一交流电 (具有某一已知频率)流于其中之一组线圈时，于另一组线圈中将感应出具有相同频率之交流电压，而感应的电压大小取决于两线圈耦合及磁交链之程度。一般指连接交流电源的线圈称之为一次线圈而跨于此线圈的电压称之为一次电压在二次线圈的感应电压可能大于或小于一次电压，是由一次线圈与二次线圈间的匝数比所决定的。因此，变压器区分为升压与降压变压器两种。根据本实验的要求，变压器的副边电压应大概在18V左右所以可选择线圈匝数比为220:12的线圈。（2）桥堆： 型号W08 桥堆是一种电子元件，内部由多个二极管组成主要作用是整流，调整电流方向。用桥堆整流是比较好的，首先是很方便，而且它内部的四个管子一般是挑选配对的，所以其性能较接近，还有就是大功率的整流时，桥堆上都可以装散热块简化，使工作时性能更稳定，当然使用场合不同也要选择不同的桥堆，不能只看耐压是否够，比如高频特性等。在实验中，我们的设计的是直流电源，所以我们需对降压产生的交流进行整流，故选择此桥堆。(3) 三端稳压器型号LM317 经过滤波后输出的直流电压仍然存在较大波纹，而且交流电网电压容许有起伏，随着电网电压的起伏输出电压也会随之变动。此外，经过滤波后输出的直流电压也与负载的大小有关，当负载加重的时候，由于输出的电流能力有限，使得输出的直流电压下降。因此，当需要稳定的直流电压的时候，在整流、滤波电路通常需要配有稳压电路。稳压是该设计方案的主要，也是关键部分。根据设计所要求的性能指标，选择集成三端稳压器。三端集成稳压器：常用的集成稳压器有固定式三端稳压器与可调式三端稳压器。本实验采用的型号是LM317的三端稳压器。LM317内部原理图图1-4（4）电容C1 1000uF 电容C1的选择，因为C1为滤波电容，根据低频所学知识，滤波电容越大，放电过程越慢，输出电压越平滑，平均值越高。但在实际上，电容的容量越大，不但体积越大，而却会使整流二极管流过的冲击电流更大。通常滤波电容满足RC=(3-5)T/2，其中R为负载的电阻，经过计算及仿真可选择电容C1为1000uF（5）电阻：电阻R1、R3实验中采选用LM317可调式三端稳压器。可调式稳压器是通过外接电阻来调节输出电压的，根据稳压器输出端电压Uo=1.25（1+R1/R3）V可得到R1/R3=(Uo/1.25-1)，又由设计输出要求电压范围为1.510V，得到R1/R3的值得范围为0.27，仿真根据实验室提供的电阻阻值可取R3为240，这样求得电位器的阻值为1680，但实验室只有2K的电位器，因此实验时选2K的电位器。实验要求输出电流IOm=300mA，输出电压为10V时，根据R1=UO/IOm得到输出端电阻R1约为33。第三章 仿真测试仿真图(一)图1-5接上万用表滑动变阻器慢慢滑动，电压从最小电压值为1.5V慢慢变大（二）图1-6（三）参数计算及调试由模拟电路基础教程可知，W08的输入有效值电压U3=1V，而经过电容的滤波效应，所以在经过桥堆之前的电压U2=U3/1.2=15.83V，由此可以算出变压器的匝数比N1:N2约为220/15.83/1.414约为220:12。电容C1的选择，因为C1为滤波电容，从理论上来讲，滤波电容越大，放电过程越慢8，输出电压越平滑，平均值越高。但在实际上，电容的容量越大，不但体积越大，而却会使整流二极管流过的冲击电流更大。根据参考文献，可选择电容C1470uf。电容C2用于抵消长线传输而引起的电感，其容量可选择在1uF以下，故选择C20.1uF;电容C3改善负载的瞬态响应，其容量可选1uF及以下。但若C3大，则会在稳压器输入端断开时，C3通过稳压器放电，所以选择C3=0.1uF。同理可选择C4=1uF由于实验要求输出电流IOm=200mA，所亦可根据固定端的电压可确定R3=12/0.2=60，根据稳压器输出端与公共端电流恒定不变电流I=12/60=0.2A，设计要求的电压范围，当R2接入组织为0时，I*R1=5，可以算出R1的阻值，当R2输入最大阻值时，有（R1+R2）=12，以及根据仿真结果可以精确算出电阻R1=24，以及电位器R2阻值的组织范围为034。调试中出现的问题：1.在调试过程中发现调节电位器的旋钮时，万用表测量的数据变化范围小未达到要求，通过对各个系统的检测，发现原因是稳压系统中R3的电阻过大从而导致稳压器的变化范围小。2.在调试过程中发现稳压器的功率过大而使得稳压器的温度迅速升高发热。调试问题的解决办法：在第一个问题中，用万用表先检查降压电路，变压器降压效果良好。于是再检查滤波电路并没有发现问题，我们想问题应该是出现在稳压电路部分上，因为稳压器与电位器和电阻R3串联，若R3过大则使得通过电阻R3和电位器R4上的电流减小了因而当电位器R4变化较小时其电压变化较小，于是我们逐步减小R3的阻值，发现问题果然出现在R3上，和我们预想的一样最后解决的问题的理想方法是把电阻R3直接去掉就可以了，也就提高了电压的输出范围。对于第二个问题，我们发现是由于稳压器的功率过大造成的用万用表检测是输入电流过大也就是稳压系统前面缺少限流电阻所致，但是应该接入多大的电阻呢？如果通过计算来确定的话比较麻烦而且实际上还存在不同的误差，于是我们认为在稳压管前接入了一个2k电位器，这样通过调节电位器电阻既能起到限流电阻的作用又能提高系统的稳定性和输出电压的精度。最终使得整个系统符合设计要求。第四章 设计总结本次选择做设计制作一串联型连续可调直流稳压正电源电路，利用低频所学的变压整流。滤波、稳压的知识进行了一个设计。通过LM317的特性，加上取样电路，在误差 允许范围内，本设计结果符合实验要求。由于设计的变压器和电位器与实际的存在差异，从而导致实际输出电压范围比要求要宽，但是还是能实现1.510V范围内可调。在本次实验过程中丰富了知识，比如本实验用了一个二极管IN4007通过查阅资料，其起了防止电容直接对三端可调稳压器充电。设计存在的不足是在仿真时所采取的电阻的值在实际中很难找到对应的标准阻值，从而使电路输出电压存在差值。仿真时应该与实际结