0-12V可调直流稳压电路课程设计.doc

四川文理学院本科课程设计 分类号 UDC 单位代码 10644 密 级 公 开 学 号 课程设计（题目）课程名称： 数字电子技术基础 作 者： 指导教师： 系 别： 专 业： 提交论文日期： 2017 年 6月 日 论文答辩日期： 2017 年 6月 日 中 国 2017年 6月目 录摘要 3Abstract 4第一章.引言 51.1引言 51.2设计原理 5第二章.总体设计思路 52.1 设计任务与要求 52.2 直流稳压电源设计思路52.2.1直流可变稳压电源的组成 52.2.2直流稳压电源基本设计思路 7第三章. 电路方案及其计算过程 73.1 整流电路模块 73.2 滤波电路模块 83.3 稳压电路模板 93.4 补偿电压模板 103.5 计算过程 11第四章Multisim仿真 134.1 设计电路原理图 134.2 调试结果 13第五章总结 14参考文献 15摘 要本课程主要设计的是量程在015V 的可调的直流稳压电源， 其最低功率要求在15W 以上，能测量直流稳压电源的纹波系数，具有过压，过流保护，并且采用三端集成稳压器电路，用输出电压可调且内部有过载保护的三端集成稳压器，输出电压调整范围较宽，设计一电压补偿电路可实现输出电压从 0 V 起连续可调，该稳压电源具有性能稳定，结构简单，电压、电流指标精度高，调节方便等优点。 关键词：整流；稳压；数控；可调；补偿电压；过压保护。AbstractThe design of this object is to make a 0 15V adjustable regulated power supply, it is designed to supply more than 15W power requirements, measureing the ripple coefficient of the regulated power supply, with overvoltage protection. Adopted and integrated three-terminal voltage regulator circuit, the output voltage is adjustable and has overload protection integrated three-terminal voltage regulator, a wide range of output voltage, a voltage compensation circuit is designed to achieve continuous adjustable output voltage from 0V, the regulated power supply with stable performance. Simple structure. The high precision of voltage, current indicators. The advantages of convenient adjustment ect. Keywords: rectifier, regulator, numerical control, adjustable, offset voltage, over voltage protection.第一章 引言1.1 引言现在所使用的大多数电子设备中，几乎都必须用到直流稳压电源来使其正常工作，而最常用的是能将交流电网电压转换成直流电压的直流电源，可见直流稳压电源似乎各类电子设备的重要组成部分，为设备的稳定工作提供能量。1.2 设计原理直流电源分为两类：一类是能直接供给直流电压或电流的，如电池、蓄电池、太阳能电池、硅光电池等；另一类是将交流电变换成所需的稳压的直流电流或电压的，这类变换电路统称为直流稳压电源。第二章 总体设计思路2.1 设计任务与要求(1)用集成芯片制作一个0-15V的直流电源。 (2)功率要求15W以上。 (3)测量直流稳压电源的纹波系数。 (4)具有过压、过流保护。2.2直流稳压电源设计思路2.2.1 直流可变稳压电源的组成直流可变稳压电源一般由整流变压器，整流电路，滤波器，稳压环节和计数显示电路组成如下图2.1 所示。图2.1 稳压电源实际思路图其中：(1)电源变压器：是降压变压器，它的作用是将220V的交流电压变换成整流滤波电路所需要的交流电压Ui。变压器的变比由变压器的副边按确定，变压器副边与原边的功率比为P2/P1=n，式中n是变压器的效率。 (2)整流电路：利用单向导电元件，将50HZ的正弦交流电变换成脉动的直流电。 图2-2整流电路(3)滤波电路：可以将整流电路输出电压中的交流成分大部分滤除。滤波电路滤除较大的波纹成分，输出波纹较小的直流电压U1。常用的整流滤波电路有全波整流滤波、桥式整流滤波等。图2-3滤波电路(4)稳压电路:稳压管稳压电路其工作原理是利用稳压管两端的电压稍有变化，会引起其电流有较大变化这一特点，通过调节与稳压管串联的限流电阻上的压降来达到稳定输出电压的目的。2.2.2直流稳压电源基本设计思路（1）首先将交流电源电压变为符合整流需要的电压。（2）将交流电压变换为单向脉冲电压，直流脉动电压经过滤波电路变成平滑的、脉动小的直流电压，即滤除交流成分，保留直流成分，滤波电路一般有电容组成，其作用是把脉动直流电压中的大部分纹波加以滤除，以得到较平滑的直流电压。（3）稳压电路就是在交流电源电压波动火负载变动时使直流输出电压稳定。（4）在稳压电路中加入补偿电压实现可以从0v开始调节。（5）为了使电路实现过流，过压保护，我们用可调节集成稳压电路实现。我们选择可调节集成稳压电路LM713实现。第三章电路方案及其计算过程3.1 整流电路模块该模块主要利用二极管的单向导电性组成整流电路， 将交流电压变换为单方 向脉动电压。实现方法主要有三种：单相半波整流、单相全波整流、单相桥式整流；在本设计中我们将用到单相桥式整流，其原理如下：U2正半周时D1、D4导通，D3、D2 截止，在负载电阻RL上形成上正下负的脉动电压；而在 U2 负半周时，D2、D3导通，D1、D4截止，在RL上仍形成上正下负的脉动电压。如果忽略二极管内阻，有UoU2。正负半周均有电流流过负载，而且电路方向是一致的，因而输出电压的直流成分提高，脉动成分降低。单相桥式整流电路主要参数：输出直流电压 UO(AV) ,脉动系数 S，二极管正向平均电流ID(AV) ,二极管最大反向峰值电压U RM 。桥式整流电路解决了单相整流电路存在变压器利用率不高的缺点，用一次级线圈的变压器，达到了全波整流的目的。图3.1 单相桥式整流图3.2 单相桥式整流波形图3.2 滤波电路模块该模块实现降低输出电压的脉动成分，尽量保留直流成分的功能。利用电容 和电感的滤波作用达到降低交流保留直流成分的目的。本设计中我们采用电容滤波，其原理如下：图3.3 电容滤波利用电容的储能特性，使波形平滑，提高直流分量，减小输出波纹，其输出波形如图所示。图3.4 电容滤波的波形图电容滤波有以下特点:加入滤波电容后，输出电压的直流成分提高，脉动成分减小。 电容滤波放电时间常数（ t =RLC ）越大，放电过程越慢，输出直流电压 越高，纹波越小，效果越好。为了获得较好的滤波效果，一般选择电容值满足 RLC = (3 5) T/2 ，此时，输出电压的平均值 UO =1.2U2 。 电容滤波电路的输出电压随输出电流的增大而减小，所以电容滤波适合于负载电流变化不大的场合。3.3 稳压电路模板在设计中，常利用电容器两端的电压不能突变和流过电感器的电流不能突变的特点，将电容器和负载电容并联或电容器与负载电阻串联，以达到使输出波形基本平滑的目的。选择电容滤波电路后，直流输出电压：Uo1=(1.11.2)U2，直流输出电流：（I是变压器副边电流的有效值），稳压电路可选集成三端稳压器电路。稳压电路原理电路见图。图3.5 稳压电路原理图 仿真3.4 补偿电压模板在设计当中采用三端可调集成稳压器电路。它采用输出电压可调且内部有过载保护的三端集成稳压器，输出电压调整范围宽，此稳压器的基准电压是1.25V， 而要求电压从0V起连续可调，因此需要设计电压补偿电路才可实现输出。补偿电路原理电路如图所示。图3.6 补偿电路原理电路 仿真3.5 计算过程（1）根据设计所要求的性能指标，选择集成三端稳压器。因为要求输出电压可调，所以选择三端可调式集成稳压器，可调式集成稳压器，常见主要有 CW317、CW337、LM317、LM337。317系列稳压器输出连续可调的正电压，337系列稳压器输出连可调的负电压，可调范围为2.5V36V，最大输出电流为1.5A。稳压内部含有过流、过热保护电路，具有安全可靠，性能优良、不易损坏、使用方便等优点。其电压调整率和电流调整率均优于固定式集成稳压构成的可调电压稳压电源。输出电压表达式为：U0=U32(1+R2/R1)=1.25(1+R2/R1)式中，1.25V是集成稳压块输出端与调整端之间的固有参考电压，此电压加于给定电阻两端，将产生一个恒定电流通过输出电压调节电位器，一般使用精密电位器，与其并联的电容器C可进一步减小输出电压的纹波。 输出电压可调范围：1.25V37V 输出负载电流：1A 能满足设计要求,故选用 LM317组成稳压电路。（2）选择电源变压器*确定副边电压U2: 根据性能指标要求：Uomin=3V Uomax=15V 又 Ui-Uomax(Ui-Uo)min Ui-Uoin(Ui-Uo)max 其中：（Ui-Uoin）min=3V，(Ui-Uo)max=40V 12VUi43V此范围中可任选 ：Ui=14V=Uo1 根据 Uo1=(1.11.2)U2 可得变压的副边电压： *确定变压器副边电流I2： Io1=Io 又副边电流 I2=(1.52)IO1 取 IO=IOmax=800mA 则I2=1.5*0.8A=1.2A *选择变压器的功率：变压器的输出功率：PoI2U2=15W （3）选择整流电路中的二极管： 查手册选整流二极管 IN4001，其参数为：反向击穿电压UBR=50V17V 最大整流电流 IF=1A0.4A （4）滤波电路中滤波电容的选择：滤波电容的大小可用下式求得。*求 Ui: 根据稳压电路的的稳压系数的定义：设计要求 Uo15mV ，SV0.003 Uo=+6V+9V Ui=15V 代入上式，则可求得 Ui*求滤波电容C：设定 Io=Iomax=0.8A，t=0.01S 则可求得C。 电路中滤波电容承受的最高电压为15V，所以所选电容器的耐压应大于17V。 注意： 因为大容量电解电容有一定的绕制电感分布电感，易引起自激振荡，形成高频干扰，所以稳压器的输入、输出端常并入瓷介质小容量电容用来抵消电感效应，抑制高频干扰。 （5）补偿电路1.25v是集成稳压块输出端与调整端之间的固有参考电压， 但由于计算中存在的微小误差使得不能用-1.25v，所以使用-2v 与电阻串联再用稳压二极管，这样使得电压能与集成稳压块电压相抵消，从而使得电压能从0v开始调节。第四章.Multisim仿真4.1 设计电路原理图图4.1 0-15v设计仿真4.2 调试结果4.1滑动变阻器阻值为最大值时的调试结果4.2滑动变阻器阻值为0的调试结果蓝色为输入波纹，红色为输出波纹，波纹系数约为0.035%4.3波纹系数图第五章.总结本次课程设计，我深感自己学到了很多。我是单人一组，什么东西都得靠自己进行查询和理解，这使得我在完成课程设计上遇到了很多的问题，比如仿真软件的使用方法，LM317元件的组成和功能，以及滤波电路等的运作原理。不过在解决它们的同时，我也学到了很多心的知识，这使我深刻体会到了课程设计的重要之处。在设计开始之前，我对Multisim仿真软件做了很多练习，对各功能都有了更深的了解；尽管如此，实际制作此次设计的直流稳压电源时，我依旧遇到了很多的问题。在作了多次调试之后，才得到了需要的数据。我认为做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，我们了解了很多元件的功能，并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。平时看课本时，有时问题老是弄不懂，做完课程设计，那些问题就迎刃而解了。而且还可以记住很多东西。比如一些元件的功能，平时看课本，这次看了，下次就忘了，通过动手实践让我们对各个元件映象深刻。认识来源于实践，实践是认识的动力和最终目的，实践是检验真理的唯一标准。所以这个期末测试之后的课程设计对我们的作用是非常大的。参考文献 1实用电子电路手册（数字电路分册） .高等教育出版社,1991 2郁汉琪.数字电子技术实验及课题设计.高等教育出版社,1995 3康华光.电子技术基础:模拟部分