多路直流稳压电源的设计与制作.doc

目 录摘要- 1 -英文摘要.- 2 -引言- 3 -1 设计方案选择31.1 设计要求31.2 设计方案32 各电路模块工作原理32.1 整流电路工作原理32.2 滤波电路的工作原理42.3 稳压电路的工作原理53 各路详细设计与工作原理54 多路直流稳压电源的电路设计及工作原理84.1 三端集成稳压电源介绍84.2 变压器选择94.3 多路直流稳压电源的工作原理95 电路安装与测试10结论11谢辞12参考文献13附件1.元器件清单14附件2.硬件电路图15附件3.实物图161多路直流稳压电源的设计与制作信息工程学院应用电子技术专业 胡婷婷摘要：设计并实现多路直流稳压电源,设计主要利用了三端稳压器7812、7912、7805和可调式稳压器LM317来实现多路直流稳压电源的输出。多路电源电路主要由变压器、整流电路、滤波电路以及稳压电路这几部分组成。实验结果表明其具有灵活的可调性，控制效果好，输出的电压稳定。该电源可广泛用于平常生活中，也可用于电力电子、仪表、控制等实验场合。关键词: 直流稳压电源 整流滤波 三端集成稳压器The Design of Multi - Channel DC Regulated Power Supply(Major of Applied Electronic Technology, Information and Engineering college, JinHua College of Vocation And Technology, HU Ting-ting)Abstract: Design and implement multiple dc voltage stabilizer, using the three major design 7912, 7805, 7812 voltage regulator LM317 to realize and adjustable multiple dc voltage stabilizer output. Multiple power circuit consists mainly of transformer, rectifier circuit voltage circuit, filter circuits and several parts. Experimental results show that it has the flexible adjustability, the control effect is good, the output voltage stability. This power can be widely used in ordinary life, also can be used for power electronics, instruments and control of the situation.Keyword: Dc regulated power supply rectifying filtering three-terminal integrated voltage regulator引言在电子线路的相关应用中，电源是其必不可少的部分，并且电源性能对电路、电子仪器和电子设备的使用寿命、使用性能等影响很大，尤其在带有感性负载的电路和设备（如电机）中，对电源的性能要求更高。在很多应用直流电机的场合中，要求为电机驱动电路提供1个其输出能从0V开始连续可调的（0-24V）直流电源，并且要求电源有保护功能电源系统质量的优劣和性能的可靠性直接决定着整个电子设备的质量。直流稳压电源作为直流能量的提供者，在各种电子设备中有着极其重要的地位，它的性能良好与否直接影响到电子产品的精度、稳定性和可靠性。随着电子技术的日益发展，电源技术也得到了很大的发展，它从过去一个不太复杂的电子线路发展到今天具有较强功能的模块。人们对电源的质量、功能和性能要求也随之变得越来越高。电子系统(如电视接收机、VCD机、组合音响等)都要求用稳定的直流电源，而日常生活中使用的都是220V交流电源，因此需将交流电变换成直流电，将交流电压变换成直流电压并使之稳定的设备就是直流稳压电源，流稳压电源一般由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路组成。1 设计方案选择1.1 设计要求该课题的主要内容是：设计一个多路直流稳压电源，该电路能输出三路直流电源，且具有输出输出短路保护功能。该课题的主要任务指标为：1第一路：输出电压12V ，Iomax = 100mA。2第二路：输出电压5V，Iomax = 300mA。3第三路：输出电压3V8V连续可调，Iomax = 200mA；（二、三路不同时使用）。4各路输出纹波电压5mV。5要求变压器自选，有保险丝，输出端有短路保护电路。1.2 设计方案电压输出38V可调采用三端集成稳压器设计的小功率直流稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四个部分组成，直流稳压电路框图如图1所示: LM317稳压滤波整流输入220V电压电压输出12V 7812和7912稳压电压输出+12V电压输出+5V滤波7805稳压图1 直流稳压电路框图2 各电路模块工作原理2.1 整流电路工作原理如图2所示,图中D1、D2、D3、D4四只整流二极管接成电桥形式,故称为桥式整流。它是由半周，极性为上正下负，此时二极管D1、D3承受正向电压而导通,D2、D4反向截止，电流i的通路是a-DI-RL-D3-b，负载RL上又得到半波电压。在U的负半周，极性为下正上负，此时二极管D2、D4导通，D1、D3反向截止，电流i的通路是bD2RLD4a,负载RL上又得到半波电压，如图2所示。RL上得到的电压UL是单方向全波脉动波形。显然，单相桥式整流电路的整流电压平均值U0比半波时增加了一倍，UL=U=0.9U,电流平均值为IL=0.9A,单相全波整流电路中二极管截止时承受的最高反向电压也是U,要想使之接近于理想的直流电压，在整流之后，需加滤波电路，将单向脉动电压中的交流分量尽量多地滤掉。这就是下面我们要讨论的滤波电路。图2 桥式整流2.2 滤波电路的工作原理电容滤波是利用电容的充放电作用使整流输出电压变得平稳，而且电压幅值升高，滤波效果好，适用于各种整流电路。电容是一个可以储存电能的元件。在电路中，当有电压加到电容器两端时，便对电容器充电，把电能储存在电容器中；当撤去外加电源时，电容器就会把存储的电能再释放出来。充电时，电容器两端的电压逐渐升高，直到接近或可以近似认为等于电容器两边的外加电压；放电时，电容器两端的电压逐渐降低，直到电能消耗殆尽变为零。电容器的容量越大，器储能的能力越强，充电和放电所需要的时间也就越长。由于电容器的两端电压不会突变，所以电容可以用来滤波。如图3为滤波整流电路图：图3 滤波电路2.3 稳压电路的工作原理稳压电路用的比较多的稳压电路是硅稳压管稳压电路。如图4是硅稳压管稳压电路，由稳压管Dz和调整电阻R组成，稳压管在电路中应为反向联接，它与负载电阻RL并联后，再与调整电阻串联。下面分析一下稳压原理:由于整流滤波电路有一定的内阻，当负载电流变化时，其输出直流电压也会发生变化，不能稳定的维持在规定的数值。此外，交流电网电压额定值虽为220V，但实际值与此也有偏差，通常允许有10%的变化。这种输入交流电压的变化，亦将导致输出直流电压变化。为了保证直流电压维持稳定在规定的数值,使其几乎不随输入交流电压和负载电流的变化而变化就需在整流滤波电路之后，再采用稳压电路来完成这一任务。考虑到实物的成本，就选用三端集成稳压管7805、317、7812和7912来完成所要求的电压的稳定。图4 稳压电路3 各路详细设计与工作原理整流二极管，要求最大整流电流IzI0，反向击穿电压Vrm(23)u。若要求Io=1A左右，可选用IN4007即可;滤波电容选容量(几百几千)uf、耐压大于2V的电解电容;电源变压器选次级输出电压为u、额定功率为(23)IoUo;电源开关选用耐压为22OV、触点电流容量大于0.01IoUo的双刀开关;保险管的熔断电流要求约为0.01IoUo。A.输出12V,输出电流0.1A(1)核心器件选用7812和7912,整流滤波输出电压Ui=Uo+(3-6)=(1518)V。取Ui=17V。(2)变压次级输出电压u=Ui/1.2=14.2V，取14V。根据所要求的Uo和Io值，应选择7812三端稳压器较合适。整流滤波部分:整流二极管选用IN4007，滤波电容选用2200uf/50v的电解电容器。(3)电源变压器选用次级电压约为14V、功率约为30W的电源变压器。(4)电源开关选用220V、0.5A的双刀开关。(5)保险丝选用220V、0.1A的保险丝。所组成的原理图如图5:图5 12V原理图B.输出+5V,输出电流0.3A(1)核心器件选用7805，把第一路输出的12V电压作为5V的输入电源。(2)滤波电容选用1000 uf/25v的电解电容。所组成的原理图如图6：图6 +5V原理图C.输出38V可调，输出电流0.2A(1)核心器件选用可调式三端稳压器LM317其特性参数为：Uo=1.2-37V, Iomax=1.5A,最小输入输出电压差（Ui-Uo）min3v，最大输入输出电压差（Ui-Uo）max=40V,均满足性能指标要求。(2)整流二极管的选取，整流二极管D1-D4的反向击穿电压Urm应满足 UrmU2，其额定工作电流应满足If Iomax，IN4007，其极限参数为Urm50V，而U2=15.4V，则Urm满足要求If=1A而Iomax=0.8A则If亦满足要求又Su=式中U0=9V,Ui=12V,U0=5mV,Su=3*0.01则Ui=2.2V(3)滤波电容的选取C=3636F电容C的耐压应大于U2=17V,故取2只2200F/25V的电容相并联。(4)可调电位器的选取，取R1=240，因Uo=3V9V,由Uo=1.25（1+Rp1/R1）得则Rp1min=336 Rp1max=1.49千欧,故取Rp1为4.7k的精密线绕可调电位器。(5)变压器的选取，通常根据变压器的副边输出功率P2来选购（或自绕）变压器由可得LM317的输入电压Ui的范围为Uomax+(Ui-Uo)minUiUomin +（Ui-Uo）max得9+3Ui3+40，12Ui43U2Uimin/1.1=12/1.1V=11V，I2Iomax=0.8A取I2=1A变压器副边输出功率P2I2U2=11W，可得变压器的效率=0.7，则原边输入功率P1P2/=15.7W,由上分析，副边输出电压为RV，输出电流为1A，为留有余地，一般选功率为20W的变压器。变压器功率等于初、次级功率之和的一半。即 P=(P1+P2)/2。因为我们设计的变压器,P2=U2*I2=12*1=12(W),则P1P2/(0.8-0.9)=14(W)所组成的原理图如图7：图7 3-8V可调原理图1，2脚之间为1.25V电压基准。为保证稳压器的输出性能，R1应小于240欧姆。改变R2阻值即可调整稳压电压值。D3，D4用于保护LM317。计算公式为：Uo=(1+R2/R1)*1.25- 19 -4 多路直流稳压电源的电路设计及工作原理 4.1 三端集成稳压电源介绍性能上常用的集成器有三端固定式、三端可调式和三端开关式。以集成三端固定式为例，正输出为7800（后两位代表输出的额定稳压值。00是统称）系列，负输出为7900系列；常见的有05、06、08、09、12、15、18、24八种，7900系列与之类似。一般要求最小的输入、输出压差（UI-UO）min为23V；输出稳压的容差约为5%；最大输出电流Iomax有0.1A（如78L12）、0.5A（如78M12）和1.5A（如7812）等多种，部分器件最大输出电流可达2.2A；其最大输入电压Uimax一般是7818档以下为35V,7824档为40V;电压调整率Su为0.01%/V,输出电阻Ro小于0.1欧姆；波纹抑制比S一般为50分贝；温度系数St一般为每度12.4mV。三端集成直流稳压电源的电路连接方式一般如图8:图8 三端集成直流稳压电源图中，引脚1为电压变换的输入端，标识为Vin，引脚2为电压变换后的输出端，标识为Vout，引脚3为接地端，标识为GND。0.33uF的电容是为了抵消输入端较长接线时产生的电感效应，防止产生自激振荡。一般取值为0.11uF。图中1uF的电容是用于负载电流有瞬时增减时不致引起输出电压由较大的波动。一般取值为110uF。4.2 变压器选择选用单相AC220V输入，6.3V、12V、24V、36V多档位输出的100W大功率变压器。故交流电输入处的保险丝选用0.5A。4.3 多路直流稳压电源的工作原理直流稳压电路的稳压整流电源是以稳压器为核心组成的正负输出直流稳压电源。该电源主要由电源变压器、单相桥式整流电路、滤波电路和稳压电路等部分所组成。单向交流电经过这几部分电路后即可转换成正负输出稳定直流电压和可调的稳定直流电压。1整流电路是将工频交流电转换为脉动直流电。2滤波电路将脉动直流中的交流成分滤除,减少交流成分,增加直流成分。3稳压电路采用负反馈技术,对整流后的直流电压进一步进行稳定。当输入交流电源电压波动、负载和温度变化时,维持输出直流电压的稳定。基本工作原理如图9所示，输出电压与受控电阻两端的电压由如下联系：U0=Ui-Ur,如果U0增高或RL变大使U0有上升的趋势，适当增大R使Ur增大维持U0不变，反之如果Ui或RL变动使U0有下降趋势，适当减小R使Ur减小，也可维持U0不变。直流稳压电源原理图如图9：图9 电路基本工作原理5 电路安装与测试安装：元器件的安装流程：依次安装四个二极管（D1-D4）,均采用水平插装注意极性不可接反。依次安装电阻R1、R2、R3、R4、R5 ,均采用水平插装。依次安装电解电容C1-C14 ,均采用立式插装注意极性不要接反。从电路板的插件口所在位置上引出三根导线，与事先准备好的电源连在一起。注意连接时的正负极把电源线与保险管连接，再变压器的输入端线相接。测试：首先应在U的副边接入保险丝Fu,以防电源输出端短路损坏变压器或其它器件，其额定电流要略大于Iomax（Iomax=800mA）选Fu为保险丝，集成稳压器LM317要加适当的热片，先安装集成稳压电路，再安装整流滤波电路，最后再安装变压器，且安装二级，测试一级，稳压电路主要测试集成稳压器是否正常工作，输入端加直流电压Ui=12V，调节Rp1输出电压U0随之变化，说明稳压电路正常工作，整流滤波电路主要检查整流二极管是否反接，安装前用万用表测量其正，反向电阻。安装后接入电源变压器，整流输出电压Ui应为正，否则会烧坏稳压管，断开交流电源，将整流滤波电路与稳压电路相连接，再选电源，输出电压U0为规定值，说明各级电路均正常工作，可以进行各项性能指标测试。如表1为7812和7912测试出来的电压值、表2为7805测试出来的电压值、表3为LM317测试出来的电压值。输入的电压整流后的电压滤波后的电压7812稳压7912稳压输出的电压220V交流14V14V+11.92V-11.92V+11.92V-11.92V表1 7812和7912的数据输入的电压整流后的电压滤波后的电压7805稳压输出的电压+11.92V6V6V4.8V4.8V表2 7805的数据输入的电压整流后的电压滤波后的电压LM317稳压输出的电压220V交流18V18V1.3-18V3-8V表3 LM317的数据结论拿到设计题目的时候感觉很简单，可是做到后来才发现没我想象的那么容易。做完毕业设计让我学习到了很多东西，在学校三年学的东西感觉还没有这几个月学到的东西多，在做毕业设计的时候我遇到了很多困难，比如拿到题目的时候不知道从哪里开始，更不知道怎么去做。我就上网查了很多资料，去图书馆也看了很多书，去书店也查了很多资料，才使我对做这个设计有了一些思路。在画原理图的时候元器件找不到，对元器件的封装也不认识。现在回头想想这些，发现这次毕业设计对我的锻炼很大，让我也受益很多，现在我学会了怎么充分利用资料，学会了怎么才能更好的学习，学会了怎样才能把事情做的更好。通过这次的毕业设计也使我对专业的软件熟悉了很多，对专业仪器的使用也变得熟练了起来，对我们这专业