5-12V可调输出电压稳压器.doc

南华大学电气工程学院 电子技术课程设计设计说明书设计题目： 512V可调输出电压的稳压器 专 业： 学生姓名: 学 号: 起迄日期: 2013 年10月28日-2013年 12月20日 指导教师: 电子技术课程设计任务书1课程设计的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）：一、课程设计内容 题目：512V可调输出电压的稳压器要求：输入电压为AC 220V，输出电压为DC512V（可调），输出电流500mA。注：可以采用LM317等集成电路芯片制作。二、课程设计要求1. 综合运用已学习过模拟电路和数字电路等知识，阅读相关集成电路芯片资料和相关文献，了解电子电路设计的有关知识，方法和特点，掌握基本的电子电路设计和芯片使用方法。2. 一人一题，所有学生需要提交实物，实物调试没有成功者，不能及格。指导教师需保存实物，等抽查后，再返还给学生。课程设计必须自己独立完成，不得从网上下载，一经发现该课程成绩记零分。设计报告不超过6页纸，双面打印。课程设计设计说明书（报告）应包括有： 电路工作原理分析 电路元器件参数设计计算 电路调试说明 电原理图和PCB图（必须自己画） 元器件装配图（必须自己画） 元器件清单 自己的收获和体会 要求字数不得少于3500字 要求图纸布局合理，符合工程要求，使用Protel等软件绘制电原理图（SCH）、元器件布局图和印制电路板(PCB)。 3. 所有的文档和表格必须采用Word形式。4. 同类型的设计题可以组成一个设计组，组员之间可以开展研究与讨论。雷同者均计0分。5. 阅读有关芯片英文参考资料，理解资料内容。6. 英文资料中的曲线、参数、方框图、引脚端封装等图（不包括电原理图和PCB图）可以直接采用（pdf文档中的图可放大300倍后裁剪到Word文档中），图中的英文可以采用英文（中文）方式翻译在图下。7. 英文资料中的一些词，如果翻译拿不准，可以采用英文（中文）方式标注。8. 设计资料中的有关的公式可以直接采用。9. 课程设计结束，需要交制作的作品、文字稿和电子稿，采用Word文档形式。10. 成绩评定： 按ABCDE分档，其中：优秀为A，良好为B，中等为C，及格为D，不及格为E。 课程设计设计说明书占60%，实物制作占40%。 2对课程设计成果的要求包括图表（或实物）等硬件要求：设计电路，安装调试或仿真，分析实验结果，并写出设计说明书,语言流畅简洁，文字不得少于3500字。要求图纸布局合理，符合工程要求，使用Protel软件绘出原理图（SCH）和印制电路板(PCB),器件的选择要有计算依据。3主要参考文献：l 要求按国标GB 771487文后参考文献著录规则书写。1. 黄智伟全国大学生电子设计竞赛技能训练M北京：北京航空航天大学出版社，20072. 黄智伟全国大学生电子设计竞赛制作实训M北京：北京航空航天大学出版社，20073. 黄智伟全国大学生电子设计竞赛系统设计M北京：北京航空航天大学出版社，20064. 黄智伟全国大学生电子设计竞赛电路设计M北京：北京航空航天大学出版社，20065. 黄智伟全国大学生电子设计竞赛 常用电路模块制作M北京：北京航空航天大学出版社，20106. 黄智伟等.基于NI multisim的电子电路计算机仿真设计与分析M北京：电子工业出版社，20077. 黄智伟.印制电路板（PCB）设计技术与实践M北京：电子工业出版社，20098. 高吉祥等.电子技术基础实验与课程设计M北京：电子工业出版社，20029. 吴运昌.模拟集成电路原理与应用M广州：华南理工大学出版社，2001年10. 谭博学等. 集成电路原理及应用M北京：电子工业出版社，200311. 魏立军.CMOS 4000系列60种常用集成电路的应用M北京：人民邮电出版社，199312. 杨宝清.实用电路手册M北京：机械工业出版社.2002 13. 陈有卿.报警集成电路和报警器制作实例M人民邮电出版社1996 14. 肖景和.红外线热释电与超声波遥控电路M人民邮电出版社.20034课程设计工作进度计划：序号起 迄 日 期工 作 内 容1.2013.10.28-2012.10.31资料查找和阅读22013.11.1-2013.11.10电路方案选择，电路设计和计算，电路仿真32013.11.11-2013.11.26材料购买，电路设计和PCB设计42013.11.27-2013.12.8PCB制作，电路元器件安装52013.12.9-2013.12.15作品调试62013.12.16-2013.12.20课程设计设计说明书写作 目 录 1. 设计任务及指标 .12. 系统方案设计 .13. 硬件电路设计.13.1电源变压器.13.2整流电路 .23.3滤波电路 .3 3.4稳压电路.34.电路仿真.45.元器件安装与调试.45.1元器件安装.45.2作品调试.45.2.1输出电压与电流测试.55.2.2误差测量.55.2.3稳压系数测量.56. 结论与心得.67. 参考文献.78附录.78.1总原理图及PCB图.78.2元器件清单.8 5-12V可调输出电压稳压器1 设计任务及指标1. 输入电压：AC220V；2. 输出电压可调：DC5-12V；3. 输出电流500mA；2 系统方案设计 可调输出电压稳压器由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四个部分组成，如图1所示。 + 电 源 + 整 流 + 滤 波 + 稳 压 + u1 u2 u3 uI U0 _ 变压器 _ 电 路 _ 电 路 _ 电 路 _ （a）稳压电源的组成框图u1 u2 u3 uI U0 0 t 0 t 0 t 0 t 0 t （b）整流与稳压过程图1稳压电源的组成框图及整流与稳压过程三硬件电路设计1.电源变压器：降压变压器，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。 1.1 变压器的选择：电源变压器的效率为： 一般变压器的效率如表1所示： 1 表1变压器效率 副边功率 效率0.60.70.80.85因此，当算出了副边功率后，就可以根据上表算出原边功率。由于LM317的输入电压与输出电压差的最小值，输入电压与输出电压差的最大值，故LM317的输入电压范围为： 即 12V+3VUI5V+40V 15VUI45V U2=14V，取U2=15V变压器副边电流：I=0.5A，取I=1A由于变压器的效率，所以变压器原边输入功率P=17.1W,为留有余地，选用功率为20W的变压器。2.整流电路： 整流电路的功能是把交流电变换成直流电，它的基本原理是利用了晶体二极管的单向导电特性，电路如图2所示。在U2的正半周期内，二极管D1、D4导通，D3、D2截止；U2的负半周期内，D3、D2导通，D1、D4截止。正负半周期内都有电流流过负载RL，且方向是一致的。输出波形如图3所示。图2整流电路图3输出波形图 在桥式整流电路中，每个二极管都只在半个周期内导电，所以流过每个二极管的平均电流等于输出电流的平均值的一半，即 =。电路中的每只二极管承受的最大反向电压为(U2是变压器副边电压有效值)。2.1整流二极管的选择：由于 =21V,Io=500mA。 IN4001的反向击穿电压，额定工作电流=1AIo，所以整流二极管选 用IN4001。3.滤波电路：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： （I2是变压器副边电流的有效值。）3.1滤波电容的选择：电容的耐压要大于=21V，所以滤波电容C取4700uF，耐压为25V的电解电容。4.稳压电路：可选用集成三端稳压器电路，所以原理图如图所示： 图4稳压电路原理图4.1集成三端稳压器的选择： 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1.2V37V，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。LM317系列和LM337系列的引脚功能相同，管脚图和典型电路如图4和图5. 图5管脚图 图6典型电路输出电压表达式为：式中1.25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，电阻常取值，在这里，因为只买到10K的电位器，再串联一个R2，根据LM317输出电压表达式，R1=1.8K，R2=5.4K，RP1一般使用精密电位器，与其并联的电容器C可进一步减小输出电压的纹波。图中加入了二极管D，用于防止输出端短路时10F大电容放电倒灌入三端稳压器而被损坏。LM317其特性参数：输出电压可调范围：1.2V37V 输出负载电流：1.5A满足设计要求，所以选用LM317构成稳压电路。四电路仿真接通电源，调节R2的值，若输出电压满足设计指标，说明稳压电源中各级电路都能正常工作，此时就可以进行各项指标的测试。仿真结果如图7。 （a)电位器R取最大值时，=12.17V (b)电位器R取最小值时，U=5.19V 图7仿真结果图五元器件安装和调试 5.1安装元器件按PCB图所示，制作好电路板，安装时，先安装比较小的元件，所以先安装整流电路，再安装稳压电路，最后再装上滤波电路（电容）。安装时要注意，二极管和电解电容的极性不要接反。经检查无误后，才将电源变压器与整流滤波电路连接，通电后，用万用表检查整流后输出LM317输入端电压UI的极性，若UI的极性为负，则说明整流电路没有接对，此时若接入稳压电路， 就会损坏集成稳压器。5.2作品调试5.2.1输出电压与电流测试 测试电路如图所示： I 电流表 被测稳 U 220V 压电路 R 图8稳压电源性能指标测试电路 输出电流I=0.5A，所以R=25，工作时R上消耗的功率=6W,故R取额定功率为10W，阻值为25的电位器。测试时，使R=25，交流输入电压为220V，此时结果如图所示R=25,U=12.17V, 输出电流I=508.871A5.2.2误差测试 测量次数 输出电压 输出电流 标准电压 标准电流 电压误差电流误差 1 12.17V 0.508A 12V 0.5A 0.170.008 2 8.68V 0.360A 8.47V 0.34A 0.210.02 3 5.19 0.211A 5V 0.2A 0.190.011电压的平均误差：=0.19电流的平均误差：=0.013误差分析：（1）电路安装的元器件本身阻值存在误差。 （2）元器件在通电后消耗能量产生的误差。 （3）测量过程中存在的读数和测量仪器本身存在的误差。5.2.3稳压系数测试 稳压系数是输出电压与输入电压的相对变化之比，有来表征稳压性能，其公式为 S=按原理图连接电路，在U=220V时，测出输出电压U，然后调节自耦变压器使输入电压U=242V，测出输出电压为U，再调节自耦变压器使输入电压U=198V，测出输出电压为U，则稳压系数为S=5，因为在本调试中，无法得到自耦变压器，所以只能把电压归算到降压器的输出电压（U）： U=198V，U=13.5V，U=11.95V U=220V，U=15V， U=12.17V U=242V，U=16.5V，U=12.23V所以，稳压系数：S=5=0.11六结论与心得通过此次课程设计，是我更加扎实的掌握了有关模拟电子技术方面的知识，在设计中虽然遇到了一些问题，但经过一次又一次的思考，一遍又一遍的检查终于找出了原因所在，也暴露出了前期我在这方面知识的欠缺和经验不足。通过自己亲自动手操作，使我们掌握的知识不在纸上谈兵 。不仅巩固了以前学过的知识，而且学到了许多在书本上没有学到过得知识。 作为第一次课程设计，整个资料搜集与工作过程都还有待提高，我深切体会到只有熟悉的掌握了专业知识才能更好的指导我们的实践，是我们在实践中游刃有余。首先先重点温习了模电课本中的稳压电源部分，对直流稳压电源的原理，结构框图，变压，整流滤波，稳压等部分由了初步了解，然后结合任务书的基本要求，查找搜集相关书籍与网络资料，在茫茫书海中找到核心资料，先确定总体方案，在模块方案选择，画出整个电路草图。就用Multisim仿真，仿真成功后，用Altium Designer画原理图和PCB图，在画图的过程中也遇到了大大小小的问题，比如安装程序，熟悉各种工具的使用，在库中找元器件，元器件的封装和元器件实物要对应等，但在独立思考和同学互相交流之后，最终完成了任务。同时在画原理图和焊板子的时候也要注意LM317的引脚，电解电容和二极管的正负极。虽然平时说做设计，就需要那么几个过程，但实际做的时候要注意许多细节的问题，有时一个小细节的问题也会引起很严重的后果，更不能太心急，要沉下心认真的做。 整个课程设计过程，不仅使我们更扎实的掌握课程知识，学会仿真软件和AltiumDesigner软件，而且将理论知识与实践相结合，培养了我们综合应用课本理论解决实际问题的能力，一定程度的锻炼了我们的动手和电子设计能力，资料搜集的能力，我觉得课程设计对我们的帮助是很大的，它需要我们将学过的理论知识与实际系统