模电课程设计直流稳压电源.doc

武汉理工大学模拟电子技术基础课程设计学 号： 课 程 设 计题 目直流稳压电源学 院专 业班 级姓 名指导教师2011年1月16日课程设计任务书学生姓名： 专业班级： 指导教师： 工作单位： 题 目: 直流稳压电源 初始条件： 变压器,保险丝，整流桥，极性电容，电位器，电容，电阻，连接线，二极管，集成稳压器。要求完成的主要任务: 设计一个能输出+9V+12V的直流稳压电源，在输入电压220V、50Hz、电压变化范围15%20%条件下：a输出电压可调范围为+9V+12Vb最大输出电流为1.5A c电压调整率0.2%（输入电压220V变化范围15%20%下，空载到满载）d负载调整率1%（最低输入电压下，满载）e纹波电压（峰-峰值）5mV（最低输入电压下，满载）f效率40%（输出电压9V、输入电压220V下，满载）g具有过流及短路保护功能时间安排：第18周理论讲解。第19周理论设计、实验室安装调试，地点：鉴主13楼通信工程综合实验室、鉴主15楼通信工程实验室（1）指导教师签名： 年 月 日系主任（或责任教师）签名： 年 月 日摘 要在各种电子电路中，总离不开电源电路，而由于电路结构和元件特性，就需要用到直流电源供电，就像我们下个学期即将学到的单片机，其需要5V的直流电源。如若采用干电池为其供电，则有供电功率低，持续供电能力差，成本高等缺点。而交流电在产生、电能输送等方面具有独特的优点，发电站、各市电网中的电能传输都是以交流电的形式进行输送，如果我们对市电提供的电压进行降压整流等，把交流电转换成直流电，以获得我们所需要的电压。电力系统供电电压的波动，或者负载阻抗和功率的变化，都会引起整流器输出电压随之改变。在电子电路和自动控制装置中，通常都需要电压稳定的直流电源供电，使整流器输出电压尽可能少受流电进行滤波，稳压，以获得我们所需要的供电电源。电源波动或负载变化影响而保持稳定，这就需要我们对整流后的电源进行稳压设计。关键词： 直流电压源 滤波 整流AbstractIn various electronic circuits, always cannot leave the power circuit, due to the circuit structure and component characteristics, it needs to use the dc power supply, as we next semester is coming, the need to learn the SCM 5-v dc power. If using dry for its power supply, have power is low, continuous supply ability is poor, cost higher shortcomings. While ac power in production, transportation and other aspects have unique advantages, power station, various cities in the grid power transmission are based on the form of alternating current conveying of utility, if we provide voltage step-down rectifier, converting ac voltage to dc to get what we need voltage. Power system voltage supply fluctuation, or load impedance and power change, can cause rectifier output voltage change accordingly. In electronic circuits and automatic control device, usually required voltage stability of dc power supply, make rectifier voltage output as little as possible by flow electricity for filter, voltage to get what we need power supplies. Power fluctuations or load change influence and maintain a stable, which requires us to rectifier voltage power after the design.Keywords: DC voltage source filtering rectifier目 录第一章 设计要求与指标61.1 总体设计要求.61.2技术指标6第二章 理论分析72.1 整体理论分析82.2单元电路的设计和元器件的选择.9第三章 计算方法与过程103.1 计算方法103.2 各部分电路及电路间参数关系103.3 方案设计与选择123.4 计算过程.123.5 整体电路图.14第四章 测试方法和实验结果144.1 全波整流输入输出波形仿真144.2 整流和滤波波形仿真15 4.3 稳压波形仿真.15第五章 测试和数据分析16 5.1 数据分析.16 5.2 结果讨论.16 第六章 心得体会17 第七章 原器件清单19第八章 参考文献20附录 第一章 设计要求与指标1.1 设计要求：（1）设计一个能输+9V+12V的直流稳压电源；（2）拟定测试方案和设计步骤；（3）根据设计要求和技术指标设计好电路，选好元件及参数；（4）绘出原理图和印制板图；（5）在万能板上连接电路。（6）测量直流稳压电源的内阻；（7）测量直流稳压电源的稳压系数、纹波电压；（8）撰写设计性报告。 1.2 技术指标： 在输入电压220V、50Hz、电压变化范围15%20%条件下：a输出电压可调范围为+9V+12Vb最大输出电流为1.5Ac电压调整率0.2%（输入电压220V变化范围15%20%下，空载到满载）d负载调整率1%（最低输入电压下，满载）0e纹波电压（峰-峰值）5mV（最低输入电压下，满载）f效率40%（输出电压9V、输入电压220V下，满载）g具有过流及短路保护功能第二章 理论分析2.1整体理论分析设计电路框图如图1所示:图2-1 电路框图在电子电路中，通常都需要电压稳定的直流电源供电。图2-1是直流稳压电源设计的基本思路和整体流程。因为我们要得到的直流电源的是12V等的稳定直流电压，而我们平常的生活用电220V的交流电，所以我们必须变压，变压后交流变成直流。但此时的直流电压波动很大，脉动的直流电压还含有较大的波纹，所以我们要对其进行滤波，得到波动较小的直流电。为了保证得到基本恒定的直流电和电源基本不受电网电压不稳定对电源输出的影响，应加稳压电路。2.2单元电路的设计和元器件的选择2.2.1 变压器电源变压器:源变压器的作用是将220V的交流电压,变换成整流滤波电路所需要的交流电压。因为我们需要的是第电压,所以必须要一个变压器将电网的市电降低至我们所需要的.表1 小型变压器的效率 副边功率 效率0.60.70.80.85 2.2.2整流电路整流电路是把交流电压转变为直流脉动的电压。常见的小功率整流电路，有单相半波、全波、桥式整流等。这里采用常用的桥式整流。如图2-2 图2-2 整流电路四只整流二极管D1-D4接成电桥的形式，故有电桥的之称。u10 时，D1,D3导通D2,D4截止电流通路:由+经D1RLD3-；u10 时D2,D4导通D1,D3截止电流通路:由-经D2RLD4+。整流桥的输入U1,和输出U0的波形 如下图2-3 U1 U0 图2-3整流前和整流后的波形输出是脉动的直流电压。负载电压 U0的平均值: 2.2.3 滤波电路 滤波电路下图：用于滤去整流输出电压中的纹波，一般用电抗元件组成。因此滤波又分电容率波和电感滤波。这里采用电容滤波。电路如下图2-4所示： 图2-4 滤波电路滤波前和滤波后的电压波形如下图所示虚线为未加滤波电容的电电压波形 。图2-5 整流和整流后的波形RL接入（且RLC较大）时，电容通过RC放电，在整流电路电压小于电容电压时，二极管截止，整流电路不为电容充电，uo会逐渐下降。通常认为：滤波电容越大越好。这是因为整流特性与时间常数R.C的值有关，他的数值越大，电容放电越慢，滤波效果越好。滤波电容应取C1（35）T/2R。输出波形随负载电阻 RL 或 C 的变化而改变, Uo 和也随之改变。电容滤波电路适用于输出电压较高，负载电流较小且负载变动不大的场合。2.2.4 稳压电路1. 稳压二极管：稳压电路可以利用稳压二极管的反向击穿特性。由于反向特性陡直，较大的电流变化，只会引起较小的电压变化2可调式三端稳压器：常见产品有CW317，CW337，LM317，L337。317系列稳压器输出连续可调的正电压，337系列输出连续可调的负电压，可调范围为1.2-37V，最高输出电流Iomax为1.5A。稳压器内部含有过六过热保护电路，具有安全可靠，应用方便，性能优良等特点。CW317与CW337系列的引脚功能相同。第三章 计算方法与过程3.1 计算方法（1）采用分步计算，分别计算出所用各元件的所用的参数，然后根据所要设计的电路将所计算出的各部分组合起来。（2）根据电路指标和要求以及各元器件的参数通过计算各元器件的相应参数。3.2 各部分电路及电路间参数关系3.2.1 集成稳压器集成稳压器的输出电压Uo应与稳压电源要求的输出电压的大小及范围相通。稳压器的最大允许电流IcmIomax （3.4）3.2.3 整流二极管整流二极管VD2的反向击穿电压Urm应满足： UmU2 （3.5）其额定工作电流应满足： IfIomax （3.6）3.2.4 滤波电容滤波电容C的容量可由下式计算： C= （3.7） 其中，Ui稳压器输入端纹波电压的峰峰值 t电容C放电时间，t= =0.01s Ic电容C放电电流，可取Ic=Iomax 滤波电容的耐压值应大于U2。3.2.5 稳压系数Sv电路稳压系数Sv满足下式： Sv= （3.8）3.3方案设计与选择3.3.1方案一交流电输入自耦变压器半波整流RC组成的型滤波 直流稳压输出3.3.2方案二交流电输入自耦变压器桥式整流C型滤波直流稳压输出3.3.3方案三交流电输入 自耦变压器桥式整流 LC滤波直流稳压输出 3.3.4 方案选择结论由电路原理可知，桥式整流，C型滤波最为适合该电路所需，故选择方案二。3.4 计算过程3.4.1 变压器的计算我们要得到的是12V及以下的直流电压，所以我们首先要用变压器将220V的交流电转变成12V的交流电，220/1218.3。所以选用18：1的变压器。根据实验的要求，最大电流为1.5A因此选用15VA的变压器。我们平常用的电频率为50Hz，综上，选用的变压器参数为，输入：220V，50Hz；输出：12V2 15VA3.4.2 整流桥的选择因为指标要求最大电流为1.5A，所以整流桥选择常用的2W10型号3.4.3滤波电容的计算通常认为：滤波电容越大越好。这是因为整流特性与时间常数R.C的值有关，他的数值越大，电容放电越慢，滤波效果越好。但滤波通常采用的是电解电容，太大将使电源体积增大，成本提高。Uo=912V，Ui=12V，Uo=5mV，Sv=310-3 由式（1.8）可得=2.2V 由式（1.7）可得滤波电容C= =3636uF 又电容C的耐压应大于 U2=15.4V选择二只2200uF25V电容并联。为了防止稳压器产生高频自激振荡和抑制电路引入的高电频，电路中接入C1=0.01uF，C2=10uF，C0=1 uF。电容的作用是瞬时增减负载电流时不会引起输出电压有较大的波动。3.4.4 稳压芯片的选择因为要得到9V12V的输出，所以集成稳压器选用CW3173.4.5其他电路元件的选择输出电压Uo满足： Uo=1.25（1+） 选择Rp1为2K的滑动变阻器。 根据最大最小输出电压差求得R1应为825，R2应为4870。3.5 整体电路图图3-1 整体电路图第四章 测试方法和实验结果4.1全波整流输入输出波形仿真 图4-1 全波整流输入输出波形4.2整流和滤波波形仿真图4-2 滤波和整流波形4.3稳压波形仿真图4-3 稳压波形第五章 测试和数据分析5.1数据分析5.1.1输出电压测试在输出端外接120负载，按照理论电压值输入其所需的电压值。测试时调整电位器测量电压是否能从9到12V调节并记录。略微改变输入电压值测量。经测试，输出电压在+9.043V+12.059V，误差小于1%，满足设计要求。5.1.2稳压系数分析在输出端外接120负载，将调压变压器输出端接稳压电源的输入端,调节调压变压器使输入集成稳压电源电路的电压值升高10% ,用数字万用表测量负载两端的电压。测试时将稳压电源输出调至12V再进行测量。在负载电流为最大时，分别测得输入交流比220V增大和减小10%的输出vo，并将其中最大一个代入公式计算Sr，当负载不变时，Sr=VoVI/VIVO。根据数据,最大的vo=0.01V，VI=220V10=22V所以稳压系数=0.01220/2211.970.0084。（- 0.01）220/22（-12.03）0.00835.1.3输出内阻分析在输入交流为220V，分别测得负载电流为0及最大值时的Vo，ro=VO/IL。根据实验测试得到=11.97V-10.83V=1.14V. =(-12.03V)-(-11.15V)=-0.88V。=1.14/0.5=2.28,=| (-0.88) |/0.5=1.76。5.1.4输出纹波电压的测试在输出端外接120负载，使用交流毫伏表测量纹波电压大小。测试时调整电位器输出电压每改变2V记录一次数值。经测试，纹波电压远小于5mV，满足设计要求。5.2结果讨论（1）稳压系数是表征稳压电源应对输入电压的波动而保持输出电压稳定的能力。稳压系数越小，表示稳定电压的能力越强。所以一个电源的稳压系数越小表示其性能越好。经试验测量和计算得到制作的电源稳压系数为0.0083，小于设计要求的5。所以设计的电源是符合要求的。（2）内阻也是电源质量好坏的一个重要的指标，它表征的是电源接负载的能力，内阻越小，接负载时分得的电压越小，从而保证接大电流负载时能够保证有足够的输出电压，保证负载能够正常工作。经测量和计算得到电源正负输出的内阻分别为2.28和1.76，这个内阻非常的小，说明接负载的能强。（3）纹波电压时加在直流电压上的交流成分，其大小决定于滤波电路设计的质量，决定于滤波电容的值是否足够，纹波电压越小，说明输出的直流波形越平。经测量得到纹波电压为OP-P=3mV，有效值为1.3 mV。OP-P小于设计要求的5mV，所以设计是符合要求的。 心得体会随着世纪的更迭的脚步,伴着新年钟声的敲响,几周忙碌的课程设计也渐渐拉下帷幕。一段时间忙碌的身影和奔波的脚步之后，使我在这个过程中体会到了很多。忙碌之后看到属于自己的这份课程设计，心中也体会到了成功之后的那份喜悦和安慰,也使我在这一段时间留下了一份美好的回忆！对于课程设计，以前在我的脑海中一直是一个陌生的名词。在老师给定课题的那一刻,我虽然不知道怎么去做，但我觉得一定要努力做好一份属于自己的课程设计。在我选定课题后的一段时间里，为了更完美的做好设计流程以及参数的选择，我就开始了收集关于直流稳压电源课题的资料，在充分准备好资料以后，就开始了课题的设计。虽有了准备，但还是不知道怎么开始，怎样设计和排版。为了更好理清思绪，又在图书馆徘徊。几天的准备后一步一步的尝试着设计。功夫不付有心人，几天后总算基本完成了设计课题。这次课程设计给我带来了很大的收获，让我学到了很多，在这次课程设计完毕之后，我体会颇多。从根本上使我真正认识到了做好一份课程设计并不是一件容易的事情。它不仅需要熟悉并掌握教材内容还要有很好的创新思维和动手能力。在这次设计的过程中，让我学会了以前没有学会的一些软件。总体来说，这次电源的制作是比较成功的。因为我制作的这个电源稳压系数比较的小，能够很好的保持电源输出的稳定，内阻比较的小，接负载的能力也比较的强。纹波电压也不高。让我体会最多的就是让我在所学教材内容的基础上，在实践过程中的到了更好体现和知识的运用，使理论联系实际的到了更好的结合。使我的动手能力和思维逻辑能力又有了一个新的台阶和升华。在做仿真之前，一定要通过查资料把电路中的每个元件的作用弄明白和把每个芯片的管脚的功能弄清楚，明白每个元件的各个管脚与它哪里相对应。在电路设计中，应该仔细认证，从中我们可以学到很多东西，可以提高自己发现问题解决问题的能力，使自己的动手能力有一定的提高。出现故障时要积极面对，在检查线路时一定要有耐心，不要因为麻烦就放弃。遇见错误要一步一步的按照原理图来，先一步一步的测试，然后整体测试。不要没顺序没条理，这里测一下那里测一下