电子工艺实训“直流稳压电源设计”论文

1、电子组装实习报告 设计课题:直流稳压电源设计专业班级 :电子信息科学与技术 学生姓名 :学 号 :110302033 指导教师 :张桐设计时间 :目录一、引言 .2二、设计目的 . 错误!未定义书签。三、设计任务及要求 . 2四、实验设备及元器件 . 错误!未定义书签。五、总体设计思路 . 31.直流稳压电源设计思路 . 32.直流稳压电源原理 . 错误!未定义书签。1、直流稳压电源 . 42、整流电路 . 43、滤波电路电容滤波电路 . 54、稳压电路 . 75、设计的电路原理图 . 7六.设计方法简介 . 7七、课程设计报告总结 . 9八、 参考文献 10九、 致谢 10一、 引言随着半导

2、体工艺的发展,稳压电路也制成了集成器件。由于集成稳压器具 有体积小,外接线路简单、使用方便、工作可靠和通用性等优点,因此在各种电 子设备中应用十分普遍, 基本上取代了由分立元件构成的稳压电路。 集成稳压器 的种类很多,应根据设备对直流电源的要求来进行选择。对于大多数电子仪器、 设备和电子电路来说, 通常是选用串联线性集成稳压器。 而在这种类型的器件中, 又以三端式稳压器应用最为广泛。二、设计目的1、 学习基本理论在实践中综合运用的初步经验, 掌握模拟电路设计的基本方 法、设计步骤,培养综合设计与调试能力。2、学会直流稳压电源的设计方法和性能指标测试方法。3、培养实践技能,提高分析和解决实际问题

3、的能力。三、设计任务及要求1. 主要性能指标:(1输出电压 Vo :±1.25 - ±12V 连续可调。(2最大输出电流 Iomax=800mA(3纹波电压 Vop-p 5mV(4稳压系数 Sv 3X10-32. 设计要求:(1依据已知设计条件确定电路形式。(2计算电源变压器的效率和功率。(3选择整流二极管及计算滤波电容(4安装调试与测量电路性能,画出实际电路原理图。(5按规定的格式,写出课程设计报告。3、稳压系数 Sv (电压调整率稳压系数定义为:当负载保持不变,输出电压相 对变化量与输入电压相对 变化量之比,即:4、纹波系数定义稳压电路输入电压 U i 中的交流分量 u

4、 di 和输出电压 U o 中的交流分量 u do 之比为纹波系数 。=u di /u do四、实验设备及元件 注 :制作实物所需其它设备:电烙铁 覆铜板 焊锡 漆包线 钳子等。五、总体设计思路1.直流稳压电源设计思路(1电网供电电压交流 220V(有效值 50Hz ,要获得低压直流输L R =O OI I U /USv 常数 U /U出,首先必须采用电源变压器将电网电压降低获得所需要交流电压。(2 降压后的交流电压, 通过整流电路变成单向直流电, 但其幅度变化大 (即 脉动大 。(3脉动大的直流电压须经过滤波电路变成平滑,脉动小的直流电,即将交 流成份滤掉,保留其直流成份。(4滤波后的直流电

5、压,再通过稳压电路稳压,便可得到基本不受外界影响 的稳定直流电压输出,供给电压表。2、直流稳压电源原理(1电源变压器:是降压变压器,它将电网 220V 交流电压变换成符合需要 的交流电压,并送给整流电路,变压器的变比由变压器的副边电压确定。 (2整流电路:利用单向导电元件,把 50Hz 的正弦交流电变换成脉动的直 流电(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加以滤除, 从 而得到比较平滑的直流电压。(4 稳压电路:稳压电路的功能是使输出的直流电压稳定, 不随交流电网电 压和负载的变化而变化。1、直流稳压电源直流稳压电源是一种将 220V 工频交流电转换成稳压输出的直流电压的装

6、置,它需要变压、整流、滤波、稳压四个环节才能完成。直流稳压电源方框图图 1 直流稳压电源的方框图2、整流电路 (1直流电路常采用二极管单相全波整流电路,电路如图 3所 示 。图 2 单相桥式整流电路(2工作原理设变压器副边电压 u2= 2U2sin t , U2为有效值。 在 u2的正半周内, 二极 管 D1、 D2导通, D3、 D4截止; u2的负半周内, D3、 D4导通, D1、 D2截止。正 负半周内部都有电流流过的负载电阻 RL ,且方向是一致的。如图3 图 3单相桥式整流电路简易画法及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

7、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 。3、滤波电路电容滤波电路采用滤波电路可滤除整流电路输出电压中的交流成分,使电压波形变得平 滑。常见的滤波电路有电容滤波、电感滤波和复式滤波等。在整流电路的输出端,即负载电阻 RL 两端并联一个电容量较大的电解电容 C ,则构成了电容滤波电路,如图 4所示电路,由于滤波电容与负载并联,也称 为并联滤波电路。 图 4单相桥式整流电容滤波电路从图 3可以看出, 当 u2为正半周时 , 电源 u2通过导通的二极管 VD1、 VD3向负载 RL 供电,并同时向电容 C 充电(将电能存储在电容里,如 t1t

8、2 ,输 出电压 uo =uc u2; uo 达峰值后 u2减小,当 uo u2时, VD1、 VD3提前截 止,电容 C 通过 RL 放电,输出电压缓慢下降(如 t2t3 ,由于放电时间常数 较大,电容放电速度很慢,当 uC 下降不多时 u2已开始下一个上升周期,当 u2 >uo 时,电源 u2又通过导通的 VD2、 VD4向负载 RL 供电,同时再给电容 C 充电(如 t3t4 ,如此周而复始。电路进入稳态工作后,负载上得到如图中实 线所示的近似锯齿的电压波形,与整流输出的脉动直流(虚线相比,滤波后输 出的电压平滑多了。显然,放电时间常数 RLC 越大、输出电压越平滑。若负载开路(R

9、L= , 电容无放电回路,输出电压将保持为 u2的峰值不变。(1输出电压的估算显然,电容滤波电路的输出电压与电容的放电时间常数 =RLC有关, 应远大于 u2的周期 T ,分析及实验表明,当=RLC(35 T /2时,滤波电路的输出电压可按下式估算,即UO 1.2U2(2 整流二极管导通时间缩短了, 存在瞬间的浪涌电流, 要求二极管允许通 过更大的电流,管子参数应满足IFM >2IV=IO(3在已知负载电阻 RL 的情况下,根据式子选择滤波电容 C 的容量,即 C (35 T /2RL若容量偏小,输出电压 UO 将下降,一般均选择大容量的电解电容;电容的 耐压应大于 u2的峰值,同时要考

10、虑电网电压波动的因素,留有足够的余量。电 容滤波电路的负载能力较差,仅适用于负载电流较小的场合。4稳压电路在设计中, 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=(1.11.2U2, 直流输出电流:(I2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。5、稳压电路原理电路 六、设计方法简介(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、

11、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: 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 , 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:1.5V 12

12、V输出负载电流:1.5A能满足设计要求 , 故选用 LM317组成稳压电路。(2选择变压器的功率变压器的输出功率:Po>I2U2=14.4W(3选择整流电路中的二极管查手册选整流二极管 IN4007,其参数为:反向击穿电压 UBR=50V>17V最大整流电流 IF=1A>0.4A(4滤波电路中滤波电容的选择滤波电容的大小 Ui 可用下式求得。根据稳压电路的的稳压系数的定义:设计要求 Uo15mV ,SV0.003, Uo=+3V+9VUi=14V,代入上式,则可求得 Ui(2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

13、电压为 ,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。七、总结直流稳压电源在人们的生活和生产中的地位也越来越重要,许多的电子设 备对所需的电源也提出了更高的要求。 而这其中相当多的电子设备不能直接使用 公用电网提供的交流电源 , 而是需要稳定的直流电源,因此对直流电源的性能、 体积、 重量等的要求也不断提高, 再加上当今世界能源贫乏, 于是对稳压电源的 功率损耗也提出了更严格的要求; 同时, 电子设备种类的不断增加, 使得其对直 流电源输

14、出电压值、 电流值的需求也越来越多。 所以可调式的稳压电源应用更加 广泛。本文研究的就是可调直流稳压电源的设计和组装,在设计中仍有许多需要 改进和完善的地方, 也有许多可以扩展的地方。 这次电子组装给我的感受很深刻。 设计的过程也是学习的过程,以前的学习多重于理论方面,而且知识面不 够宽, 通过这次电子组装, 使我第一次系统全面的回顾了前面所学的课程:模拟 电路、数字电路等等 。从中我还体会到了所学理论知识的重要性:知识掌握得 越多, 设计得就更全面、 更顺利、 更好。 再有学会了怎样查阅资料和利用工具书。 由于一个人不可能什么都学过,什么都懂,更加不可能一学就通,因此,当你在 设计过程中需要

15、用一些不曾学过的东西时,就要去有针对性地查找资料。经过这次系统的电子组装,我大致地了解了对这一课题进行系统研究、设 计及制作的全过程。这些认识使我在将来的工作和学习当中都会有很大的帮助。 在往后加以吸收利用, 以提高自己的应用能力, 而且还能增长自己见识补充最新 的知识。 电子组装培养了严肃认真和实事求是的科学态度, 而且培养了吃苦耐劳 的精神以及严谨的作风,这些对我以后的工作都非常有帮助的。八、参考文献 （1）杨素行 编模拟电子技术基础简明教程,高等教育出版社,2006 年 5 月第 3 版 （2）王雅芳 著Protel99SE 电路设计与制作从入门到提高，机械工业出版 社，2011 年 4 月 （3）张新喜 著Multisim 10 电路仿真及应用，机械工业出版社，2011 年 九、致谢 致 谢 本论文的设计到完成都一直得到了张桐老师的悉心帮助和指导。 从论文的开 题、项目确立、器件选择、功能设计等方面都深深体会到张桐老师严谨的治学态 度和兢兢业业的工作态度。 他渊博的知识使我受益匪浅，接触到了不少先进的技 术和知识，获得的了不少实践经验。不管对于生活还是学习，这些知识在我的人