串联型二路输出直流稳压负电源电路

1、 题目串联型二路输出直流稳压负电源电路内容及要求 一路输出直流电压-12V；另一路输出-（512V）连续可调直流稳压电源； 输出电流IOm=200mA；稳压系数Sr0.05；进度安排1. 布置任务、查阅资料、选择方案，领仪器设备： 3天； 注意：学生的设计方案需经指导老师检查通过后方可进实验室进行制作。2. 领元器件、制作、焊接：3天3调试： 3天4. 验收：1天4. 提交报告：2009-2010学年第二学期37周学生姓名： 指导地点：E楼311室 2010 年 3月 1 日任务完成2010 年 3 月 12 日考核方式系（部）主任 摘要随着电力电子技术的迅速发展，直流电源应用非常广泛，其好坏

2、直接影响着电气设备或控制系统的工作性能，目前，市场上各种直流电源的基本环节大致相同，都包括交流电源、交流变压器(有时可以不用)、整流电路、滤波稳压电路等。 课程设计的主要内容：串联二路直流稳压电源有很多优异特性，为获得可靠地直流稳压电源，一个经济可行的办法是将我国目前使用的220v电通过一定方法转换为用户所需要的直流电，我们此次实验的设计任务就是设计一串联型输出直流稳压电源电路，一路输出电压稳定的-12v电压，另一路通过电位器的调节可以输出电压从-5到-12v可调。此串联型二路直流稳压负电源已被广泛用于各种子方面的技术设计。 经过对电路的设计、修改、仿真及电路板的制作，接通电源后能输出稳定-1

3、2v的电压及从-5到-12v可调电压。本次课题设计除在美观方面处理得不够得当之外，本次电路设计完全符合全部的设计要求。 关键字：串联、二路、直流稳压、负电源、可调目录前言4第一章 设计内容及要求5第二章 系统设计方案选择6 2.1 方案一62.2 方案二7第三章 系统组成及工作原理83.1 系统组成83.2 工作原理8第四章 单元电路设计、参数计算、器件选择104.1 电源降压电路104.2 整流电路104.3 滤波电路114.4 -5V稳定电压电路124.5 -（5-12）连续可调稳压电路124.6 保护电路14第五章 实验、调试及测试结果与分析155.1 实验调试155.2 测试结果与分析

4、155.3 仿真电路图16第六章 心得体会17参考文献18附录一18附录二20前言科学技术是第一生产力，以前的三次工业革命就使我们的社会发生了翻天覆地的改变，使我们由手工时代进入了现代电子技术时代。同时，科技在国家的国防事业中发挥了重要的作用，只有科技发展了才能使一个国家变得强大。而作为二十一世纪的一名大学生，不仅要将理论知识学会，更为重要的是要将理论知识运用于实际生活当中，使理论与实际能够联系起来。电子课设是电子技术学习中非常重要的一个环节，是将理论与实践相结合的环节，是真正锻炼学生实践能力的环节。串联二路直流稳压电源有很多优异特性，如今已被广泛用于各实验室提供直流稳压电源，而且其制作简单，

5、价格便宜，花费少，得到许多需要提供直流稳压电源的实验室、工作室等地方的青睐。本次课程设计就是主要研究这种电源电路的设计。虽然在如今各个地方都能顺利利用直流稳压电源，但这一点并不能否认本专业学生们对其进行电子课程设计，因为其中对逻辑电路进行设计分析的思路仍然值得大家一起学习和研究。又因为其简单、易做、易设计，对设计材料无特别要求的特点，使得串联二路直流稳压负电源这一课题广泛用于电子课程设计当中。第一章 设计内容及要求【设计内容】 设计一串联型输出直流稳压电源电路，一路输出电压-12v，另一路通过电位器的调节可以输出电压从-5到-12v可调，使得输出电流Iom=200m A，稳压系数Sr<=

6、0.05。【设计要求】（1） 设计电路结构，选择电路元件，计算确定元件参数，画出实验原理图。（2） 自拟实验方法、步骤及数据表格，提出测试所需仪器及元器件的规格、数量，交指导教师审批。（3） 准批后进实验室进行组装、调试，并测试其主要性能及参数。第二章 系统设计方案选择2.1 方案一本方案是采用两个W7912三端稳压制作二路负电源（如图2.1）。固定式三端稳压管（W7912是由输出脚V0,输入脚Vi和接地脚GND组成的，它的稳压值为-12V，它属于CW79xx系列的稳压器，输入端接电容可以进一步的滤波，输出端也要接电容可以改善负载的瞬间影响。此方案中，一个W7912直接输出-12V的稳定电压，

7、另一个W7912输出的-12V电压作为基准电压，加上一个小于240Ohm的电阻和一个1KOhm电位器，这样就能得到-（5-12）V的可调电压。此电路的稳定性好，只是采用的电容必须要漏电流要小的钽电容，如果采用电解电容，则电容量要比其它的数值要增加10倍。又因为要求最大输出电流为200mA，稳定系数小于等于0.05，考虑到这两个因素，该方案有明显的缺陷，是不可取的。图2.1 串联型二路直流稳压电源电路（采用两个W7912三端稳压器）2.2 方案二本方案是采用了一个W7912三端稳压管和一个LM337三端可调稳压器（如图2.2）。稳定电压的那一路输出与方案一相同，另一路可调的直流电压由LM337得

8、到。由于LM337的调整段和输出端之间电压为恒定值-1.25V，可以看做是基准电压，所以由固定电阻R（应小于240Ohm）与电位器RP1组成的取样分压电路，可以用来调节输出电压，可按公式估算输出电压 ：U0=-1.25（1+RP1/R1）。这就满足了电压的连续可调。另外LM337稳压器的内部含有过流过热保护电路的功能，其输出电流可以达到1.5A。由此可见LM337的性能比和稳压稳定都比W7912三端稳压管要好。所以我们选用LM337来实现可调的电压输出。图2.2串联型二路直流稳压电源电路（采用一个LM337和一个W7912）通过两个方案的比较，发现两个方案都能达到设计的基本技术要求，但是通过全

9、面的分析及实验的可操作性的研究，第二个方案能更好地达到技术要求，所以在实际要求中选择方案二。第三章 系统组成及工作原理3.1 系统组成 本系统主要是由一个输出稳定直流电源电路和一个输出可调直流电源电路通过串联而组成的，通过稳压器LM337使电路输出负电源。 输出稳定直流电源电路：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置，它需要变压、整流、滤波、稳压四个环节才能完成。 输出可调直流电源电路：该直流稳压电源电路由降压整流电路和稳压输出电路组成，通过电位器的调节可使电压在一定范围内变化。3.2 工作原理（1）原理基本构造图电子设备一般都需要直流电源供电。这些直流电除了少数

10、直接利用干电池和直流发电机外，大多数是采用把交流电（市电）转变为直流电的直流稳压电源。直流稳压电源由电源变压器、整流、滤波和稳压电路四部分组成，其原理框图如图3.1 所示。电网供给的交流电压u1(220V,50Hz) 经电源变压器降压后，得到符合电路需要的交流电压u2，然后由整流电路变换成方向不变、大小随时间变化的脉动电压u3，再用滤波器滤去其交流分量，就可得到比较平直的直流电压uI。但这样的直流输出电压，还会随交流电网电压的波动或负载的变动而变化。在对直流供电要求较高的场合，还需要使用稳压电路，以保证输出直流电压更加稳定。（2）电路原理图图3.2 电路原理图 串联型二路直流稳压电源电路是由一

11、个LM337和一个W7912三端稳压器、一个电位器、一个电阻和若干个电容串联而成，接通电源后能够产生稳定-12V电压和一从-（5-12）V之间可调的电压。第四章 电路设计、参数计算、器件选择 4.1 电源降压电路 电网电流经过降压器变为整流所需要的电压值，变压器副边与原边的功率之比为P2/P1=n, 式中n是变压器的效率。表4-1副边功率P/vA<10 10-30 30-80 80-200效率 n 0.6 0.7 0.8 0.85 4.2 整流电路 将变压器次级交流电压u2变成单向的直流电压u3，它包含直流成份和许多谐波分量。整流电路分为单相半波整流电路、单相全波整流电路和单相桥式整流电

12、路。根据它们的优缺点的分析结果，本设计采用集成单相桥式整流电路桥式，电路采用四只二极管,接成桥式.单相桥式整流电路如图4.1(a)所示，波形图如图4.1(b)所示：  图 4.1(a) 桥式整流电路 图4.1（b）桥式整流电路波形图电路工作原理:利用二极管正向导通反向截止的工作原理,当U2为正半周时二极管D1、D3导通,D2D4截止当U2为负半周时二极管D2、D4导通, D1、D3截止。而流过负载的电流的方向是一致的,在负载形成单方向的全波脉动电压。.从而实现将交流的电压变为直流电压.主要参数：Uo=0.9*Ui脉动系数:S=0.67选管原则: If 1/2Io  

13、;  Ur     1.414U2 故选用IN4007的二极管4.3 滤波电路 电路利用电感器两端的电流不能突变的特点，把电感器与负载串联起来，以达到使输出电流平滑的目的。从能量的观点看，当电源提供的电流变化（由电源电压变化引起的）时，电容的充放电作用，使得负载电流较大时或较小时均有较佳的滤波能力。故选择10uF的电解电容 主要参数 ：滤波电路的直流输出电压U3=1.2U2 。 以上三个电路结合在一起，就是如图4.2所示的电路： 图4.2 滤波电路4.4 -5V稳定电压电路 W7912在负电源输入的情况下，可以通过内部结构的调整使得W7912的公共端和输

14、出端之间的电压恒定保持在-12V，这就可以作为电源的一路输出。 W7912的应用电路如图4.3所示：（实验中前一个电容选用0.33uF的瓷片电容，后一个选用10uF的电解电容） 实际电路如下： 注意:输入的是负电压。图4.3 -5V稳定电压电路4.5 -（5-12）V连续可调电压电路稳压电路能在电网电压和负载电流的变化时，保持输出直流电压的稳定。它是直流稳压电源的重要组成部分，决定着直流电源的重要性能指标。稳压电路的主要指标稳压系数Sr：稳压系数是在有负载固定不变的前提下，输出电压的相对变化量U0/U0与稳压电路输入电压相对变化量Ui/Ui之比，即 ： Sr= (U0/U0 )/( Ui/Ui

15、) LM337的应用电路如图4.4所示：图4.4 LM337的应用电路保持输出电压的稳定性，要求流经R1的电流要小于200mA，这就限制了电阻R1的取值。此外，还应注意：LM337在不加散热器时的最大允许功耗为2W，在加200×200×3mm散热板后，其最大允许功耗可达15W。所以取R1的阻值为100欧姆。又因为设计要求输出电压在-（5-12）V间可调。则可根据公式 U0=-1.25(1+R2/R1) 计算得电位器应该R2为1K欧姆的。 实际电路如图4.5所示： 图4.5 -（5-12）V连续可调电压电路4.6 保护电路 在稳压电路中，要采取短路保护措施，才能保证安全可靠地

16、工作。普通保险丝熔断较慢，用加保险丝的办法达不到保护作用，而必须加装保护电路。保护电路的作用是保护碉整管在电路短路、电流增大时不被烧毁。其基本方法是，当输出电流超过某一致值时，使调整管处于反向偏置状态，从而截止，自动切断电路电流。二极管保护电路，正常工作时。两个二极管都处于反向截止的状态。负载电路短路时，电容C3放电，二极管处于导通状态，放电电流从D1、C4流出，从而保护了芯片LM337 。故选择二极管为IN4007，电容为10uF。（如图4.6） 图4.6 保护电路第五章 实验、调试及测试结果与分析 5.1 实验调试在确定了电路，领好了元器件之后，首先对电路进行了布局，采取的方法是依据仿真图

17、焊接电路，逐步检查各个部位是否能正常工作，可是依照电路图焊接完成后结果一直得不到所要求的标准，于是逐个元器件检查是否运用正确，并且不断修改电路图，更换元器件，直到整块电路板都能正常工作位置。接着进行调试，先用万用表测试输出稳定电压的一部分电路，通过电压测试，发现输出电压确实是-12v，接着用万用表测试输出可调电压的电路，通过调节电位器的电阻，发现万用表电压示数确实在-5到-12v之间连续可调。由此可见，完成了基本要求，但是唯一不足的地方是：焊接得不好看，这些都是因为考虑不够全面清楚，练习实践不够所致。5.2测试结果与分析第一路：U1=-12.03V 误差为： （U1-（-12V）/（-12V）

18、=0.25%第二路：（U2=-1.25(1+R2/R1)） 表5-1R2的值（KOhm）0.8690.8450.7680.6880.6090.5310.4520.3740.294测量值U2（V）-12.28-12-11-10-9-8-7-6-5理论值（V）-12.1125-11.8125-10.85-9.85-8.8625-7.8875-6.9-5.925-4.925误差（%）1.381.591.381.521.551.431.451.271.525.3 仿真电路图图5.1 串联型二路直流稳压电源仿真电路图 在实际设计中，考虑到直接用220V的交流电压比较危险，试验中采用-15的直流电源代替降

19、压整流滤波之后的电压，这两者的误差实际上也不大，所以这样不会影响实验结果。对于保护电路，开始加上了二极管，因为在实验过程经常烧坏而去掉，由于LM337本身的性能好，去掉二极管并不会对电路的性能产生很大的影响。第六章 心得体会本次课程设计让我受益匪浅，我更加深刻的理解了课本上的知识，很多平时模棱两可的知识点都认真复习并实践了。我对电子电路设计提升了认识，我意识到我们现在，所学的知识将来都是要付诸实践的，所以一切都要从实际出发、理论联系实际，这样才能正确发挥我们所具备的能力。在这次课程设计中，我明白了课程设计的任务一般是设计，组装并调试一个简单的电子电路装置。需要我们综合运用电子技术基础课程的知识，通过调查研究、查阅资料、方案论证与选定;设计和选取电路和元器件；组装和调试电路；测试指标和分析讨论，完成设计任务。在这次课程设计中，我学会了怎样根据课题的要求去设计电路和调试电路，动手能力得到很大提高。从中我发现自己并不能很好的熟练使用我所学的模电知识。在以后学习中我要加强对使用电路的设计和选用能力，但由于电路比较