直流稳压电源

1、.word 可编辑.湖南工学院课程设计说明书专业名称：电气自动化学生班级：电气 1202学生姓名：谢亿学生学号：1230530232指导师：美艳本人任务：电设计与产品制作.专业.专注.word 可编辑.课题时间：2013 12月目 录第一章 绪论1.1 未来电子技术发展方向1.2 我们自动化专业人员将要从事的工作第二章 半导体直稳压电的设计2.1课程设计要求2.2整体设计方案2.3电源变压器2.4整滤波电2.5集成稳压器方案2.6整二极管的参数计算2.7 滤波电容的参数计算第三章 半导体直稳压电的仿真与制作3.1 Multisim仿真软件的简介3.2直稳压电源电的仿真电.专业.专注.word

2、可编辑.3.3仿真结果及分析3.4 PCB版的设计与制作第四章 电测试4.1 测试方法和内4.2 指标测试和测试结果第五章 数据分析和讨论5.1 数据分析5.2 结果讨论第章结束语附录 A 电图附录 B 元件清单附录 C 参考文献 1.1、未来电子技术发展方向1. 稳压电源的应用前景与介绍电源可分为交电源和直电源，它是任何电子设备可缺少的组成部 22050HZ直电源作为供电能源， 如收音机电视机、 带微处器控制的家电设备等离开这种电源， 直电源又分为两类： 一类是能直接供给直电或直电压的，.专业.专注.word 可编辑.如电池、蓄电池、太阳能电池、硅光电池、生物电池等。另一类是将交电变换成所需

3、的稳定的直电或电压的，这类变换电统称为直稳压电源。现在所而最常用的是能将交电网电压转换为稳定直电压的直电源，可见直稳压电源在电子设备中起着主要作用，为设备能够稳定工作提供保证。2.半导体体生存系统正在发生变化。随着半导体产业数十的发展，整机制造商和半导体供应商的需求和服务在发生转变3. 可靠、高效、低功耗是业界对电源系统的永久追求。从目前一些领先电源半导体制造商的解决方案来看，在中、小功应用中，提高效、低成本仍然是主要的作为；而对于大功应用来看，多相位无疑将成为主，在服务器、电通证， 相关的法规和业标准也在断出台，用先进的节能半导体技术能在电动控制、照明等主要耗电领域节 30%至 50%的能源

4、。4. 可编程技术和器件将与平台半导体解决方案形成激的竞争态势，并促进FPGA/CPLD器件密的进一步提高，以及面向特定应用的新型器的研发。快速的产品新周期和断的升级造就可编程器件的迅速发展，对于样品阶段以及一熟期的阶段，可编程器件公司的策是低成本可编程器件或类似 ASIC的掩膜器代码，并顺地进入批生产。5. EDA 工具和半导体 IP 成为半导体工业发展的重要支持。半导体工艺向90nm以及 65nm、45nm直至 32nm的进程大大增加芯片复杂，而其它需求，.专业.专注.word 可编辑.如采用 CMOS 工艺实现模拟和射频电、 DFMDFT 等，对EDA 工具提出高的要求。SiP 是半导体

5、厂商可以考虑的一种重要模式。与此同时，半导体IP，尤其是一些被业界广泛认同的内核，正成为快速推出 IC（单 IP 内核或多 IP 内核）的一条捷径。6. 模拟器件仍然无处在。数字家庭中的无线连接、新潮携数码产品中的音频电、 电源管、 信号通使模拟器件的重要性日突显，我们看到的趋势是在数字世界中创造多的模拟应用， 放大器、ADC/DAC未来，我们应该关注的是模拟及数字器件将如何断融合的发展进程。1.2、我们自动化专业人员将要从事的工作五花八门。尽管现在我们就业实的是“双向选择的政策，你选用人单位，但用人单位也在选你。谦虚、踏实、稳重是本专业毕业生在择业时的第一选择。根据近几毕业生就业的情况看，他

6、们的工作非常想，收入状况也颇为乐观。与本专业就业领域相关联的业在近来借助市场经济的搞活和对外开放程的加深，也获得飞速发展。民航、铁、融、通信系统、税务、海关等部门的自动化程越来越高， 对这一专业人才的需求将会断域、经济发展的各个环节找到发挥自己专长的想位置。 .专业.专注.word 可编辑.2.1课程设计要求一、设计实验目的通过集成直稳压电源的设计、安装和调试，要求学会：(1)选择变压器、整二极管、滤波电容及集成稳压器来设计直稳压电源；(2)掌握直稳压电的调试及主要技术指标的测试方法二、设计要求和技术指标1、技术指标：要求：输入电压为交 220V。电源输出电压为+12V、-12V、+5V、-5

7、V最大输出电为 I =500mA。L稳压系数 Sr5%，纹波电压Vop-p5mV。设计要求设计一个能输出正12V/，5V 的直稳压电源；电源变压器只做论设计完成全电论设计、计算机辅助分析与仿真、绘制电图；在万能板上制作一台直稳压电源；测直稳压电源的稳压系数；测直稳压电源的内阻；拟定测试方案和设计步骤；撰写设计报告、调试总结报告。.专业.专注.word 可编辑.三、设计提示1、设计电框图如图所示，图 2.1.1稳压电使用分离元件要有取样、选用 3DD 或 3DG 等型号；用集成电选7812 和 7912 稳压器。测稳压系数，在负载电为最大时，分别测得输入交比220V 增大和减小 10%的输出vo

8、 Sr， 当负载变时， Sr=VoV /V V 。OII测内阻，在输入交为Vo，r =V /I 。220V，分别测得负载电为 0 及最大值时的oOL纹波电压测：叠加在输出电压上的交分，一般为mV 级。可将其放VoVop-p;用可用交毫伏表测其有效值于纹波电压是正弦波，所以有有效值衡存在一定误差。2、实验仪器自耦变压器一台，数字万用表，万能板，智能电工实验台，示波器，交毫伏表四、设计报告要求1、选定设计方案；2、拟出设计步骤，画出电，分析并计算主要元件参数值；.专业.专注.word 可编辑.3、出测试数据表格。4、要求作出实物，并调试。五、设计总结1、总结直稳压电源的设计方法和运用到的主要知识点

9、，对设计方案进比较。2、总结直稳压电源主要参数的测试方法。 一、 电原直稳压电源的工作程如下：图 2.2.1 直稳压电源的方框图从图 11 我们得出直稳压电源的工作原：电接入幅值为220V、频为 50Hz 的市电 u ，通过图 11 中的电源变压器 TRIAD，将市电 220V 的电压i幅值调整为合适的电工作压值 u 。通过电源变压器 TRIAD 输送过来的交电，2再通过图 11 中的桥式整电BRIDGE，得到单方向全波脉动的直电压。由于单方向全波脉动的直电压中含有丰富的交成分，为获得平的直电压，在整电的后面加一个滤波电，以滤去交成分，图11 中的电容 C就起到这个作用；对于要求高的电，经过滤

10、波后的直电压可以直接应用，对于一些要求比较高的电。 我们在滤波电的后面再接一个稳压电，使输出的直电压加平，如集成稳压器LM7812 和 LM7912。一般来说，滤波电容 C的容比较大， .专业.专注.word 可编辑.在电容C 旁并联一只小容量电容器C 、1C ，就可有效地抑制高频干扰。 另外，稳压器在开环增益较高、负载较重的状2态下时，由于分布参数的影响，有可能产生自激，C 、C 则兼有抑制高频振荡的21作用。输出端接入电容器C 、C 、C 、C ，是为了改善瞬态负载响应特性和减小13456高频输出阻抗。 源变压器T 的作用是将电网220V 的交流电压变换成整流滤波电路所需要的交流电压Ui。

11、变压器副边与原边的功率比为P2/ P1=，式中是变压器的效率80-20效率0.60.70.80.85表2.3.1 整流电路将交流电压Ui 变换成脉动的直流电压。再经滤波电路滤除较大的纹波成分，输出纹波较小的直流电压 U1。常用的整流滤波电路有全波整流滤波、桥式整流滤波等。图2.4.1 全波整流波图2.4.2 桥式整流滤波.专业.专注.word 可编辑.各滤波电容 C满足 RL-C（35）T/2，或中 T为输入交信号周期， RL为整滤波电的等效负载电阻。图 2.4.3等效电图在稳压电源中一般用四个二极管组成桥式整电，整电的作用是将交电压 u变换成脉动的直电压 u。滤波电一般由电容组成，其作用是把

12、32脉动直电压 u UU与交I3I电压 u的有效值 U的关系为：22U 1.2)UI2在整电中，每只二极管所承受的最大反向电压为：U URM2过每只二极管的平均电为：I0.45UI DR22RR为整滤波电的负载电阻，它为电容 C提供放电通，放电时间常数 RC应满足： T 22.57812的输出电压 Uo为 12V，最小输入输出压差8V，最大输入输出压差为40V，7812的输入电压范围为： 20VUi52VUUimin/1.1=18V2.专业.专注.word 可编辑.取 U=20V,I=0.5A22变压器副边电压 PIU=10V22 2为有余地同样选择 22V变压器2.6在含稳压器 LM7812

13、 的电中的二极管选择 :由于二极管最大瞬时反向工作电压 Urm1.414U2=121.414=17V在含稳压器 LM7805的电中的二级管的选择 : 由于二极管最大瞬时反向工作电压 U 1.414U=151.414=21VRM2IN4001的反向击穿电压大于 50V,额定工作电 I=1AIomax.故整二极管选用 IN4001.2.7滤波电容的参数计算滤波电容的容可由下式估算：C=It/VCip-p式中 V 稳压器输入端纹波电压的峰-峰值；ip-pT电容 C放电时间，t=T/2=0.01SI电容 C放电电 ，可取I=I ，滤波电容C的耐压值应omaxCC大于 1.4 V。2在本实验中Sv=Vo

14、/Vo/Vi/Vi式中，Vo=9v 、V=12v、Vop-p=5mv、Sv=0.005i则V =Vop-p V / Vo Sv=1.4vii所以滤波电容.专业.专注.word 可编辑.C= It/V = I t/V =0.003636FomaxCip-pip-pC的耐压值应大于 1.4 V=21v。2同样能达到很好的滤波效果，因此采用 2200F的电容。 MultisimNI Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电板的设计工作。它包含电原图的图形输入、电 硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能。工程师们可以使用Multisim交互式地搭建电原图， 并对电进仿真。 Mult

15、isim提炼 SPICE仿真的复杂内容，这样工程师无需懂得深入的 SPICE 技术就可以很快地进捕 Multisim和虚拟仪器技术，PCB设计工程师和电子学教育工作者可以完成从论到原图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的 综合设计程。3.2.专业.专注.word 可编辑.图 3.2.1 3.3.1 输出电压的测图 3.3.1.专业.专注.word 可编辑.图 3.3.27812 与 7912 输出电压在示波器可读出分别为 11.676V 和-11.740V图 3.3.3.专业.专注.word 可编辑.图 3.3.47805 与 7905 输出电压在示波器可读出分别为 5.002V 和-5

16、.654V。 叠加在输出电压上的交分，一般为mV 级。可将其放大后，用示波器观测其峰峰值Vop-p;用可用交毫伏表测其有效值Vo图 3.3.5.专业.专注.word 可编辑.图 3.3.6LM7812 输出端的纹波电压Vo=2.004Pv.专业.专注.word 可编辑.图 3.3.7LM7912 输出端的纹波电压V=4.067pV.专业.专注.word 可编辑.图 3.3.8LM7805 输出端的纹波电压Vo=352.700FvLM7905 输出端的纹波电压交分过小，测明显。 在输入交为 220V，分别测得负载电为 0 及最大值时的Vo，r =V /OoI 。L.专业.专注.word 可编辑.

17、图 3.3.9负载电为最大值时的各稳压芯片输出端的电压示数.专业.专注.word 可编辑.图 3.3.10当负载电为时，各稳压芯片输出端的电压示数r=11.7-12.2/0.0117=42.74o1r5.00-5.00/0.005=0o1=r-11.7+12.5/0.0117=68.37-5.65+5.65/0.005=0o2=ro2= 测稳压系数，在负载电为最大时，分别测得输入交比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， 当负载变时，Sr=VoV /V V 。OII.专业.专注.word 可编辑.图 3.3.11当电源输入电压为 220V（1+10%）时的各

18、电压输出端的示数.专业.专注.word 可编辑.图 3.3.12当电源输入电压为 220V（1-10%）时的各电压输出端的示数Sr=VoV/VV。=0OIIPCB.专业.专注.word 可编辑.图 3.4.1PCB 版的三维体结构图：图 3.4.2.专业.专注.word 可编辑. 4.1（）测试方法1.仪器测法： 要用到实验仪器设备。（二）测试内容及结果1. 参数的测（1）、输出电压接通220V 5-2-1中。表 5-1 电压源输出端的测值论值 /V 测值 /V 误差11.91 0.75% -124.95 1% -5+5-5.01 0.2%误差=（论值 -测值） *100%/论值（2）内阻在输

19、入交为 220V 0及最大值时的VO法可测得电源内阻，测得数据如下：I =0.22A， V =10.50VA+ O+I =0.218A， V =10.48VA- O-根据以上数据可得电源内阻为：.专业.专注.word 可编辑.r=VI =10.50V/0.22A = 47.70A+O+r=VI =10.48V/0.218A =48.01A-O-（3）、稳压系数稳压系数是指在负载电 I T变的情况下， 输入电压的相对变0化引起输出电压的相对变化，即稳压系数S=（V/V）/（V/V） I=常数，T=常数IrOOIOS的测电如图r5-2-1所示：图 10% V=242Vi此时对应的输出电压 V 10

20、% V=198V，O1 i测此时对应的输出电压 V V=220V时对应的输出电压 VOO2i压系数S=（V/V）/（V/V）irOOi=220/（242-198）/（V -V ）/VOO1O2根据上述测方法，可对正负双电源进测试，测试数据如下：当 V=198V时，测得数据为：iV =10.12 V， V =10.09VO1+ 01-当 V=242V时，测得数据为：i.专业.专注.word 可编辑.V =10.14V， V =10.11VO2+ O2-当 V=220V时，测得数据为：iV =10.00V， V =9.98VO+ O-由以上所测数据，可得稳压系数为：S =（V /V ）/（V/V）

21、ir +O+O+i=220/（242-198）/（V -V ）/V O+O1+O2+0.00167S =（V /V ）/（V/V）ir -O-O-i=220/（242-198）/（V -V ）/V O-O1-O2-0.00168 5.1 数据分析（1）、误差计算+Vcc=（11.91-12.00）/12.00=0.75%-Vcc=15.20-12.00/12.00=27%+Vcc=（4.95-5.00）/5.00=1%-Vcc=-5.01+5.00/5.00=0.2%.专业.专注.word 可编辑.5.2 结果讨论误差原因综合分析可以知道在测试电的过程中可能带来的误差因素有：1）测得输出电时接触点之间的微小电阻造成的误差；2）电表内阻入回造成的误差；3）测得纹波电压时示波器造成的误差；4）示波器，万用表本身的准确而造成的系统误差；5）稳压芯片受温影响或者芯片够准确；6）焊点够好，造成接触，导致一些误差产生。.专业.专注.word 可编辑.在做课程设计之前曾在模电实验中接触过集成直稳压电源， 对直稳压电源的设计有一定的解。在模电实验中我们只做到基本的直稳压电源