多路集成直流稳压电源的简单设计

word文档可自由编辑攀枝花学院本多路集成直流稳压电源的简单设计学生姓名：学生学号：院（系）：电气信息工程学院年级专业：电气工程与自动化一班指导教师：二〇一三年十二月武汉理工大学《模拟电子技术基础》课程设计说明书PAGEIIword文档可自由编辑目录摘要 ⅢAbstract Ⅳ1、方案论证和电路工作原理分析确定 Ⅴ1.1设计主要性能指标 Ⅴ1.1.1设计目的 Ⅴ1.1.2设计要求 Ⅴ1.2原理分析 Ⅵ1.3设计方案选择 Ⅶ2.单元电路原理 Ⅶ2.1电源变压器 Ⅶ2.2整流电路 Ⅶ2.3滤波电路 Ⅸ2.4稳压电路 VII3.参数计算及器件选择 X3.1集成稳压器 Ⅻ3.2选择电源变压器 Ⅻ3.3整流二极管及滤波电容器 Ⅻ4.安装与调试 Ⅻ5.课程设计心得体会 XviI6.参考文献 XviII附录Ⅰ元件清单 xix附录Ⅱ整体电路图 xx摘要直流稳压电源一般由电源变压器，整流滤波电路及稳压电路所组成。变压器把市电交流电压变为所需要的低压交流电。整流器把交流电变为直流电。经滤波后，稳压器再把不稳定的直流电压变为稳定的直流电压输出。这次课程设计是在老师指导下独立查阅资料、设计、安装和调试特定功能的电子电路。综合设计实验有助于提高我们的电子工程素质和科学实验能力。直流稳压电源有很多优异特性，为获得可靠的直流电压，一个简易的办法就是将我国目前的市电电压通过一定的方法转化为我们需要的直流电。我们此次课程设计任务就是设计一个可靠的多路直流稳压电源。本设计主要采用多路输出直流稳压构成集成稳压电路，通过变压、整流、滤波、稳压过程将220V交流电变为稳压直流电，并实现电压可在+2.06V~+18.06V可调和实现固定输出电压+12V/1A、-12V/1A、+5V/1A。关键词：直流稳压变压AbstractDcvoltagesourceofpowertransformer,generalrectifiervoltagefiltercircuitsandcircuit.Themainsacvoltagetransformertoneedlowvoltageac.Thealternatingcurrenttodirectcurrentrectifier.Thefilter,theunstablevoltagedcvoltagedcvoltageoutputtostability.Thiscourseisdesignedundertheguidanceofteachersinindependentdataaccess,design,installationandcommissioningofthespecificfunctionofelectroniccircuit.Theintegrateddesignexperimentstoimproveourelectronicengineeringqualityandscientificexperimentability.Dcvoltagestabilizerhasmanyexcellentproperties,forobtainreliabledcvoltage,asimplemethodistopresentthemainsvoltagethroughcertainmethodintoourneeds.Ourmissionistodesignthecurriculumdesignofareliablewayofdcvoltagestabilizer.Thisdesignismainlyadoptsmultipleoutputvoltagedcvoltagecircuit,throughtheintegrationofcomposition,rectifiervoltageregulator,filtering,willbecomevoltagedc,ac220Vvoltageandrealizein+2.06V~+18.06Vharmonizablefixedoutputvoltage+12v/1A,-12V/1A,+5V/1A.Keywords:dcvoltagevariablepressure1、方案论证和电路工作原理分析确定1.1设计主要性能指标1.1.1设计目的1、了解电源设计的思路。2、理解电源设计方法。3、熟悉电源电路的设计特性及测试方法。1.1.2设计要求：设计一个输入220V交流，输出+5V、+12V、-12V、-12V～18V的多路直流稳压电源，并测出下列电源参数：1.稳压系数K：K=ΔUo/ΔUi2.相对稳压系数S：S=(ΔUo/Uo)(/ΔUi/Ui)3.电压稳定度（voltagestability）:Sv=ΔUo/Uo4.输出电阻（也称等效内阻或内阻〕：Ro=ΔUo/ΔIL5.最大纹波电压：6.纹波系数γ(％)：γ=Urms/Uo*100%7.纹波电压抑制比：纹波电压抑制比是指在规定的纹波频率(例如50Hz)下，输入电压中的纹波电压Ui～与输出电压中的纹波电压Uo～之比、即纹波电压抑制比=Ui～/Uo～1.2原理分析原理图在电子电路中，通常都需要电压稳定的直流电源供电。小功率的稳压电源的组成如下图所示，它由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四部分组成。响；纹波电压是指稳压电路输直流稳压电源的技术指标特性指标：输入电压、输出电压、输出电流、输出电压范围质量指标：稳压系数、温度系数、输出电阻、纹波电压，它们的定义式为：其中稳压系数γ的定义是负载固定时输出电压的相对变化量与稳压电路的输入电压的相对变化量之比。温度系数ST是反映温度变化对输出电压的影响；输出电阻RO反映负载电流变化对输出电压的影出端交流分量的有效值，它表示输出电压的微小波动。可见，上述系数越小，输出电压越稳定。（1）交流电压变换部分。一般的电子设备所需的直流电压较之交流电网提供的220V电压相差较大，为了得到输出电压的额定范围，就需要将电网电压转换到合适的数值。所以，电压变换部分的主要任务是将电网电压变为所需的交流电压，同时还可以起到直流电源与电网的隔离作用。（2）整流部分。整流电路的作用，是将变换后的交流电压转换为单方向的脉动电压。由于这种电压存在着很大的脉动成分（称为纹波），因此一般还不能直接用来给负载供电，否则，纹波的变化会严重影响负载电路的性能指标。（3）滤波部分。滤波部分的作用是对整流部分输出的脉动直流电进行平滑，使之成为含交变成分很小的直流电压。也就是说，滤波部分实际上是一个性能较好的低通滤波器，且其截止频率一定低于整流输出电压的基波频率。（4）稳压部分。尽管经过整流滤波后电压接近于直流电压，但是其电压值的稳定性很差，它受温度、负载、电网电压波动等因素的影响很大，因此，还必须有稳压电路，以维持输出直流电压的基本稳定。1.3设计方案选择采用电源变压器、整流滤波电路和稳压电路。其中稳压电路是采用集成电路7805和7905稳压器实现+5V、-5V输出，采用317集成电路实现+2.06~+18.06V输出，采用7812和7912实现+12V、-12V输出。将此方案与其他任何方案进行对比，可以发现此方案结构简单，所用元件数目较少，且容易调试。综合各方面因素，此方案最好。2.单元电路原理2.1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。副边与原边的功率比为P2/P1=η，式中η是变压器的效率[2]。2.2整流电路：桥式整流属于全波整流，它不是利用副边带有中心抽头的变压器,而是用四个二极管接成电桥形式，使在电压V2的正负半周均有电流流过负载，在负载形成单方向的全波脉动电压。主要参数：

2.3滤波电路：从上面的分析可以看出，整流电路输出波形中含有较多的纹波成分，与所要求的波形相去甚远。所以通常在整流电路后接滤波电路以滤去整流输出电压的纹波。滤波电路常有电容滤波，电感滤波和RC滤波等。1、电容滤波电路图10.5分别是桥式整流电容滤波电路和它的部分波形。这里假设t<0时，电容器C已经充电到交流电压V2的最大值（如波形图所示）。结论1：由于电容的储能作用，使得输出波形比较平滑，脉动成分降低输出电压的平均值增大。当RLC的值适当，且整流电路的内阻较小（几欧）时，结论2：从图10.6可看出，滤波电路中二极管的导电角小于180o,导电时间缩短。因此，在短暂的导电时间内流过二极管很大的冲击电流，必须选择较大容量的二极管。在纯电阻负载时：有电容滤波时：结论3：电容放电的时间τ=RLC越大,放电过程越慢，输出电压中脉动（纹波）成分越少，滤波效果越好。一般取τ≥（3～5）T/2，T为电源交流电压的周期。2.4稳压电路：三、三端集成稳压电路1、三端固定式集成稳压器的封装和引脚功能以7800系列和7900系列为例,其封装形式和引脚功能如图所示。应用时必须注意引脚功能，不能接错,否则电路将不能正常工作，甚至损坏集成电路。4、三端可调双电源稳压电路图10.20是由LMl17和LM137组成的正、负输出电压可调的稳压器。电路中的VREF=V31(或V21)=1.2V，R1和R1'=(120~240)Ω,为保证空载情况下输出电压稳定，R2和R2'不宜高于240Ω。R2和R2'的大小根据输出电压调节范围确定。该电路输入电压们分别为±25V，则输出电压可调范围±(1.2V~20V)。3.参数计算及器件选择3.1集成稳压器集成稳压器的输出电压为U0应与稳压电源要求的输出电压的大小及范围相同。稳压器的最大允许电流ICM<I0max，对于固定式稳压器，输入电压Ui应比输出电压U0至少大2.5~3V，而对于可调式稳压器的输入电压Ui的范围为U0max+(Ui-U0)min≦Ui≦U0min+(Ui-U0)max式中，U0max——最大输出电压；U0min——最小输出电压；（Ui-U0）min——稳压器的最小输入输出压差；（Ui-U0）max——稳压器的最大输入输出压差。3.2选择电源变压器U0max+(Ui-U0)min≦Ui≦U0min+(Ui-U0)max即18.06V+3V≦Ui≦2.06V+40V取21V≦Ui≦43VU2≧Uimin/1.1=19.1V变压器副边电流I2≧Iomax=1A则变压器的副边输出功率P2≧19.1W为留有余地，故选用功率为25W的变压器所以变压器选用12V/25W双输出变压器即可。3.3整流二极管及滤波电容器整流二极管VD2的反向击穿电压URM应满足:URM>EQ\R(,2)U2其额定工作电流应满足：IF>I0max实际电路中选用整流器。滤波电容C的容量可由下式估算：C=Ict/△Uip-p式中，△Uip-p——稳压器输入端纹波电压的峰-峰值；t——电容C放电时间，t=T/2=0.01S;Ic——电容C放电电流，可取Ic=I0max，滤波电容C的耐压值应大于EQ\R(,2)U2。.4.安装与调试（1）安装：理论上首先应在变压器的副边接入保险丝FU，一防止电源输出端损坏变压器或其它器件，其额定电流要略大于1A，选FU为2A的保险丝。集成稳压器LM317要加适当大小的散热片。先装集成稳压电路，再装整流滤波电路，最后安装变压器。安装一级测试一级。稳压电路组要测试集成稳压器是否正常工作。输入端直流电压时，调节,输出电压随之变化，说明稳压电路工作正常。整流滤波电路组要检查整流二极管是否接反，安装前要用万用表测量其正、反向电阻。安装后接入电源变压器，整流输出电压应为正，否则会损坏稳压器。断开交流电源，将整流滤波电路与稳压电路连接好，再接通电源，输出电压为规定值，说明各级电路均正常工作，可以进行性能指标的测试。安装时注意不要将太多锡丝弄到电路板上，以免出现短路的情况，避免虚焊，尽量一次到位，以免电路板上的镀铜脱落影响后面的焊接工作。尽量将实物摆放在一边，线则布在另一面，且布线时尽量让线横竖有一定的布局，保持电路板的整体美观。（2）调试：调试时将变压器接入220V交流电，将直流电压表接入电路中，然后调节RW，观察其输出电压。在做观察纹波这一步时可选用示波器来完成。将输出电压接在示波器上，观察示波器显示的波形，并调节示波器的旋钮，记录最大波纹值，并与设计要求相比较，看是否符合要求，若不符和，则改进电路。对于输出±5、±12V的电路，亦进行类似处理，一级一级测量，若不符合要求则进行检查改进电路。第一次实际测量时LM317所属的电路能正常工作，但LM7812和LM7912所属的电路有问题，+12V可以正常输出，但-12V不能正常输出，用万用表测量发现输出只有零点几伏，随后经仔细检查发现有虚焊，重新焊接后，再测量发现可以正常输出-12V，故障排除！(1)稳压系数Ui1Ui2Ui3Ui4220222ΔUi0.61V0.413V0.4V0.601VUo1Uo2Uo3Uo4220222ΔUo0.048V0.014V0.001V0.033VK=ΔUo\ΔUiK1=ΔUo1\ΔUi1=0.048\0.61=0.079K2=ΔUo2\ΔUi2=0.014\0.413=0.033K3=ΔUo3\ΔUi3=0.001\0.4=0.0025K4=ΔUo4\ΔUi4=0.033\0.601=0.055(2)电压稳定度Sv=ΔUo\UoSv1=ΔUo1\Uo1=0.048\5.043=0.0095Sv2=ΔUo2\Uo2=0.014\11.953=0.0017Sv3=ΔUo3\Uo3=0.001\-12.535=-0.00008Sv4=ΔUo4\Uo4=0.033\\18.056=0.0018(3)输出电阻Il1Il1Il3Il4220222ΔIl0.185A0.264A0.0098A0.377ARo=ΔUo\ΔIlRo1=ΔUo1\ΔIl1=0.048\0.185=0.259ΩRo2=ΔUo2\ΔIl2=0.014/0.264=0.053ΩRo3=ΔUo3\ΔIl3=0.001\0.0098=0.102ΩRo4=ΔUo4\ΔIl4=0.033\0.377=0.087Ω(4)最大纹波电压1234220Up-p1.64mv1.42mv3.61mv3.04mvUrm=Up-vUrm1=Up-p=1.64mVUrm2=Up-p=1.42mVUrm3=Up-p=3.61nVUrm4=Up-p=3.04mv5.课程设计心得体会本次设计，由于之前做过用LM317设计一个正的连续可调电源的实验，但那次实验失败了？！而自己掌握的比较差，但我仔细看了看课本，所以在设计此次电源时，我脑海中就有了最初的单元电路，翻模电课本在结合自己的设计之后我完成了自己的设计，但是在装电路的时候并不是我想象的那样，出现了一些的问题，要一级一级的查总之，你可以在实践中去体会成功，比如电路板焊好的那一刻，比如查出一处自己找了好久的错误，都可以让自己欣喜不已，可是有时又很打击人，左看右看就是发现不了自己到底是哪一处出了岔子，电压为什么不变在自己的电路图实在是查不出错误出时？通过本次设计，懂得了制作过程中电路处理的方法，并了解了直流稳压电源的系统方案论证与选择和各模块方案设计与论证，让我们更进一步的了解到直流稳压电源的工作原理以及它的要求和性能指标，也让我们认识到在此次设计电路中所在的问题；而通过不断的努力去解决