电子CAD设计报告规档-12V双极性电源设计分析

电子CAD设计报告规档—12V双极性电源设计分析电子CAD设计报告规档—12V双极性电源设计分析电子CAD设计报告规档—12V双极性电源设计分析12V双极性稳压电源电子线路CAD综合训练课程设计报告题目12V双极性稳压电路学号3110431031班级电子112班学生赵锐指导教师杨媛2013年12V双极性稳压电源目录1设计任务及要求...............................................................................................................................32直流稳压电源...................................................................................................................................33电路设计...........................................................................................................................................4变压器....................................................................................................................................4整流电路................................................................................................................................5滤波电路...............................................................................................................................6稳压电路...............................................................................................................................84PCB设计........................................................................................................................................10AltiumDesignerwinter09简介.........................................................................................10原理图的绘制.......................................................................................................................114.3PCB封装的增添与绘制......................................................................................................11元器件排版PCB的生成...................................................................................................12布线、覆铜及DRC检查..................................................................................................12516Multisim简介......................................................................................................................16Multisim对所设计电路进行仿真......................................................................................16仿真结果.............................................................................................................................17618参照文件............................................................................................................................................19212V双极性稳压电源设计任务及要求设计一个输入220V沟通电压，经双路变压（两路16V）、整流、双路稳压后输出±12V直流电压电源。达成电路原理设计，元件采纳及参数计算，并达成PCB制板，进行软件仿真。直流稳压电源在电子电路及设施中，一般都需要坚固的直流电源供电，供给这类坚固的直流电能的电源就是直流稳压电源。直流稳压电源在电源技术中据有十分重要的地位。它由变压、整流、滤波、稳压四部分电路构成，如图1-1所示：T整滤稳负流波压载工频沟通脉动直流直流图1-1直流电源的方框图（1）降压变压器，它将电网220V沟通电压变换成符合需要的沟通电压，并送给整流电路，变压器的变比由变压器的副边电压确立。（2）整流电路，整流电路将沟通电压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。常用的整流滤波电路有全波整流滤波、桥式整流滤波等。（3）滤波电路，可以将整流电路输出电压中的沟通成分大部分加以滤除，进而获取比较圆滑的直流电压。（4）稳压电路，稳压电路的功能是使输出的直流电压坚固，不随沟通电网电压和负载的变化而变化。常用的集成稳压器有固定式三端稳压器与可调式三端稳压器。312V双极性稳压电源电路设计整体原理图如图3-1所示：图3-1整体电路原理图3.1变压器按设计要求，变压器为220V输入双路16V输出，考虑到负载功率的问题，应该选择功率较大的变压器，本设计中选定EI型全铜变压器220V转16V沟通35W电感变压器。35W已经圆满知足设计要乞降安全功率。原理图和PCB封装分别如图3-2和图3-3所示：图3-2变压器原理图图3-3变压器PCB封装412V双极性稳压电源3.2整流电路本次设计采纳单相桥式整流电路，它由四只二极管构成，其构成原则就是保证在变压器副边电压u2的整个周期内，负载上的电压和电流方向素来不变。整流桥如图3-4所示图3-4单相桥式整流路在u2的正半周内，二极管D1、D3导通，D2、D4截止；u2的负半周内，D2、D4导通，D1、D3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。电路的输出波形如图3-5所示：图3-5整流电路输出波形512V双极性稳压电源（1）输出电压均匀值12U2sintdtuo(AV)0（3-1）解得uo(AV)22U20.9U2（3-2）U216V则u0AV（3-3）（2）输出电流均匀值uoAV0.9U2（3-4）IoAVRLRL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均匀电流等于输出电流的均匀值的一半1ID2I0AD（3-5）电路中的每只二极管承受的最大反向电压为2U2=22.6V(U2是变压器副边电压有效值)。U反2U2（3-6）在实质电路中，考虑到电网电压的颠簸范围为10%，故在采纳二极管时，至少应当有10%的余量，选择最大整流电流IF和最高反向工作电压URM分别为：1.1IoAV（3-7）IF2URM2U21.1U反（3-8）依据IF和URM可以确立二极管，本次采纳1N4002，其最大整流电流为1.0A，最大反向电压100V，最大功耗3W，它圆满符合设计要求。3.3滤波电路整流电路的输出电压固然是单调方向的，可是还含有较大的沟通成分，不可以直接用于大部分电子电路及设施的电源。所以，在整流后，还需要设计一个滤波电路来将脉动直流电压变成圆滑的直流电压。滤波电路有很多种形式，常有的有：电容滤波电路、电感滤波电路、LC滤波电路以及RC或LC型滤波电路。表3-1为各种滤波电路的性能比较。612V双极性稳压电源表3-1各种滤波电路性能的比较性能RC或LC型电容滤波电感滤波LC滤波滤波种类u0AVU2小大大小适用途合小电流负载大电流负载适应性较强小电流负载滤波电路常用于滤去整流输出电压中的纹波。在设计中，常利用电容器两头的电压不可以突变和流过电感器的电流不可以突变的特色，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圆滑的目的。在本设计中，采纳最简单易行的电容滤波电路。如图3-1中，电容C1到C8都为滤波电容。此中小电容C3，C4，C7，C8一方面能除去PCB导线感抗对电源的影响，防备自激震荡；另一方面也能滤去电压中的高频部分。直流输出电压：u1~1.2U2(3-9)01直流输出电流：I01I2(3-10)1.1~3I2是变压器副边电流的有效值。L为负载阻值)越大，电容器放电越慢，输出电压均匀值越大。一般可选放电RC(RL时间常数RLC大于C的充电周期(3~5)倍。对桥式整流来说,C的充电周期等于沟通电网周期的一半，即11(3-11)T50HZfRLC(3~5)T，设计采纳RLC5*T(3-12)22式3-12中，T为电容的充电周期，RL为负载电阻，RLU012(3-13)I011AC5T0.0026F2.6F(3-14)2RL712V双极性稳压电源因为采纳电解电容，考虑到电网电压的颠簸范围为10%，电容的耐压值应大于1.12U224.82V。联合上边的数据，本次设计采纳了电解电容C1，C2，C5，C6，耐压值25V，3uF；C3，C4，C7，C8为陶瓷电容，容值0.1uF。3.4稳压电路固然整流滤波电路能将正弦电流电压转变成较为圆滑的直流电压，可是，一方面，因为输出电压均匀值取决于变压器副边电压有效值，所以当电网电压颠簸时，输出电压均匀值将随之颠簸；另一方面，因为整流滤波电路内阻的存在，当负载变化时，内阻的电压随之改变，于是输出电压均匀值也就随之产生相反的变化。所以，为了获取输出坚固的直流电压，经整流滤波后的直流电压必然采纳必然的稳压举措才能合适电子设施的需要。本设计采纳固定式三端稳压器。W78xx/W79xx。此中，78系列输出正电压，79系列输出负电压，xx代表所能坚固输出的电压值。它们有一系列固定的电压输出，应用特其他宽泛。每各种类因为内部电流的限制，以及过热保护和安全工作区的保护，使它基本上不会破坏。假如可以供给足够的散热片，它们便可以供给大于1.5A的输出电流。固然是依据固定电压值来设定的，可是当接入合适的外面器件后，就能获取各种不一样样的电压和电流。文中采纳W7812三正直电源稳压电路，输出坚固+12v电压；采纳W7912三端负电源稳压电路，输出坚固的-12v电压。拥有以下特色：（1）短路电流230mA,峰值电流，可是当输出电流超出1.5A时，就需要供给足够的散热片；（2）输入电压极限值35v，输出电压典型值为12V，最大值；（3）热过载保护；（4）短路保护；（5）输出晶体管安全工作区保护；78xx/79xx系列在降压电路中应注意以下事项：（1）输入输出压差不可以太大,太大则变换效率急速降低，并且简单击穿破坏；（2）输出电流不可以太大，1.5A是其极限值。大电流的输出，散热片的尺寸要足够大，不然会致使高温保护或热击穿；（3）输入输出压差也不可以太小,大小效率很差。812V双极性稳压电源LM7812/LM1912引脚散布图如图3-6所示：图3-6LM78系列引脚散布图此中，关于W7812：1端为输入端，2端为公共端，3端为输出端。关于W7912：1端为公共端，2端为输入端，3端为输出端。以下列图3-7为12V输出原理图：图3-712V输出原理图此中，正常时，输入与输出之间的电压不得低于2V。C4和C8用于实现频次补偿，防备稳压器产生高频自激和控制电路引入的高频搅乱。图3-8为原理图元件报表912V双极性稳压电源图3-8元件报表4PCB设计4.1AltiumDesignerwinter09简介AltiumDesignerwinter09是业界第一款也是独一一款一体化电子产品设计解决方案。AltiumDesignerwinter09是业界首例将设计流程、集成化PCB设计、可编程器件（如FPGA）设计和鉴于办理器设计的嵌入式软件开发功能整合在一同的产品，是一种同时进行原理图、PCB和FPGA设计以及嵌入式设计的解决法案，拥有将设计方案从见解转变成最后产品所需的所有功能。它兴盛的图形办理功能，特别友善和合理的人机交互界面，是电子设计入门的必选软件。本次课设就用它来设计原理图和PCB，图4-1展现了其优异的人机交互界面。图4-1AltiumDesignerwinter09的界面图形1012V双极性稳压电源4.2原理图的绘制在AltiumDesignerwinter09中，原理图绘制是特别简单的一件事，只需从原理图库中找到对应元器件的原理图，直接搁置就OK，假如没有现成的图库，自己画一个也是很快的。如图4-2是用AltiumDesignerwinter09画的本次设计的整体原理图。图4-212V双极性稳压电源原理图4.3PCB封装的增添与绘制把原理图画完今后，检查电气连结能否正确，今后就需要给各个器件逐一加上封装，编写各个器件的Pin属性，保证不出现系统编译错误。很多器件封装能直接在PCB封装库里找到，但也有一些器件找不到，这就需要自己画PCB封装，成立封装库，并把它增添到PCB封装库里边。如图4-3为自己画的220V输入端的PCB封装，图4-4为接线柱的实物图。图4-3220V输入端PCB封装图4-4接线柱实物图图4-57812（7912）PCB封装图4-67812（7912）实物图1112V双极性稳压电源图4-7电解电容PCB封装图7-8电解电容实物图4.4元器件排版PCB的生成所有封装增添达成，进行ERC检测无报错后，直接生成PCB，删除ROOM空间，进行手动元件布局，在不影响电路性能的基础上，尽量使他们看上去合理、雅观。图4-7为元件布局图。图4-7元件手工布局见效图4.5布线、覆铜及DRC检查排好版后，在布线以前，应先进行PCB规则设计，主要对布线规则进行设定，4-8所示：1212V双极性稳压电源图4-8PCB规则及拘束编写器依据设计要求，和PCB设计规范，主要对走线宽度、布线优先级及走线拓扑布局等做了详尽的设定，其他的规则默认系统设定。今后在PCB地区划定赞成走线范围，进行DRC检测无误后进行自动布线。如图4-9所示：图4-9布线后的PCB检查确认连线无误后，对PCB进行覆铜，泪滴，最后PCB正反面图如图4-10所示及4-11所示：1312V双极性稳压电源图4-10PCB正面图图4-11PCB反面图1412V双极性稳压电源DRC检查截图如图4-12所示：图4-12DRC检查截图到此为主，一块圆满的PCB板可以说已经绘制达成，下一步便可以投版制板了。图4-13为3D仿真图：图4-133D仿真图形1512V双极性稳压电源仿真5.1Multisim简介Multisim是一个专门用于电子线路仿真和设计的EDA工具软件，它界面形象直观、操作方便、分析功能兴盛、易学易用，惹起了广大电子设计工作者的关注，并快速获取实执行用。它仿真功能十分兴盛，可几乎100%地仿真出真切电路结果，并且在它的桌面上供给了各种各种的电子工具，如万用表、示波器、信号发生器和逻辑分析仪等，所以它不只可以供电子设计工作者使用，也可以为讲课实验使用。图5-1为Multisim11.0界面截图：图5-1Multisim界面截图5.2Multisim对所设