直流穩(wěn)壓電源設(shè)計論文

1、課程設(shè)計名稱：題目:直流穩(wěn)壓電源設(shè)計電壬技術(shù)課程設(shè)計專業(yè)：自動化班級：09 7 班姓名：高慶學(xué)號：0916030108遼寧工程技術(shù)大學(xué)課程設(shè)計成績評定表學(xué)期2010-2011學(xué)年第2學(xué)期姓名高慶專業(yè)自動化班級09-07課程名稱電了課程設(shè)計設(shè)計題0直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計評 定 標(biāo) 準(zhǔn)評定指標(biāo)分值得分知識創(chuàng)新性20理論正確性20內(nèi)容難易性15結(jié)合實際性10知識掌握程度15書寫規(guī)范性10工作量10總成績100評語：任課教師馬耀明時間 2011年6月24 h備注直流穩(wěn)壓電源設(shè)計一、設(shè)計任務(wù)與要求1. 輸出電壓可調(diào)：uo=+3v+9v2. 最大輸出電流:iomax二800ma3. 輸出電壓變化量：a vop

2、_pw5mu4. 穩(wěn)壓系數(shù)：svoxlo-3一、方案設(shè)計與論證穩(wěn)壓電源由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路四個部分組成，如圖1所示。(a)穩(wěn)壓電源的組成框圖uiu2iu3 ,u卩0(b)整流與穩(wěn)壓過程圖1穩(wěn)壓電源的組成框圖及整流與穩(wěn)壓過程方案一：單相半波整流電路：單相半波整流簡單，使用器件少，它只對交流電的一半波形整流，只要橫軸上面的半波 或者只要下面的半波。但由于只利丿ij 了交流電的一半波形，所以整流效率不高，而冃整流電 壓的脈動較大，無濾波電路時，整流電壓的直流分量較小，vo=0.45vi,變壓器的利用率 低。方案二單相全波整流電路:使用的整流器件較半波整流時多一倍，整流電壓脈動較

3、小，比半波整流小一半。無濾波 電路時的輸出電壓vo=0.9vi,變壓器的利用率比半波整流時高。變壓器二次繞組需屮心抽 頭。整流器件所承受的反向電壓較高。方案三：單相橋式整流電路：使用的整流器件鮫金波整流時多一倍，整流電壓脈動與全波整流相同，每個器件所承受 的反向電壓為電源電壓峰值，變壓器利用率較全波整流電路高。綜合3種方案的優(yōu)缺點:決定選用方案三。三、單元電路設(shè)計與參數(shù)計算整流電路采用橋式整流電路，電路如圖2所示。在u2的正半周內(nèi)，二極管di、d2導(dǎo) 通，d3、d4截止；u2的負(fù)半周內(nèi)，d3、d4導(dǎo)通，di、d2截止。正負(fù)半周內(nèi)部都有電流 流過的負(fù)載電阻rl，且方向是一致的。電路的輸出波形如圖

4、3所示。在橋式整流電路中，每個二極管都只在半個周期內(nèi)導(dǎo)電，所以流過每個二極管的平均電 流等于輸出電流的平均值的一半，即i（ = |u電路中的每只二極管承受的最大反向電壓為 屁2（5是變壓器副邊電壓有效值）。在設(shè)計中，常利用電容器兩端的電壓不能突變和流過電感器的電流不能突變的特點，將 電容器和負(fù)載電容并聯(lián)或電容器與負(fù)載電阻串聯(lián)，以達(dá)到使輸出波形基本平滑的冃的。選擇 電容濾波電路后,直流輸出電壓:uol=（l. 11.2）u2,直流輸出電流：你產(chǎn)討紡（】2是變壓 器副邊電流的有效值。），穩(wěn)壓電路可選集成三端穩(wěn)壓器電路?？傮w原理電路見圖4。1n40012200uf/25v圖4穩(wěn)壓電路原理圖4vd4u

5、2 yora3. 1選擇集成三端穩(wěn)壓器因為要求輸出電壓可調(diào)，所以選擇三端可調(diào)式集成穩(wěn)壓器?？烧{(diào)式集成穩(wěn)壓器，常見主 要有cw317、cw337、lm317、lm337- 317系列穩(wěn)壓器輸出連續(xù)可調(diào)的正電壓，337系列 穩(wěn)壓器輸出連可調(diào)的負(fù)電壓，可調(diào)范圍為1.2v37v,最大輸出電流乙喚為l5a。穩(wěn)壓內(nèi)部 含有過流、過熱保護(hù)電路，具有安全可靠，性能優(yōu)良、不易損壞、使用方便等優(yōu)點。其電壓 調(diào)整率和電流調(diào)整率均優(yōu)于固定式集成穩(wěn)壓構(gòu)成的可調(diào)電壓穩(wěn)壓電源丄m317系列和1m337 系列的引腳功能相同，管腳圖和典型電路如圖4和圖5.亠c0uf圖4管腳圖圖5典型電路輸出電壓表達(dá)式為:式中，1.25是集成穩(wěn)

6、壓塊輸出端與調(diào)整端z間的固冇參考電壓匕”，此電壓加于給定電 阻&兩端，將產(chǎn)生一個恒定電流通過輸出電壓調(diào)節(jié)電位器rp1,電阻尺常取值120g240q, 在這里，因為只買到1ok的電位器，再串聯(lián)一個r2,根據(jù)lm317輸出電壓表達(dá)式，?。?rl=2.2k,r2=2ko我們rp1般使川精密電位器，與其并聯(lián)的電容器c可進(jìn)一步減小輸出電 壓的紋波。圖屮加入了二極管d,用于防止輸出端短路時10嚇人電容放電倒灌入三端穩(wěn)壓 器而被損壞。lm317其特性參數(shù)：輸出電壓可調(diào)范圍：1.2v37v輸出負(fù)載電流:1.5a輸入與輸出工作壓差 u=ui-uo： 340v能滿足設(shè)計要求，故選用lm317組成穩(wěn)壓電路。

7、3. 2選擇電源變壓器電源變壓器的作用是將來口電網(wǎng)的220v交流電壓5變換為整流電路所需耍的交流電壓 u2o電源變壓器的效率為：其中：£是變壓器副邊的功率，人是變壓器原邊的功率。一般小型變壓器的效率如表1所示：表1小型變壓器的效率副邊功率馬< 0va1030va3080va80200va效率0.60.70.80.85因此，當(dāng)算出了副邊功率£后，就可以根據(jù)上表算出原邊功率片。由于lm317的輸入電壓與輸出電壓差的最小值（u, - uo ）min = 3v，輸入電壓與輸出電壓差的最大值(/, - (/jniax = 40v，故lm317的輸入電壓范圍為:% +(/ -匕)

8、斷 <uf< % +(/ -/幾即 9v + 3v<(/z < 3v + 40v12v<ut <43vu i?4,晉=仃=取2=i2v變壓器副邊電流：z2> z,max = 0.8a ,取i2 =1a,因此，變壓器副邊輸出功率：p2 > i2u2 = nw由于變壓器的效率7 = 0.7,所以變壓器原邊輸入功率pi>1yrj=17aw ,為留有余 地，選用功率為20w的變壓器。3. 3選用整流二極管和濾波電容in4001的反向擊穿電壓ukm > 50v ,額定工作電流/d =m>zoinax,故整流二極管選用in400u3. 4濾

9、波電容可求得:at/,=_ 0,005x12一 9x3x10= 2.2v根據(jù) uo=9v,t7/=12v,at7op_p= 5mv,sv =3x10和公式sv =/|匚=常數(shù)5at/,所以，濾波電容:0.8x x =0.003636f = 3636"50 22.2電容的耐壓要大于42u2 =qx12 = 17v,故濾波電容c収容量為4700/f,耐壓為 25v的電解電容。四、總原理圖及元器件清單1 總原理圖、pcb圖fuseiaac-12vswcon31n4001r411cl47130ufd7.led1n4001d6nin4001ulm317t3vin g*-vout2r1in40(

10、)121:1jo123jc5>10kd7c9o.lufloufrlufjdcj.2412vr32 2kl11.元件清單元件序列型號元件參數(shù)值數(shù)量備注ji變壓器12v1實際輸入電壓大于12vdi d2 d3 d4 d5 d6二極管 1n4001urm > 50v , 1a6也可用1n4007d7發(fā)光一極管1fush熔斷絲1a1cl c2電解電容4700uf/25v2c5電解電容0 luf1c9電解電容1uf/25v1c7電解電容10uf/25v1sw開關(guān)1r3電阻2. 2kq1r4電阻ik1r1電阻2kq1r2電位器10k1u三穩(wěn)壓器lm317可調(diào)范圍1.2 v37 v1五、女裝與調(diào)

11、試（使用multisim調(diào)試）按pcb圖所示，制作好電路板。安裝時，先安裝比較小的元件，所以先安裝整流電 路，再安裝穩(wěn)壓電路，最后再裝上濾波電路（電容）。安裝時要注意，二極管和電解電容的 極性不要接反。經(jīng)檢查無誤后，才將電源變壓器為整流濾波電路連接，通電后，用萬用表檢 查整流后輸出lm317輸入端電壓ui的極性，若u】的極性為負(fù)，則說明整流電路沒有接對, 此時若接入穩(wěn)壓電路，就會損壞集成穩(wěn)壓器。然后接通電源，調(diào)節(jié)rw的值，若輸出電壓 滿足設(shè)計指標(biāo)，說明穩(wěn)壓電源中各級電路都能正常工作，此吋就可以進(jìn)行各項指標(biāo)的測試。 因在multisim沒冇lm317元件，故用同一系列的lm117代替。u2電位器

12、r2取最大值時，uo=9088v tu21042 n d 1 .電位器r2取最小值時,uo=2983v t白耦變壓器io電流表u。電壓表 rl電位器在0到10k之間，輸出電壓連續(xù)可調(diào)：約為3vtv。六、性能測試與分析1 輸出電壓與最大輸出電流的測試測試電路如圖5所示。一般情 況下，穩(wěn)壓器正常t作時，其輸出 電流io耍小于最大輸出電流/.max, 取 /0 = 0.6a ,可算出 rl=20 q ,工作時rl上消耗的功率為:pl =uoio =9x0.7 = 6.3w故/?厶取額定功率為10w,阻值為20q的電位器。圖5穩(wěn)壓電源性能指標(biāo)的測試電路測試時，先使心=200,交流輸入電壓為220v,用

13、數(shù)字電壓表測量的電壓值就是5。然后慢慢調(diào)小位,直到u。的值下降5%,此時流經(jīng)心的電流就是/°max，記下/曲后,要馬上調(diào)大尺厶的值，以減小穩(wěn)壓器的功耗。r5 (rl) =20 歐姆，uo=878v io=438.979ma tc2.-8.332 vr1 2；2k；c7 10uf聽ag嚴(yán) d? 1n4001.u1lm117hvhvuiib.t-x urnx14m1 xmm27勺846 644 rr ad2 . 1n4：d1u21_amp12-vrms 50 h2 odegr4lk： ,±rl30nfr2* - lootr5uo 下降 5% （8.332v）時，io=846.6

14、44ma,§卩 lomax=io. f2. 紋波電壓的測試用示波器觀察u°的峰峰值，（此吋y通道輸入信號采用交流耦合ac）,測量auop-p 的值（約兒mv）。oscilloscopexsc1由示波器得出：u°p_p=io6。845uv3. 穩(wěn)壓系數(shù)的測量按圖5所示連接電路，在s =2209時，測出穩(wěn)壓電源的輸出電壓u。然后調(diào)節(jié)自耦變壓器使輸入電壓ux = 242v，測岀穩(wěn)壓電源對應(yīng)的輸出電壓u"；再調(diào)節(jié)自耦變壓器使輸入電壓s =198 測出穩(wěn)壓電源的輸出電壓u°2。則穩(wěn)壓系數(shù)為:/ /£ _ 5 /_220 幾-仏 & _5

15、 人-%v_ aa " 242-198 廠兒廠/5因為，在本調(diào)試屮，無法得到白耦變壓器，所以只能把電壓歸算到降壓器的輸出電壓(ui):u1=198v,ul=220v,u1=242v,ui=10.8vui= 12.0vui=13.2vui=12 吋，uo=8.726v t1to.o 2 n 一1ui= 10.8v 時，uo=872v tui=132v 時，uo=8.740v t所以，穩(wěn)壓系數(shù):-3笛腭。=0522設(shè)計要求測試結(jié)果誤差分析uo二+3v+9v2.983v -9.088v0.01%iomax=800ma846.644ma0.05%a vop_pw5mv106。845uv106

16、. 845uv < < 5mvsv3xw30.00222%在允許的誤差范圍內(nèi)，本設(shè)計已達(dá)到要求。七、結(jié)論與心得經(jīng)過一個多月的努力，終天完成的這個設(shè)計。從選題到畫圖制板花了差不多一個星期的 時間，后面的調(diào)試占了人部分的時i'可。由于沒有找到示波器，所以調(diào)試時，除了測試電壓電 流用到實物外，其他參數(shù)測試只能在仿真軟件下進(jìn)行的。在這里選用了 multisim進(jìn)行仿真, 雖然multisim不是很難學(xué)，但rfl于自己對multisim還沒冇熟練的掌握，仿真過程中還是會 有一定的課差。在實際做成的電路板中，由于買不到等值參數(shù)的元件，測雖出來的性能指標(biāo)參數(shù)難免會 有一定的誤差，對元件封

17、裝的不了解，也造成了銅板的浪費。第一次做成的板子，由于沒有 注意到protel給出的lm317的原理圖管腳，花費了大量的時間去調(diào)試。正確的管腳為:1腳 為調(diào)整，2腳為輸出，3腳為輸入。焊板的時候，不要對看3d來焊，應(yīng)以pcb為基準(zhǔn)。3d 圖雖然形象的把電路板模擬出來了，但與實物還有有很人的差別的，特別是二極管，電解電 容，極性錯亂，而h冇很多圖沒冇樣板。還冇，12v的變壓器輸入的電壓會比12v高一些 的。雖然輸出電壓增加或減少由lm317的調(diào)整腳上的串聯(lián)電位器(r2)來控制，但是并聯(lián) 在lm317調(diào)整腳和輸出腳上的電阻r1也可改變輸岀電壓的最小值。木次的課程設(shè)計，培養(yǎng)了我們綜合應(yīng)用課木理論解決實際問題的能力；我覺得課程設(shè)計 對我們的幫助是很大的，它需要我們將學(xué)過的理論知識與實際系統(tǒng)地聯(lián)系起來，加強(qiáng)我們對 學(xué)過的知識的實際應(yīng)用能力！在設(shè)計的