串聯(lián)型連續(xù)可調(diào)直流穩(wěn)壓正電源電路

1、欽州學(xué)院模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告串聯(lián)型連續(xù)可調(diào)直流穩(wěn)壓正電源設(shè)計(jì)院系專業(yè)學(xué)生班級(jí)姓名學(xué)號(hào)指導(dǎo)教師單位物理與電子工程學(xué)院指導(dǎo)教師姓名 _指導(dǎo)教師職稱講師_20132013 年 1010 月串聯(lián)型連續(xù)可調(diào)直流穩(wěn)壓正電源電子信息工程專業(yè)2010級(jí)指導(dǎo)教師摘要：根據(jù)設(shè)計(jì)的指標(biāo)和要求，以集成三端穩(wěn)壓管為核心，構(gòu)成穩(wěn)壓電路，加上 電源變壓、整流濾波網(wǎng)絡(luò)，設(shè)計(jì)出集成直流穩(wěn)壓電源。市電220V由電源變壓器變壓為24V后，經(jīng)橋式整流電路整流和電容濾波， 便可接三端穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓電路得到所需 的連續(xù)可調(diào)直流穩(wěn)壓正電源。 本系統(tǒng)工作可靠， 性能穩(wěn)定，電路簡(jiǎn)單， 還具有防反接、 過流保護(hù)功能。經(jīng)測(cè)試，本系統(tǒng)動(dòng)能完善，很

2、好的實(shí)現(xiàn)了各項(xiàng)設(shè)計(jì)指標(biāo)。關(guān)鍵詞 ：串聯(lián)，電源，可調(diào)，穩(wěn)壓設(shè)計(jì)目的:（1）進(jìn)一步掌握模電電子技術(shù)課程所學(xué)的理論知識(shí)。（2）熟悉幾種常用穩(wěn)壓電源芯片，并掌握其工作原理，進(jìn)一步學(xué)會(huì)使用其進(jìn)行 電路設(shè)計(jì)。（3）掌握Multisim仿真軟件的使用。（4）學(xué)習(xí)Altium Designer基本知識(shí)，并運(yùn)用其繪制電源sch原理圖和PCB圖;（5）掌握電子電路板制作的全過程，實(shí)現(xiàn)電源的制作；（6）懂得測(cè)量電源相關(guān)各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，完成系統(tǒng)調(diào)試。設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)與要求:（1）基本功能設(shè)計(jì)制作一串聯(lián)型連續(xù)可調(diào)直流穩(wěn)壓正電源電路。（2）基本要求1輸出直流電壓1.5s10V可調(diào)；2輸出電流lOm=300mA（有電流擴(kuò)展功能）

3、3穩(wěn)壓系數(shù)Sr0.05;目錄前言.11串聯(lián)型連續(xù)可調(diào)直流穩(wěn)壓正電源.11.1設(shè)計(jì)方案.11.2設(shè)計(jì)所需要元件 .22設(shè)計(jì)原理.22.1電源變壓部分 .32.2橋式整流電路部分 .32.3電容濾波電路部分 .42.4直流穩(wěn)壓電路部分 .52.5原理及計(jì)算 .54.2.2.電路仿真.62電路仿真.64.2.3.電路連接測(cè)試.73安裝焊接.73測(cè)試.9使用儀器 .9測(cè)試結(jié)果.94.2.4.設(shè)計(jì)體會(huì).9參考文獻(xiàn).10欽州學(xué)院本科課程設(shè)計(jì)1刖言在電子系統(tǒng)（如電視接收機(jī)、VC機(jī)、組合音響等）都要求用穩(wěn)定的直流電源，而 日常生活中使用的都是220V交流電源，因此，需將交流電變換成直流電.將交流電壓 變換成直

4、流電壓并使之穩(wěn)定的設(shè)備就是直流穩(wěn)壓電源.直流穩(wěn)壓電源一般由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路組成，基本框圖如圖1所示。在很多場(chǎng)合，都需要具有足夠調(diào)壓范圍和帶負(fù)載能力的直流穩(wěn)壓電源電路，要求輸出電壓連續(xù)可調(diào)；所選器件和電路必須達(dá)到在較寬范圍內(nèi)輸出電壓可調(diào)； 輸出電壓應(yīng)能夠適應(yīng)所帶負(fù)載的 啟動(dòng)性能；此外，電路須簡(jiǎn)單可靠，能夠輸出較大電流。圖 1 直流穩(wěn)壓電源1設(shè)計(jì)思想及原理設(shè)計(jì)方案方案一 晶體管串聯(lián)式直流穩(wěn)壓電路。電路框圖如圖1.1a所示，該類電路中，輸 出電壓Uo經(jīng)取樣電路取樣后得到取樣電壓，取樣電壓與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較得到誤差電 壓，該誤差電壓對(duì)調(diào)整管的工作狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整， 從而使輸出電壓發(fā)

5、生變化，該變化與 由于供電電壓uI發(fā)生變化引起的輸出電壓的變化正好相反， 從而保證輸出電壓Uo為恒 定值（穩(wěn)壓值）。在基準(zhǔn)電壓處設(shè)計(jì)輔助電源，用于控制輸出電壓能夠從0 V開始調(diào)節(jié)。單純的串聯(lián)式直流穩(wěn)壓電源電路很簡(jiǎn)單，但增加輔助電源后，電路比較復(fù)雜，由于都 采用分立元件，電路的可靠性難以保證。圖 1.1a 串聯(lián)式穩(wěn)壓電源電路串聯(lián)型連續(xù)可調(diào)直流穩(wěn)壓正電源的設(shè)計(jì)2方案二開關(guān)穩(wěn)壓電源電路。功耗小，效率高，但電路復(fù)雜，紋波較大，存在開 關(guān)干擾，它產(chǎn)生的交流電壓和電流通過電路中的其他元器件產(chǎn)生尖峰干擾和諧振干 擾，此外由于開關(guān)穩(wěn)壓電源振蕩器沒有工頻變壓器的隔離，這些干擾就會(huì)串入工頻電網(wǎng)，使附近的其他電子儀

6、器、設(shè)備和家用電器受到干擾。方案三 采用三端集成穩(wěn)壓器電路。電路框圖如圖1.1b所示，一般采用輸出電 壓可調(diào)且內(nèi)部有過載保護(hù)的三端集成穩(wěn)壓器，輸出電壓調(diào)整范圍較寬，穩(wěn)定性高， 紋波小，可靠性高，易做成多路，且電路所用器件較少，成本低，電路簡(jiǎn)單，組裝 方便。綜上所述，采用方案三設(shè)計(jì)所需的元件LM117/LM317有三條引腳輸出，分別是調(diào)節(jié)端、輸TO- 220的標(biāo)準(zhǔn)封裝，外部引腳圖如圖1.2a所示。 調(diào)節(jié)11.2V37V可調(diào)，其芯片內(nèi)有過渡、過熱和.5A。典型電路如圖4.2所示，通過改變R2的2設(shè)計(jì)原理220V交流市電先被引入變壓器中進(jìn)行變壓，本系統(tǒng)中采用的是24V變壓器，故得到24V交流電接入圖

7、中，經(jīng)D、D2、D3、D4組成的橋式整流電路后可得到只有正 半周期的連續(xù)波形，經(jīng)C1、C2大電容濾波，可得到紋波較大的直流電壓，在經(jīng)過小 電容濾去高頻噪聲后就可分別送至各個(gè)三端穩(wěn)壓管的輸入，在三端穩(wěn)壓管的輸出端即 可得到對(duì)應(yīng)所需的穩(wěn)定直流電壓，同理在三端穩(wěn)壓管的輸出端接入兩個(gè)電容分別是為(1)LM117/LM317可調(diào)式集成三端穩(wěn)壓管出端和輸入端，采用腳調(diào)節(jié)端電壓，其輸出端電壓范圍為：安全工作區(qū)保護(hù)，最大輸出電流為1值改變輸出電壓。圖 1.2a LM117/LM317 外部引腳圖圖 1.2b LM317/LM317 外部電路典型圖欽州學(xué)院本科課程設(shè)計(jì)3了濾去高頻噪聲和減小紋波，最后在三端穩(wěn)壓管

8、的輸出端得到電壓穩(wěn)定，波紋、噪聲很小的直流電?？烧{(diào)式集成三端穩(wěn)壓管LM317T調(diào)節(jié)變阻器R1的值阻即可改變輸出的圖 2.2a 串聯(lián)型連續(xù)可調(diào)直流穩(wěn)壓正電源電路圖電源變壓部分電源變壓器的作用是將電網(wǎng)220V的交流電壓Vi變換成整流濾波電路所需要的交流電壓V2,如圖11。見公式(1.1)變壓器副邊P2與原邊的功率P,比為曳(1.1)P1式中，n為變壓器的效率。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P2NA1/2lo、Ur1.414U2結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單性能優(yōu)越，絕大多數(shù)整流電路采用橋式整 流電路，所以本次工程訓(xùn)練采用橋式整流。整流電路將交流電壓U變成脈動(dòng)的直流電壓。再經(jīng)濾波電路濾除

9、較大的文波成分，輸出文波較小的直流電壓。常用的整流濾波電路有全正波整流濾波、橋式整流濾波。我們采用的是橋式整流電路。四個(gè)整流二極管組成單相橋式整流電路，將交流電壓V2變成脈動(dòng)直流電壓，如圖2.2a所示，得到輸出電壓Ud，波形圖如圖2.2c所示。再經(jīng)過濾波電容C濾除波紋，輸出直流電壓V3。V3與直流電壓V2的有效值V2的關(guān)系如下公式（1.2）V3=(1.11.2) V2每只二極管承受的最大反向電壓VRM如下公式（1.3）所示電容濾波電路部分整流濾波的電路的輸出電壓是單一方向的，但是含有較大的交流成分，不能適 應(yīng)大多數(shù)電子電路及設(shè)備的需要。 因此在整流后，還需要用濾波電路將脈動(dòng)的直流電 壓變?yōu)槠交?/p>

10、的直流電壓，需要濾波電路。濾波電路主要有：電容濾波、RC-n型濾波、LV-n型濾波、L濾波，LC濾波, 其中最簡(jiǎn)單的濾波電路是電容器，其優(yōu)點(diǎn)：電路簡(jiǎn)單，負(fù)載直流電壓較高，紋波也較 小，適用于小電流。用大電容電解電容并聯(lián)即可實(shí)現(xiàn)， 所以我們采用的就是電容濾波 電路。(1.2)VRM= . 2 V2(1.3)圖 2.2b電源變壓和全橋?yàn)V波整流電路圖 2.2c全橋整流電路波形圖欽州學(xué)院本科課程設(shè)計(jì)5電容濾波電路如圖2.2d所示，其功能已經(jīng)能滿足本系統(tǒng)的需求。+ +1Uoc圖 2.2d 電容濾波電路直流穩(wěn)壓電路部分經(jīng)過濾波后的輸出電流電壓仍然存在較大的波紋，而且交流電網(wǎng)電壓容許有起伏，隨著電網(wǎng)電壓的起

11、伏輸出電壓也會(huì)隨之變動(dòng)。此外，經(jīng)過濾波后輸出的直流電壓也負(fù)載的大小有關(guān)，當(dāng)負(fù)載加重的時(shí)候，由于輸出的電流能力有限，使得輸出的電流電壓下級(jí)。因此，當(dāng)需要穩(wěn)定的直流電壓的時(shí)候，在整流、濾波電路后通常需要配有穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓是該設(shè)計(jì)方案的主要，也是關(guān)鍵部分。根據(jù)設(shè)計(jì)要求的性能指標(biāo)，選擇可調(diào)試三端穩(wěn)壓器?？烧{(diào)式三端穩(wěn)壓管LM117T,外部典型電路如圖7所示，其中電阻R2與電位器R1組成輸出電壓調(diào)節(jié)器，輸出電壓Uo的表達(dá)式如下公式(1.4)所示：U0=1.25(1+ Ri/F2)(1.4)式中R?一般取120240，R1為精密可調(diào)電位器。改變R1的值即可改變輸出電 壓。電容G可進(jìn)一步消除紋波，還可起到相位

12、補(bǔ)償?shù)淖饔?，以防止自激振?D5用IN4148。原理及計(jì)算選擇變壓器時(shí)，根據(jù)變壓器副邊輸出的功率P2來選取變壓器。由公式(1.2) 可得變壓器副邊的輸出電壓V與穩(wěn)壓器輸入電壓V3的關(guān)系。V的值不能取大，V越大，穩(wěn)壓器的壓差越大，功耗也就越大。一般取VV3min/1.1，I2 Iomax。本 系統(tǒng)中輸入電壓的范圍是13VV42V。副邊電壓V213/1.1V，取V2=12V,副 邊電流I2Iomax=1A,則變壓器副邊輸出功率P2V2I2=12W由表1可知變壓器 效率為 滬0.7，貝U原邊輸入P1P2/n=17.1W。選用的變壓器的功率大于此值即可。串聯(lián)型連續(xù)可調(diào)直流穩(wěn)壓正電源的設(shè)計(jì)6整流二極管D

13、選用1N4007其承受的最大反向電壓為1000V, IF=1A。滿足欽州學(xué)院本科課程設(shè)計(jì)7VRM一 2V2,IF= Iomax條件。濾波電容C的容量可由紋波電壓AVOPP和穩(wěn)壓系數(shù)Sv來確定。已知，V=11V,V3=13V,AVOPP=5mASv=3X103,由式（1. 5）計(jì)算穩(wěn)壓器的輸入電壓變化量V代入計(jì)算得V3=1.97V,由下式（1.6）可得電容C的容量其中，t電容C放電時(shí)間，t=T=0.01s,Ic電容C放電電流，可取lc=lomax=1A,則C=5070F，電容的耐壓值應(yīng)大于、2V2=16.92VO故取2只3300訴/50V電容并聯(lián)。通過前面的計(jì)算，已經(jīng)得到了所有元件的參數(shù)。這樣就

14、得到完整的連續(xù)可調(diào)穩(wěn)壓 電源電路圖。這里計(jì)算的其實(shí)都還只是初步的參數(shù)，實(shí)際組裝完畢后應(yīng)該仔細(xì)測(cè)量電 源的各項(xiàng)指標(biāo)是否符合要求，各部分元件工作是否正常。如果發(fā)現(xiàn)問題，應(yīng)該根據(jù)實(shí) 際情況作出調(diào)整。根據(jù)調(diào)整的結(jié)果來修正原理圖中的電路參數(shù)，最終完成穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)。3電路仿真與PCB電路仿真在計(jì)算機(jī)上使用multisim對(duì)設(shè)計(jì)的直流穩(wěn)壓電源進(jìn)行仿真，仿真的結(jié)果為能實(shí) 現(xiàn)最初的設(shè)計(jì)目標(biāo)，仿真電路如圖3.1a,3.1b,3.1c所示。Vop pV3Vo Sv(1.5)C=(1.6)J-io- is36? 7圖 3.1a串聯(lián)型連續(xù)可調(diào)直流穩(wěn)壓正電源最大輸出電壓仿真圖串聯(lián)型連續(xù)可調(diào)直流穩(wěn)壓正電源的設(shè)計(jì)8圖 3.

15、1b串聯(lián)型連續(xù)可調(diào)直流穩(wěn)壓正電源最小輸出電壓仿真圖欽州學(xué)院本科課程設(shè)計(jì)9圖 3.1c串聯(lián)型連續(xù)可調(diào)直流穩(wěn)壓正電源最大輸出電流仿真圖4電路連接測(cè)試安裝焊接按圖2.2a連接好線路，檢查電路的電氣連通性能正常。把元器件焊接好。設(shè)計(jì) 實(shí)物的正、反面圖如圖4.1a、圖4.2b所示。串聯(lián)型連續(xù)可調(diào)直流穩(wěn)壓正電源的設(shè)計(jì)10圖4.1a設(shè)計(jì)實(shí)物正面圖圖4.2b設(shè)計(jì)實(shí)物反面圖欽州學(xué)院本科課程設(shè)計(jì)11測(cè)試421使用儀器使用的儀器有：VC9808數(shù)字萬用表，直流散熱小風(fēng)扇。測(cè)試結(jié)果使用數(shù)字萬用表+20V檔測(cè)量可得的輸出電壓從1.73V到10.15V連續(xù)可調(diào)。使用散熱風(fēng)扇測(cè)試。測(cè)試結(jié)果為：當(dāng)風(fēng)扇兩端電壓為1.73V時(shí)，

16、流過風(fēng)扇的電流為0.01mA當(dāng)風(fēng)扇兩端的電壓為4.83V時(shí)， 流過風(fēng)扇的電流為0.03mA當(dāng)風(fēng)扇兩端的 電壓為6.68V時(shí)，流過風(fēng)扇的電流為0.03mA當(dāng)風(fēng)扇兩端的電壓為8.03V時(shí)，流過 風(fēng)扇的電流為0.04mA當(dāng)風(fēng)扇兩端的電壓為9.04V時(shí)，流過風(fēng)扇的電流為0.05mA當(dāng)風(fēng)扇兩端的電壓為10.15V時(shí)，流過風(fēng)扇的電流為0.05mA測(cè)試結(jié)果均滿足設(shè)計(jì)的 基本要求。5設(shè)計(jì)體會(huì)本次課程設(shè)計(jì)，我們分工合作，快速的完成了這次任務(wù)，蔣聰負(fù)責(zé)查資料，畫圖; 潘倩玲負(fù)責(zé)焊電路板；毛平鳳負(fù)責(zé)論文、在期間我們有相互討論方案和向他人指教。從這次設(shè)計(jì)中我感到自己提高了電路應(yīng)用方面的實(shí)踐技能，對(duì)于模電知識(shí)有了更深的

17、了解，尤其是對(duì)連續(xù)可調(diào)直流穩(wěn)壓電源的工作原理以及它的要求和性能指標(biāo)方面 的知識(shí)有了進(jìn)一步的研究。，加深了我對(duì)模擬電路設(shè)計(jì)方面的知識(shí)理論的認(rèn)識(shí)與理解， 使我有效的結(jié)合所學(xué)知識(shí)，把理論應(yīng)用于實(shí)際。同時(shí)實(shí)物的制作也提升了我的動(dòng)手能 力，實(shí)踐能力，熟練掌握了焊接技術(shù)。通過此次課程設(shè)計(jì)對(duì)該電路的設(shè)計(jì)、組裝與調(diào)試，使我們加深了對(duì)橋堆整流電路， 電容濾波電路的了解，學(xué)會(huì)運(yùn)用了用選擇器整流二極管、 濾波器、濾波電容及集成穩(wěn) 壓器來設(shè)計(jì)直流穩(wěn)壓電源。雖然在在設(shè)計(jì)過程遇到一些困難，比如在濾波電容的容量、電阻的阻值選擇上， 但是經(jīng)過查閱的資料，認(rèn)真思考，分析數(shù)據(jù)，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)最后終于解決了各種各樣的困 難。，終于把這個(gè)串聯(lián)可調(diào)直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)出來了。參考文獻(xiàn)張新喜，