串聯(lián)型連續(xù)可調(diào)直流穩(wěn)壓正電源電路

1、欽州學院模擬電子技術(shù)課程設(shè)計報告串聯(lián)型連續(xù)可調(diào)直流穩(wěn)壓正電源設(shè)計院系專業(yè)學生班級姓名學號指導教師單位物理與電子工程學院指導教師姓名 _指導教師職稱講師_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級指導教師摘要：根據(jù)設(shè)計的指標和要求，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，電路簡單， 還具有防反接、 過流保護功能。經(jīng)測試，本系統(tǒng)動能完善，很

2、好的實現(xiàn)了各項設(shè)計指標。關(guān)鍵詞 ：串聯(lián)，電源，可調(diào)，穩(wěn)壓設(shè)計目的:（1）進一步掌握模電電子技術(shù)課程所學的理論知識。（2）熟悉幾種常用穩(wěn)壓電源芯片，并掌握其工作原理，進一步學會使用其進行 電路設(shè)計。（3）掌握Multisim仿真軟件的使用。（4）學習Altium Designer基本知識，并運用其繪制電源sch原理圖和PCB圖;（5）掌握電子電路板制作的全過程，實現(xiàn)電源的制作；（6）懂得測量電源相關(guān)各項技術(shù)指標，完成系統(tǒng)調(diào)試。設(shè)計技術(shù)指標與要求:（1）基本功能設(shè)計制作一串聯(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)計方案.11.2設(shè)計所需要元件 .22設(shè)計原理.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原理及計算 .54.2.2.電路仿真.62電路仿真.64.2.3.電路連接測試.73安裝焊接.73測試.9使用儀器 .9測試結(jié)果.94.2.4.設(shè)計體會.9參考文獻.10欽州學院本科課程設(shè)計1刖言在電子系統(tǒng)（如電視接收機、VC機、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。在很多場合，都需要具有足夠調(diào)壓范圍和帶負載能力的直流穩(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到在較寬范圍內(nèi)輸出電壓可調(diào)； 輸出電壓應能夠適應所帶負載的 啟動性能；此外，電路須簡單可靠，能夠輸出較大電流。圖 1 直流穩(wěn)壓電源1設(shè)計思想及原理設(shè)計方案方案一 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，取樣電壓與基準電壓進行比較得到誤差電 壓，該誤差電壓對調(diào)整管的工作狀態(tài)進行調(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）。在基準電壓處設(shè)計輔助電源，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)壓電源電路很簡單，但增加輔助電源后，電路比較復雜，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2方案二開關(guān)穩(wěn)壓電源電路。功耗小，效率高，但電路復雜，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，電路簡單，組裝 方便。綜上所述，采用方案三設(shè)計所需的元件LM117/LM317有三條引腳輸出，分別是調(diào)節(jié)端、輸TO- 220的標準封裝，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)計原理220V交流市電先被引入變壓器中進行變壓，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 可得到對應所需的穩(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，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院本科課程設(shè)計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，所以本次工程訓練采用橋式整流。整流電路將交流電壓U變成脈動的直流電壓。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, 其中最簡單的濾波電路是電容器，其優(yōu)點：電路簡單，負載直流電壓較高，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電源變壓和全橋濾波整流電路圖 2.2c全橋整流電路波形圖欽州學院本科課程設(shè)計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、伏輸出電壓也會隨之變動。此外，經(jīng)過濾波后輸出的直流電壓也負載的大小有關(guān)，當負載加重的時候，由于輸出的電流能力有限，使得輸出的電流電壓下級。因此，當需要穩(wěn)定的直流電壓的時候，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)計方案的主要，也是關(guān)鍵部分。根據(jù)設(shè)計要求的性能指標，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可進一步消除紋波，還可起到相位

12、補償?shù)淖饔?，以防止自激振?D5用IN4148。原理及計算選擇變壓器時，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。滿足欽州學院本科課程設(shè)計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）計算穩(wěn)壓器的輸入電壓變化量V代入計算得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，電容的耐壓值應大于、2V2=16.92VO故取2只3300訴/50V電容并聯(lián)。通過前面的計算，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。這里計算的其實都還只是初步的參數(shù)，實際組裝完畢后應該仔細測量電 源的各項指標是否符合要求，各部分元件工作是否正常。如果發(fā)現(xiàn)問題，應該根據(jù)實 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。3電路仿真與PCB電路仿真在計算機上使用multisim對設(shè)計的直流穩(wěn)壓電源進行仿真，仿真的結(jié)果為能實 現(xiàn)最初的設(shè)計目標，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院本科課程設(shè)計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 實物的正、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10圖4.1a設(shè)計實物正面圖圖4.2b設(shè)計實物反面圖欽州學院本科課程設(shè)計11測試421使用儀器使用的儀器有：VC9808數(shù)字萬用表，直流散熱小風扇。測試結(jié)果使用數(shù)字萬用表+20V檔測量可得的輸出電壓從1.73V到10.15V連續(xù)可調(diào)。使用散熱風扇測試。測試結(jié)果為：當風扇兩端電壓為1.73V時，

16、流過風扇的電流為0.01mA當風扇兩端的電壓為4.83V時， 流過風扇的電流為0.03mA當風扇兩端的 電壓為6.68V時，流過風扇的電流為0.03mA當風扇兩端的電壓為8.03V時，流過 風扇的電流為0.04mA當風扇兩端的電壓為9.04V時，流過風扇的電流為0.05mA當風扇兩端的電壓為10.15V時，流過風扇的電流為0.05mA測試結(jié)果均滿足設(shè)計的 基本要求。5設(shè)計體會本次課程設(shè)計，我們分工合作，快速的完成了這次任務，蔣聰負責查資料，畫圖; 潘倩玲負責焊電路板；毛平鳳負責論文、在期間我們有相互討論方案和向他人指教。從這次設(shè)計中我感到自己提高了電路應用方面的實踐技能，對于模電知識有了更深的

17、了解，尤其是對連續(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方面 的知識有了進一步的研究。，加深了我對模擬電路設(shè)計方面的知識理論的認識與理解， 使我有效的結(jié)合所學知識，把理論應用于實際。同時實物的制作也提升了我的動手能 力，實踐能力，熟練掌握了焊接技術(shù)。通過此次課程設(shè)計對該電路的設(shè)計、組裝與調(diào)試，使我們加深了對橋堆整流電路， 電容濾波電路的了解，學會運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)計直流穩(wěn)壓電源。雖然在在設(shè)計過程遇到一些困難，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，認真思考，分析數(shù)據(jù)，總結(jié)經(jīng)驗最后終于解決了各種各樣的困 難。，終于把這個串聯(lián)可調(diào)直流穩(wěn)壓電源設(shè)計出來了。參考文獻張新喜，