集成直流穩(wěn)壓電源課程設(shè)計(jì)

1、模擬電路課程設(shè)計(jì)報(bào)告設(shè)計(jì)課題：直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)專業(yè)班級(jí)：10機(jī)電學(xué)生姓名：戴可杰學(xué) 號(hào)：103070161指導(dǎo)教師：萬(wàn)華設(shè)計(jì)時(shí)間：2011-12-15直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求1 .輸出電壓可調(diào)：Uo=+3V- +9V2 .最大輸出電流：Iomax=800mA3 .輸出電壓變化量： vop_p05mV4 .穩(wěn)壓系數(shù)：S/0 3X10二、方案設(shè)計(jì)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(gè)部分組成，如圖1所示。圖1穩(wěn)壓電源的組成框圖及整流與穩(wěn)壓過(guò)程t方案一：?jiǎn)蜗喟氩ㄕ麟娐罚簡(jiǎn)蜗喟氩ㄕ骱?jiǎn)單， 使用器件少，它只對(duì)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

2、。但由于只利用了交流電的一半波形， 所以整流效率不高，而且整流電 壓的脈動(dòng)較大，無(wú)濾波電路時(shí)，整流電壓的直流分量較小，Vo=0.45Vi ,變壓器的利用率 低。萬(wàn)案一：?jiǎn)蜗嗳ㄕ麟娐罚菏褂玫恼髌骷^半波整流時(shí)多一倍，整流電壓脈動(dòng)較小， 比半波整流小一半。 無(wú)濾波電路時(shí)的輸出電壓 Vo=0.9Vi ,變壓器的利用率比半波整流時(shí)高。變壓器二次繞組需中心抽 頭。整流器件所承受的反向電壓較高。方案二:單相橋式整流電路：使用的整流器件較全波整流時(shí)多一倍，整流電壓脈動(dòng)與全波整流相同，每個(gè)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O綜合3種方案的優(yōu)缺點(diǎn)：決定選用方案三。三、單元電

3、路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)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 D1、D2導(dǎo)通，D3、D4截止；u2的負(fù)半周內(nèi)，D3、D4導(dǎo)通，D1、D2截止。正負(fù)半周內(nèi)部都有電流流過(guò)的負(fù)載電阻 Rl,且方向是一致的。電路的輸出波形如圖3所示。圖2整流電路0312113n 4打圖3輸出波形圖所以流過(guò)每個(gè)二極管的平均電在橋式整流電路中，每個(gè)二極管都只在半個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)電,1流等于輸出電流的平均值的一半，即匕二金八。電路中的每只二極管承受的最大反向電壓為2U 2 （U2是變壓器副邊電壓有效值）。在設(shè)計(jì)中，常利用電容器兩端的電壓不能突變和流過(guò)電感器的電流不能突變的特點(diǎn)，將Io1電容器和負(fù)載電容并聯(lián)或

4、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目的。選擇電容濾波電路后，直流輸出電壓：Uoi=（1.11.2）U2,直流輸出電流: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(jiàn)圖4。220CMF/25V圖4穩(wěn)壓電路原理圖5 . 1選擇集成三端穩(wěn)壓器因?yàn)橐筝敵鲭妷嚎烧{(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(jiàn)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I 為1.5A。穩(wěn)壓內(nèi)部O max含有過(guò)流、過(guò)熱保護(hù)電路，具有安全可靠，性能優(yōu)良、不

5、易損壞、使用方便等優(yōu)點(diǎn)。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。LM317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.adj U心叫圖4管腳圖圖5典型電路輸出電壓表達(dá)式為：RP 1=1.25 1 :R1式中，1.25是集成穩(wěn)壓塊輸出端與調(diào)整端之間的固有參考電壓Vref ,此電壓加于給定電REF阻R兩端，將產(chǎn)生一個(gè)恒定電流通過(guò)輸出電壓調(diào)節(jié)電位器RP1 ,電阻R常取值120 Q- 240 Q,在這里，因?yàn)橹毁I到 10K的電位器，再串聯(lián)一個(gè) R2,根據(jù)LM317輸出電壓表達(dá)式，?。?R1=2.2k,R2=2k 。我們RP1 一般使用精密電位器，與其并

6、聯(lián)的電容器C可進(jìn)一步減小輸出電壓的紋波。圖中加入了二極管D,用于防止輸出端短路時(shí)10 口大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 AU=U-U°: 340V能滿足設(shè)計(jì)要求，故選用LM317組成穩(wěn)壓電路。6 . 2選擇電源變壓器電源變壓器的作用是將來(lái)自電網(wǎng)的220V交流電壓U1變換為整流電路所需要的交流電壓U2。電源變壓器的效率為：P2P1其中：P2是變壓器副邊的功率，P1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P2<10VA10 30 VA30 80

7、 VA80 200 VA效率n0.60.70.80.85因此，當(dāng)算出了副邊功率 P2后，就可以根據(jù)上表算出原邊功率P1O由于LM317的輸入電壓與輸出電壓差的最小值(U I -U o篇=3V ,輸入電壓與輸出電 壓差的最大值(U I U o max =40V ,故LM317的輸入電壓范圍為：U omax (U I -U o)min<U I <U omin . (U I -U o)m ax即 9V 3V < U I < 3V - 40V12V MUI < 43VUImin 12由U 2 >=11V ,取 U 2 =12V1 .11.1變壓器副邊電流：12A I

8、 o max = 0.8 A ,取I 2 = 1A ,因此，變壓器副邊輸出功率：P2 _ I 2U 2 =12W由于變壓器的效率 n =0.7 ,所以變壓器原邊輸入功率P12 %=17.1亞，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由于：U RM A V2U 2 =V2M12 =17V , I0max =0.8A。IN4001的反向擊穿電壓 U RM之50V ,額定工作電流ID =1A A I0max ,故整流二極管選用 IN4001。3. 4濾波電容3根據(jù) U 0 =9V,U I =12V ,4U 0pf =5mV ,Sv =3父10,和公式Io _常數(shù)可求得:

9、.：Uop -PSv所以，濾波電容:ct0 maxSvT _數(shù)0.005123 100.8_32.2V電容的耐壓要大于2U二,2 1225V的電解電容。四、總原理圖及元器件清單50= 0.003636 F=3636 uF2.2= 17V ,故濾波電容C取容量為4700 NF ,耐壓為1.總原理圖、PCB圖FUSE1.元件清單元件序列型號(hào)兀件參數(shù)值數(shù)量備注Ji變壓器12V1實(shí)際輸入電壓大于12VD1 D2 D3 D4 D5 D6二極管 1N4001U rm 之 50V , 1A6也可用1N4007D7發(fā)光二極管1FUSH熔斷絲1A1C1 C2電解電容4700uF/25V2C5電解電容0. 1uF

10、1C9電解電容1uF/25V1C7電解電容10uF/25V1SW開(kāi)關(guān)1R3電阻2. 2kQ1R4電阻1K1R1電阻2k Q1R2電位器10K1U二穩(wěn)壓器LM317可調(diào)范圍1.2V37V1五、安裝與調(diào)試（使用multisim調(diào)試）按PCB圖所示，制作好電路板。安裝時(shí)，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(shí)要注意，二極管和電解電容的極性不要接反。經(jīng)檢查無(wú)誤后，才將電源變壓器與整流濾波電路連接，通電后，用萬(wàn)用表檢查整流后輸出LM317輸入端電壓Ui的極性，若Ui的極性為負(fù)，則說(shuō)明整流電路沒(méi)有接對(duì)， 此時(shí)若接入穩(wěn)壓電路，就會(huì)損壞集成穩(wěn)壓器。然后接通電

11、源，調(diào)節(jié)Rw的值，若輸出電壓滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)，說(shuō)明穩(wěn)壓電源中各級(jí)電路都能正常工作，此時(shí)就可以進(jìn)行各項(xiàng)指標(biāo)的測(cè)試。因在multisim沒(méi)有LM317元件，故用同一系列的 LM117代替。電位器R2取最大值時(shí)，Uo=9.088V T2電位器R2取最小值時(shí)，Uo=2.983Vf電位器在0到10K之間，輸出電壓連續(xù)可調(diào)：約為3V9V。六、性能測(cè)試與分析1.輸出電壓與最大輸出電流的測(cè)試 測(cè)試電路如圖5所示。一般情況下，穩(wěn)壓器正常工作時(shí)，其輸出電流Io要小于最大出電流Io max ,取 I 0 =0.6 A ,可算出 Rl=20 Q ,工作時(shí)RL上消耗的功率為：PL =U oI o =9 0.7 =6.3W故

12、RL取額定功率為10W,阻值為圖5穩(wěn)壓電源性能指標(biāo)的測(cè)試電路20a的電位器。測(cè)試時(shí)，先使Rl =20C,交流輸入電壓為220V,用數(shù)字電壓表測(cè)量的電壓值就是Uoo然后慢慢調(diào)小RL ,直到Uo的值下降5%,此時(shí)流經(jīng)RL的電流就是Io max ,記下Io max后,要馬上調(diào)大RL的值，以減小穩(wěn)壓器的功耗。LM117MVH-LOHR5 (RL) =20 歐姆，Uo=8.78V, Io=438.979mA TXHM103”舊口01 - D-l- MDA2-5J1本1項(xiàng)INOI VILML17WH才*，山上11"-3»J_JL.Ffflul.tLfc*Lar-DBE=.十匚勺 太Uo

13、 下降 5% （8.332V）時(shí)，Io=846.644mA,即 Iomax=Io. T2 .紋波電壓的測(cè)試用示波器觀察Uo的峰峰值，（此時(shí)Y通道輸入信號(hào)采用交流耦合 AC）,測(cè)量AUop-p 的值（約幾mV）。由小波器得出：A uop-p=i06 ° 845uV3 .穩(wěn)壓系數(shù)的測(cè)量按圖5所示連接電路，在Ui =220V時(shí)，測(cè)出穩(wěn)壓電源的輸出電壓U。然后調(diào)節(jié)自Uoi ;再調(diào)節(jié)自耦變壓器耦變壓器使輸入電壓 U1 =242V ,測(cè)出穩(wěn)壓電源對(duì)應(yīng)的輸出電壓Uo2。U二二 5 -因?yàn)?，在本調(diào)試中，無(wú)法得到自耦變壓器，所以只能把電壓歸算到降壓器的輸出電壓則穩(wěn)壓系數(shù)為:o1 -'U o2U

14、o(Ui)：U1=198V,Ui=10.8VU1=220V,Ui=12.0VU1=242V,Ui=13.2VUi=12 時(shí)，Uo=8.726V fLI?JEM- i扇加. Hi. -Ui=10,8V 時(shí)，Uo=8.72V TUi=13.2V 時(shí)，Uo=8.740VT8.740 -8.720所以，穩(wěn)壓系數(shù)：Sv =3 -=0.00228.726設(shè)計(jì)要求測(cè)試結(jié)果誤差分析Uo=+3V- +9V2.983V 9.088V0.01%Iomax=800mA846.644mA0.05%A Vop_pK 5mV106 845uV106. 845uV 5mVSvW 3 M10 30.00222%七、結(jié)論與心得經(jīng)

15、過(guò)一個(gè)多月的努力，終天完成的這個(gè)設(shè)計(jì)。從選題到畫圖制板花了差不多一個(gè)星期的 時(shí)間，后面的調(diào)試占了大部分的時(shí)間。由于沒(méi)有找到示波器，所以調(diào)試時(shí)，除了測(cè)試電壓電流用到實(shí)物外，其他參數(shù)測(cè)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)，但由于自己對(duì)multisim還沒(méi)有熟練的掌握，仿真過(guò)程中還是會(huì) 有一定的誤差。在實(shí)際做成的電路板中，由于買不到等值參數(shù)的元件，測(cè)量出來(lái)的性能指標(biāo)參數(shù)難免會(huì) 有一定的誤差，對(duì)元件封裝的不了解，也造成了銅板的浪費(fèi)。第一次做成的板子，由于沒(méi)有 注意到protel給出的LM317的原理圖管腳，花費(fèi)了大量的時(shí)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(shí)候，不要對(duì)著3D來(lái)焊，應(yīng)以PCB為基準(zhǔn)。3D圖雖然形象的把電路板模擬出來(lái)了，但與實(shí)物還有有很大的差別的，特別是二極管，電解電容，極性錯(cuò)亂，而且有很多圖沒(méi)有樣板。還有， 12V的變壓器輸入的電壓會(huì)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(lái)控制，但是并聯(lián)在LM317調(diào)整腳和輸出腳上的電阻 R1也可改變輸出電壓的最小值。本次的課程設(shè)計(jì)，培養(yǎng)了我們綜合應(yīng)用課本理論解決實(shí)際問(wèn)題的能力；我覺(jué)得課程設(shè)計(jì)對(duì)我們的幫助是很大的，它需要我們將學(xué)過(guò)的理論知識(shí)與實(shí)際系統(tǒng)地聯(lián)系起來(lái)，加強(qiáng)我們對(duì)學(xué)過(guò)的知識(shí)的實(shí)