集成直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)1共11

1、第1頁(yè)目錄課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)摘要1性能指標(biāo)要求.12方案設(shè)計(jì)的選擇.13單元電路的設(shè)計(jì)及器件的選擇.23.1電源變壓器.33.2整流電路.33.3濾波電路及濾波電容的選擇.53.4穩(wěn)壓電路.64元件參數(shù)的計(jì)算.64.1電源變壓器參數(shù)計(jì)算.64.2整流二極管參數(shù)計(jì)算.84.3濾波電容參數(shù)計(jì)算.84.4穩(wěn)壓器的選擇.85電路總圖.96仿真分析.96.1電源變壓器的仿真.96.2整流電路的仿真.106.3濾波電路的仿真.117設(shè)計(jì)小結(jié)和體會(huì).138元器件清單.14參考文獻(xiàn).14摘要本課程設(shè)計(jì)目的在于培養(yǎng)同學(xué)們自主設(shè)計(jì)制作的能力，同時(shí)學(xué)會(huì)應(yīng)用仿真軟件對(duì)設(shè)計(jì) 電路進(jìn)行模擬分析。集成直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)要求是比

2、較基本的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)要求電源輸出三檔可調(diào)直流電 壓。設(shè)計(jì)中包括電源變壓器、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路四個(gè)部分。通過(guò)四部分的組 合將220V交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)樵O(shè)計(jì)要求直流電壓。并且用仿真軟件進(jìn)行仿真分析。集成直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)1性能指標(biāo)要求:輸出電壓Vo及最大輸出電流Iomax(I檔Vo=1 2V對(duì)稱輸出,Iomax=100mA;II檔Vo=+5V,lomax=300mA;山 檔Vo=(+3+9)V連 續(xù)可調(diào)，lomax=200mA);紋 波電壓?Vop-p5m穩(wěn)壓系數(shù)Sv=(35)T/2式中T為電源交流電壓的周期。濾波電容的容量可由下式估算：C=Ict/AVip-p式中AVip-p穩(wěn)壓器輸入端紋波

3、電壓的峰-峰值;T電容c放電時(shí)間，t=T/2=0.01S第6頁(yè)IC電容C放電電流，可取lc=lomax，濾波電容C的耐壓值應(yīng)大于1.4 V2。3.4穩(wěn)壓電路由于穩(wěn)壓電路發(fā)生波動(dòng)、負(fù)載和溫度發(fā)生變化，濾波電路輸出的直流電壓會(huì)隨著變 化。因此，為了維持輸出電壓穩(wěn)定不變，還需加一級(jí)穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓電路的作用是當(dāng)外界 因素(電網(wǎng)電壓、負(fù)載、環(huán)境溫度)等發(fā)生變化時(shí)，使輸出直流電壓不受影響，而維持穩(wěn) 定的輸出。穩(wěn)壓電路一般采用集成穩(wěn)壓器和一些外圍元件組成。采用集成穩(wěn)壓器設(shè)計(jì)的電 源具有性能穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。3-4-1三端可調(diào)式穩(wěn)壓器及其電路3-4-2三端固定式穩(wěn)壓器集成穩(wěn)壓器的種類很多，在小功率穩(wěn)壓電源

4、中，普遍使用的是三端穩(wěn)壓器。按照輸出 電壓類型可分為固定式(圖3-4-2)和可調(diào)式(圖3-4-1)，此外又可以分為正電壓輸出和負(fù)電壓 輸出兩種類型。按照設(shè)計(jì)要求本設(shè)計(jì)要用到可調(diào)式三端穩(wěn)壓器。4元件參數(shù)的計(jì)算4.1穩(wěn)壓器的參數(shù)計(jì)算電源變壓器將來(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。4.1.1計(jì)算含LM317穩(wěn)壓器電路變壓器副邊輸出電壓.由于LM317的輸入電壓與輸出電壓差的最小值(Vi-Vo)min=3V,輸入電壓與輸出電壓差的最大值(Vi-Vo)max=40V,故LM317的輸入電壓范圍為：Vomax+(Vi-Vo)mi nW Vi Vomin+(Vi-V o)max

5、即9V+3VViVimi n/1.1=12/1.1=11V取U2=12V取l2=0.5A因此變壓器副邊輸出功率為：P2I2V2=6WP2是變壓器副邊的功率，P1是變壓器原邊的功率。一般小型變壓器的功率。第7頁(yè)?=P2/P1所以變壓器原邊輸入功率為：P1=P2/?=10W為留有余地選擇20V/20W的變壓器4.1.2根據(jù)LM7812丄M780時(shí)算變壓器副邊輸出電壓型號(hào)：78MXX ：類別：電源管理類最大輸入電壓（V）:35V輸出電壓（V）：5.0/12/15輸出最大電流：0.5A壓差：2.0V靜態(tài)電流：4mA封裝：TO-220/D-PAK7812的輸出電壓Uo為（5-24）V,最小輸入輸出壓差8

6、V,最大輸入輸出壓差為40V, 7812的輸入電壓范圍為：20VUil2lb=10V為留有余地同樣選擇20V/20W變壓器4.2整流二極管的參數(shù)計(jì)算在含穩(wěn)壓器LM317的電路中的二極管選擇：由于二極管最大瞬時(shí)反向工作電壓Urm1.414U2=121.414 X U=15X 1.414=21VIN4001的反向擊穿電壓大于50V,額定工作電流I=1AIomax.故整流二極管選用IN4001.第8頁(yè)4.3濾波電容的參數(shù)計(jì)算濾波電容的容量可由下式估算：C=Ict/AVjp-p6仿真分析式中AVip-p穩(wěn)壓器輸入端紋波電壓的峰-峰值;電容C放電時(shí)間，t=T/2=0.01SIC電容C放電電流，可取lc=

7、lomax，濾波電容C的耐壓值應(yīng)大于1.4 V2在本實(shí)驗(yàn)中Sv=AVo/Vo/AVi/Vi式中，Vo=9v、Vj=12v、AVop-p=5mv、Sv=0.005AVi=AVop-p Vi/ Vo Sv=1.4v所以濾波電容C= ICt/AVip-p= lomaxt/AVip-p=0.003636uFC的耐壓值應(yīng)大于1.4 V2=21V。由于之前模電實(shí)驗(yàn)可知，我們?cè)趯?shí)際制作過(guò)程中采用比理論值小的電容同樣能達(dá)到很好的濾波效果，因此采用2200 pF的電容。4.4穩(wěn)壓器的選擇設(shè)計(jì)要求輸出電壓為：一檔要求輸出土12V對(duì)稱輸出電壓，二檔要求輸出+5V,三檔要求輸 出（3-9）V連續(xù)可調(diào)。穩(wěn)壓器有固定式三

8、端穩(wěn)壓器和可調(diào)式三端穩(wěn)壓器。78 XX系列和79XX系列為固定式三端穩(wěn)壓器，可分別輸出正電壓和負(fù)電壓。7812可輸出+12V, 7912可輸出-12V， 二者組裝課得到土12V對(duì)稱輸出。7805可輸出+5V電壓。317輸出電壓范圍 是 （1.2-37）V。因此穩(wěn)壓器選擇LM7812丄M7912,LM7805,LM317.5電路總圖根據(jù)元器件參數(shù)的計(jì)算結(jié)果選擇適合的元件組成部分電路，并將元件參數(shù)標(biāo)于電路圖中。將個(gè)部分電路綜合得到可輸出三檔的集成直流穩(wěn)壓電源電路總圖，如圖5-1所示。第一檔有含有CW317穩(wěn)壓器的穩(wěn)壓電路，輸出電壓（3-9）V。第二檔由7812和7912組裝而 成，輸出電壓為土12

9、對(duì)稱輸出。第三檔由7805穩(wěn)壓器組成，輸出電壓+5V。電路圖滿足性 能指標(biāo)要求。三檔集成直流穩(wěn)壓電源電路圖5-121無(wú)6.1電源變壓器在變壓器初級(jí)接入220V/50HZ的交流電，用示波器觀察變壓器輸入、輸出電壓V、Vo的波形。仿真后的輸出結(jié)果如圖6-1-2所示，其中幅度大的為輸入電壓V波形，幅度小的為經(jīng)電源變壓器以后的輸出電壓Vo的波形?？梢?jiàn)經(jīng)變壓器后220V正弦信號(hào)變?yōu)樗桦妷褐怠?-1-1電源變壓器測(cè)試圖6-1-2電源變壓器測(cè)試波形6.2整流電路連接整流電路并串聯(lián)上電阻，分別用示波器和萬(wàn)用表測(cè)量輸出電壓波形和有效值。6-2-1整流電路6-2-2整流電路測(cè)試波形6-2-1整流電路波形測(cè)量仿真

10、分析：如示波器顯示所示，橋式整流電路巧妙地利用了二極管的單向?qū)щ娦裕?據(jù)變壓器副邊電壓的極性分別導(dǎo)通，將變壓器副邊電壓的正極性端與負(fù)載電阻的上端相 連，負(fù)極性端與負(fù)載電阻的下端相連，使負(fù)載上始終可以得到一個(gè)單方向的脈動(dòng)電壓。6.3濾波電路在整流濾波電路的基礎(chǔ)上加濾波電容， 用示波器觀察濾波后輸出電壓的波形并用萬(wàn)用表 直流電壓檔測(cè)量輸出電壓。6-3-1整流濾波電路的測(cè)試6-3-1整流濾波點(diǎn)電路6-3-2濾波電路波形測(cè)量6-3-2濾波電路波形測(cè)量由示波器輸出波形可知經(jīng)過(guò)濾波后波形為鋸齒波，輸出電壓趨于穩(wěn)定。6.4穩(wěn)壓電路連接含有LM7812和LM7912的穩(wěn)壓電路，6-4-1如圖，用示波器檢測(cè)器

11、輸出兩端的波形,6-4-2穩(wěn)壓電路輸岀波形第12頁(yè)7設(shè)計(jì)小結(jié)與體會(huì)在做課程設(shè)計(jì)之前曾在模電實(shí)驗(yàn)中接觸過(guò)集成直流穩(wěn)壓電源，對(duì)直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì) 有一定的了解。我在知道模擬電子課程設(shè)計(jì)中要做直流穩(wěn)壓電源是還暗自高興這是個(gè)自己 比較熟悉的項(xiàng)目。但在看到要求時(shí)才知道自己高興的太早，因?yàn)樵谀ｋ妼?shí)驗(yàn)中我做的只是 用7812輸出+12V電壓，這是比較容易做到的，而本次設(shè)計(jì)要求輸出電壓為三檔，并且要 用軟件仿真。此刻我才意識(shí)到自己對(duì)知識(shí)的了解和掌握并不全面，也不扎實(shí)。做課程設(shè)計(jì) 對(duì)從沒(méi)經(jīng)驗(yàn)的我并不是簡(jiǎn)單的事。為完成這次設(shè)計(jì)我查閱了很多資料和書(shū)籍，我發(fā)現(xiàn)查資料也是一門(mén)學(xué)問(wèn)，要會(huì)查才能 找到你所需的內(nèi)容，我在圖書(shū)

12、館查閱了相關(guān)的電子設(shè)計(jì)和電源設(shè)計(jì)書(shū)籍，同時(shí)也大量的瀏 覽了網(wǎng)絡(luò)資源，隨著了解的深入對(duì)設(shè)計(jì)有了基本的思路。在設(shè)計(jì)中我也遇到了困難，在仿真環(huán)節(jié)中由于對(duì)軟件的實(shí)用不熟練，很多仿真都沒(méi)有成功，并且由于時(shí)間關(guān)系沒(méi)有對(duì)仿真軟件進(jìn)行進(jìn)一步的學(xué)習(xí)，這讓我覺(jué)得很可惜，以后一 定會(huì)找時(shí)間補(bǔ)一下仿真軟件方面的知識(shí)，以免以后做課設(shè)是讓同樣的問(wèn)題難倒我。但總體 上比沒(méi)有做課設(shè)之前還是有了一定的進(jìn)步。通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)使我對(duì)集成直流穩(wěn)壓電源有了更為深刻的了解，對(duì)其構(gòu)造組成及參數(shù)計(jì)算掌握的比以前熟練很多，特別是對(duì)穩(wěn)壓器的認(rèn)識(shí)比以前更廣泛，雖然在課本中接觸 過(guò)穩(wěn)壓器的知識(shí)，但課本上的介紹十分簡(jiǎn)單也十分有限， 并且我對(duì)課本的記憶

13、不是很深刻， 但通過(guò)本次自己動(dòng)手動(dòng)腦設(shè)計(jì)之后記憶的就深刻了。尤其是本次設(shè)計(jì)中用到的317和78XX，79XX系列的掌握比以前好了很多，不過(guò)仍然會(huì)有不足。在模電實(shí)驗(yàn)中我出現(xiàn)了幾處小錯(cuò)誤，通過(guò)本次設(shè)計(jì)使我知道自己當(dāng)初錯(cuò)在了哪里，也知道該如何改正，但很可惜本次設(shè)計(jì)不能進(jìn)行實(shí)物操作。我想如果可以進(jìn)行實(shí)物操作同學(xué) 們的了解一定會(huì)更進(jìn)一步。本次課程設(shè)計(jì)是我第一次做課設(shè)，為我以后再做課設(shè)積累了一定的經(jīng)驗(yàn)，但由于和考 試一起進(jìn)行，使我在時(shí)間上不很充裕，設(shè)計(jì)中有很多缺陷不能在認(rèn)真查閱修改。希望在以 后的設(shè)計(jì)中能盡量做好，彌補(bǔ)這次的不足。8元件清單名稱型號(hào)數(shù)量備注變壓器20V/20W1第13頁(yè)二極管IN400110IN58192電解電容50V/2200尸150V/470 p