直流穩(wěn)壓電源設(shè)計報告

1、2016年四川省TI杯大學(xué)生電子設(shè)計競賽培訓(xùn)直流穩(wěn)壓電源設(shè)計【第十一組】2016 年 7 月 12 日摘要本設(shè)計實現(xiàn)了將交流電信號通過整流、 濾波、穩(wěn)壓等模塊轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定可調(diào)直 流電壓輸出。整個系統(tǒng)可以用實驗箱提供 +15V 交流電源，實現(xiàn)了低功耗和便操 作功能。整流電路采用單相橋式整流電路， 不僅達(dá)到高效率使用輸入電壓的節(jié)能 作用還有便于組裝、 脈動小的優(yōu)點； 濾波電路采用電解電容濾波電路， 分別在整 流濾波和穩(wěn)壓后加 C1、 C2、C3、C4 實現(xiàn)頻率補(bǔ)償，防止高頻自激振蕩和抑制高 頻干擾；為防止 LM317 輸出電壓短路，在該線路上加入 IN3208 二極管。經(jīng)過一 系列的改善如： 減小輸

2、出電壓紋波系數(shù)， 得到優(yōu)良的濾波效果等， 使最終電路達(dá) 到了設(shè)計要求。目錄1. 系統(tǒng)方案 21.1 簡單的并聯(lián)型穩(wěn)壓電源的論證與選擇 21.2 固定式三端穩(wěn)壓器的論證與選擇 22 系統(tǒng)理論分析與計算 22.1 整流電路的分析與計算 22.1.1 整流電路的分析 22.1.2 整流電路參數(shù)的計算 22.1.3 整流電路電路圖 32.2 濾波電路的分析與計算 32.2.1 濾波電路的分析 32.2.2 濾波電路參數(shù)的計算 32.2.3 濾波電路電路圖 32.3 穩(wěn)壓電路的計算分析與計算 42.3.1 穩(wěn)壓電路的分析 42.3.2 穩(wěn)壓電路參數(shù)的計算 42.3.3 穩(wěn)壓電路電路圖 43. 電路設(shè)計圖

3、與 PCB板的制作53.1. 電路的設(shè)計圖 53.2PCB. 板的制作流程 53.3. 安裝與檢查 54. 測試方案與測試結(jié)果 54.1 測試方案 54.2 測試條件與儀器 54.3 測試結(jié)果及分析 54.3.1. 測試結(jié)果 （ 數(shù)據(jù)）64.3.2. 測試分析與結(jié)論 6附錄.1 ：電路實物圖 6附錄 .2 ：參考文獻(xiàn)61 系統(tǒng)方案小功率穩(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1.1所示圖1.1（a）、（b）穩(wěn)壓電源的組成框圖級整流、穩(wěn)壓過程注意：因為本次設(shè)計中輸入供電為實驗箱中的15交流電，故不存在電源變壓這一環(huán)節(jié)1.1簡單的并聯(lián)型穩(wěn)壓電源的論證與選擇并聯(lián)型穩(wěn)壓電

4、源的調(diào)整元件與負(fù)載并聯(lián)，因而具有極低的輸出電阻，動態(tài)特 性好，電路簡單，具有自動保護(hù)功能，負(fù)載短路時調(diào)整管截止，可靠性高但效率 低，尤其在小電流時調(diào)整管需承受很大的電流，損耗過大，因此本實驗中不適合此方案。1.2固定式三端穩(wěn)壓器的論證與選擇由固定式三端穩(wěn)壓器（LM317輸出腳Vo輸入腳Vi和公共端組成。LM317 是可調(diào)電壓穩(wěn)壓芯片，輸入端接電容可進(jìn)一步濾波，輸出端接電容可改善負(fù)載的 瞬間影響，此電路比較穩(wěn)定，根據(jù)實驗設(shè)計要求，本設(shè)計采用方案二。2系統(tǒng)理論分析與計算2.1整流電路的分析與計算整流電路的分析整流電路主要分為半波整流電路和全波整流電路。 單相半波整流電路是最簡 單的一種整流電路，單

5、相半波整流電路所用二極管數(shù)量少， 但由于它只利用了交 流電壓的半個周期，所以輸出電壓低，交流分量大（即脈動大） ，效率低。單相 全波整流電路中最常用的是單相橋式整流電路， 由四只二極管組成，在對二極管 的參數(shù)要求一樣的情況下，其輸出電壓是半波整流電路的二倍，輸出電壓的脈動 較半波整流電路減小很多。因此本次設(shè)計中采用單相橋式整流電路。整流電路參數(shù)的計算在單項橋式整流電路中，因為每只二極管只在輸入電壓的半個周期通過電 流，所以每只二極管的平均電流只有負(fù)載上電流平均值的一半，已知本次設(shè)計中要求輸出電流最大為1A，即：Id（AV）I O(AV) 10.4驅(qū)：22RlRl 13.5負(fù)載電阻選20二極管承

6、受的最大反向電壓 :U Rmax2U2 21.213V選擇二極管的最大整流電流I f和最高反向工作電壓U Rmax分別為I F I D (AV)I O(AV)21 0.45U22 RlU Rm ax URmax 2U221.213V即選用4個IN4007二極管2.2濾波電路的分析與計算濾波電路的分析濾波電容容量較大，因而一般采用電解電容，在接線時要注意電解電容的正 負(fù)極。電容濾波電路簡單易行，輸出電壓均值高，適用于負(fù)載電流較小且其變化 也較小的場合。在大電流負(fù)載的情況下，由于負(fù)載很小，若采用電容濾波，則電 容容量勢必很大，而且整流二極管的沖擊電流也很大，不利于整流管和電容器的 選擇，在此情況下

7、應(yīng)當(dāng)采用電感濾波。當(dāng)單獨使用電容或電感進(jìn)行濾波， 效果仍 不理想時，可采用復(fù)式濾波電路。根據(jù)此次設(shè)計要求輸出電流最大為1A可知，本次設(shè)計采用電解電容濾波，為達(dá)到更好濾波效果在整流電路后并聯(lián)兩個電解電 容。濾波電路參數(shù)的計算當(dāng)RlC （35）T/2時，電容的耐壓值U2U221V電容C(35)320 10 3 ? 12 13.5222 370 F因此選用一個容量為220uF、一個容量為100uF、耐壓為25V的電解電容并聯(lián)作 為濾波電容濾波電路電路圖- - -2.3穩(wěn)壓電路的計算分析與計算穩(wěn)壓電路的分析此次設(shè)計實驗中要求采用LM317三端穩(wěn)壓器進(jìn)行實驗，在整流濾波電路后再 并聯(lián)一個電容C5用于抵消

8、輸入線較長時的電感效應(yīng)，以防止電路產(chǎn)生自激振蕩，其容量較小，一般小于1uF,這里選用1uF。再于電路圖中添加一個電容 C4用于 消除輸出電壓中的高頻噪聲，可取小于1uF的電容，也可取幾微法甚至幾十微法 的電容，以便輸出較大的脈沖電流，此處選用100uF的電解電容。由于輸出電壓 為312V可調(diào)電壓，故需要再連接一個滑動電阻 R2，得到可調(diào)節(jié)的輸出電壓。為了減小R2上的紋波電壓，可在其上并聯(lián)一個電容C3,但是，在輸出開路時，C3 將向穩(wěn)壓器調(diào)整端放電，并使調(diào)整管發(fā)射極反偏，為了保護(hù)穩(wěn)壓器，可加二極管 D5,提供一個放電回路，如圖所示。穩(wěn)壓電路參數(shù)的計算輸出電壓：U。（1邑）1.25V，Ri選240

9、 ，故R2選擇4.5K 的滑動變Ri阻D5的參數(shù)計算與濾波電路中的二極管參數(shù)計算相同，經(jīng)過計算可得到此處應(yīng)選用1N4007圖 3電路設(shè)計圖與 PCB板的制作3.1電路的設(shè)計圖如圖3.1所示（圖 3.1）3.2PCB板的制作流程（1）準(zhǔn)備原理圖和網(wǎng)絡(luò)表（2）規(guī)劃電路板，設(shè)置參數(shù)（3）裝入網(wǎng)絡(luò)表，元件封裝（4）布置元件，手工調(diào)整（5）布線，手工調(diào)整（6） pcb文件存盤，save,打印輸出。并檢查打印出來的pcb圖是否完好（7）用Fee*溶液進(jìn)行腐蝕3.3安裝與檢查對電路進(jìn)行組裝：按照自己設(shè)計的電路，在 PCE板上焊接。焊接完畢后，應(yīng) 對照電路仔細(xì)檢查，看是否有錯接、漏接、虛焊現(xiàn)象。對安裝完成的電路板的參 數(shù)及工作狀態(tài)進(jìn)行測量，以便提供調(diào)整電路的依據(jù)，經(jīng)過反復(fù)的調(diào)整和測量，使 電路的性能達(dá)到要求。4電路的調(diào)試與測試結(jié)果4.1電路的調(diào)試（1）靜態(tài)調(diào)試連好電路板時，通電之前，應(yīng)該從以下幾個方面進(jìn)行檢測 對照原理圖，用萬用表檢測各個線路的接口是否完全接通，是否有短路、 斷路或漏接的現(xiàn)象，如果有，應(yīng)該及時改好電路連線。 對照原理圖，檢查各元件是否接正確。（2）動態(tài)調(diào)試接通實驗箱提供的14V交流電源，用數(shù)字萬用表對所涉及的實物電路進(jìn)行測 試。得到可調(diào)節(jié)輸出電壓范圍為 4.2測試儀器測