串聯(lián)型二路輸出直流穩(wěn)壓負(fù)電源電路

1、 題目串聯(lián)型二路輸出直流穩(wěn)壓負(fù)電源電路內(nèi)容及要求 一路輸出直流電壓-12V；另一路輸出-（512V）連續(xù)可調(diào)直流穩(wěn)壓電源； 輸出電流IOm=200mA；穩(wěn)壓系數(shù)Sr0.05；進(jìn)度安排1. 布置任務(wù)、查閱資料、選擇方案，領(lǐng)儀器設(shè)備： 3天； 注意：學(xué)生的設(shè)計(jì)方案需經(jīng)指導(dǎo)老師檢查通過(guò)后方可進(jìn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行制作。2. 領(lǐng)元器件、制作、焊接：3天3調(diào)試： 3天4. 驗(yàn)收：1天4. 提交報(bào)告：2009-2010學(xué)年第二學(xué)期37周學(xué)生姓名： 指導(dǎo)地點(diǎn)：E樓311室 2010 年 3月 1 日任務(wù)完成2010 年 3 月 12 日考核方式系（部）主任 摘要隨著電力電子技術(shù)的迅速發(fā)展，直流電源應(yīng)用非常廣泛，其好壞

2、直接影響著電氣設(shè)備或控制系統(tǒng)的工作性能，目前，市場(chǎng)上各種直流電源的基本環(huán)節(jié)大致相同，都包括交流電源、交流變壓器(有時(shí)可以不用)、整流電路、濾波穩(wěn)壓電路等。 課程設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容：串聯(lián)二路直流穩(wěn)壓電源有很多優(yōu)異特性，為獲得可靠地直流穩(wěn)壓電源，一個(gè)經(jīng)濟(jì)可行的辦法是將我國(guó)目前使用的220v電通過(guò)一定方法轉(zhuǎn)換為用戶(hù)所需要的直流電，我們此次實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)任務(wù)就是設(shè)計(jì)一串聯(lián)型輸出直流穩(wěn)壓電源電路，一路輸出電壓穩(wěn)定的-12v電壓，另一路通過(guò)電位器的調(diào)節(jié)可以輸出電壓從-5到-12v可調(diào)。此串聯(lián)型二路直流穩(wěn)壓負(fù)電源已被廣泛用于各種子方面的技術(shù)設(shè)計(jì)。 經(jīng)過(guò)對(duì)電路的設(shè)計(jì)、修改、仿真及電路板的制作，接通電源后能輸出穩(wěn)定-1

3、2v的電壓及從-5到-12v可調(diào)電壓。本次課題設(shè)計(jì)除在美觀方面處理得不夠得當(dāng)之外，本次電路設(shè)計(jì)完全符合全部的設(shè)計(jì)要求。 關(guān)鍵字：串聯(lián)、二路、直流穩(wěn)壓、負(fù)電源、可調(diào)目錄前言4第一章 設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求5第二章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案選擇6 2.1 方案一62.2 方案二7第三章 系統(tǒng)組成及工作原理83.1 系統(tǒng)組成83.2 工作原理8第四章 單元電路設(shè)計(jì)、參數(shù)計(jì)算、器件選擇104.1 電源降壓電路104.2 整流電路104.3 濾波電路114.4 -5V穩(wěn)定電壓電路124.5 -（5-12）連續(xù)可調(diào)穩(wěn)壓電路124.6 保護(hù)電路14第五章 實(shí)驗(yàn)、調(diào)試及測(cè)試結(jié)果與分析155.1 實(shí)驗(yàn)調(diào)試155.2 測(cè)試結(jié)果與分析

4、155.3 仿真電路圖16第六章 心得體會(huì)17參考文獻(xiàn)18附錄一18附錄二20前言科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力，以前的三次工業(yè)革命就使我們的社會(huì)發(fā)生了翻天覆地的改變，使我們由手工時(shí)代進(jìn)入了現(xiàn)代電子技術(shù)時(shí)代。同時(shí)，科技在國(guó)家的國(guó)防事業(yè)中發(fā)揮了重要的作用，只有科技發(fā)展了才能使一個(gè)國(guó)家變得強(qiáng)大。而作為二十一世紀(jì)的一名大學(xué)生，不僅要將理論知識(shí)學(xué)會(huì)，更為重要的是要將理論知識(shí)運(yùn)用于實(shí)際生活當(dāng)中，使理論與實(shí)際能夠聯(lián)系起來(lái)。電子課設(shè)是電子技術(shù)學(xué)習(xí)中非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，是將理論與實(shí)踐相結(jié)合的環(huán)節(jié)，是真正鍛煉學(xué)生實(shí)踐能力的環(huán)節(jié)。串聯(lián)二路直流穩(wěn)壓電源有很多優(yōu)異特性，如今已被廣泛用于各實(shí)驗(yàn)室提供直流穩(wěn)壓電源，而且其制作簡(jiǎn)單，

5、價(jià)格便宜，花費(fèi)少，得到許多需要提供直流穩(wěn)壓電源的實(shí)驗(yàn)室、工作室等地方的青睞。本次課程設(shè)計(jì)就是主要研究這種電源電路的設(shè)計(jì)。雖然在如今各個(gè)地方都能順利利用直流穩(wěn)壓電源，但這一點(diǎn)并不能否認(rèn)本專(zhuān)業(yè)學(xué)生們對(duì)其進(jìn)行電子課程設(shè)計(jì)，因?yàn)槠渲袑?duì)邏輯電路進(jìn)行設(shè)計(jì)分析的思路仍然值得大家一起學(xué)習(xí)和研究。又因?yàn)槠浜?jiǎn)單、易做、易設(shè)計(jì)，對(duì)設(shè)計(jì)材料無(wú)特別要求的特點(diǎn)，使得串聯(lián)二路直流穩(wěn)壓負(fù)電源這一課題廣泛用于電子課程設(shè)計(jì)當(dāng)中。第一章 設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求【設(shè)計(jì)內(nèi)容】 設(shè)計(jì)一串聯(lián)型輸出直流穩(wěn)壓電源電路，一路輸出電壓-12v，另一路通過(guò)電位器的調(diào)節(jié)可以輸出電壓從-5到-12v可調(diào)，使得輸出電流Iom=200m A，穩(wěn)壓系數(shù)Sr<=

6、0.05?！驹O(shè)計(jì)要求】（1） 設(shè)計(jì)電路結(jié)構(gòu)，選擇電路元件，計(jì)算確定元件參數(shù)，畫(huà)出實(shí)驗(yàn)原理圖。（2） 自擬實(shí)驗(yàn)方法、步驟及數(shù)據(jù)表格，提出測(cè)試所需儀器及元器件的規(guī)格、數(shù)量，交指導(dǎo)教師審批。（3） 準(zhǔn)批后進(jìn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行組裝、調(diào)試，并測(cè)試其主要性能及參數(shù)。第二章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案選擇2.1 方案一本方案是采用兩個(gè)W7912三端穩(wěn)壓制作二路負(fù)電源（如圖2.1）。固定式三端穩(wěn)壓管（W7912是由輸出腳V0,輸入腳Vi和接地腳GND組成的，它的穩(wěn)壓值為-12V，它屬于CW79xx系列的穩(wěn)壓器，輸入端接電容可以進(jìn)一步的濾波，輸出端也要接電容可以改善負(fù)載的瞬間影響。此方案中，一個(gè)W7912直接輸出-12V的穩(wěn)定電壓，

7、另一個(gè)W7912輸出的-12V電壓作為基準(zhǔn)電壓，加上一個(gè)小于240Ohm的電阻和一個(gè)1KOhm電位器，這樣就能得到-（5-12）V的可調(diào)電壓。此電路的穩(wěn)定性好，只是采用的電容必須要漏電流要小的鉭電容，如果采用電解電容，則電容量要比其它的數(shù)值要增加10倍。又因?yàn)橐笞畲筝敵鲭娏鳛?00mA，穩(wěn)定系數(shù)小于等于0.05，考慮到這兩個(gè)因素，該方案有明顯的缺陷，是不可取的。圖2.1 串聯(lián)型二路直流穩(wěn)壓電源電路（采用兩個(gè)W7912三端穩(wěn)壓器）2.2 方案二本方案是采用了一個(gè)W7912三端穩(wěn)壓管和一個(gè)LM337三端可調(diào)穩(wěn)壓器（如圖2.2）。穩(wěn)定電壓的那一路輸出與方案一相同，另一路可調(diào)的直流電壓由LM337得

8、到。由于LM337的調(diào)整段和輸出端之間電壓為恒定值-1.25V，可以看做是基準(zhǔn)電壓，所以由固定電阻R（應(yīng)小于240Ohm）與電位器RP1組成的取樣分壓電路，可以用來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓，可按公式估算輸出電壓 ：U0=-1.25（1+RP1/R1）。這就滿(mǎn)足了電壓的連續(xù)可調(diào)。另外LM337穩(wěn)壓器的內(nèi)部含有過(guò)流過(guò)熱保護(hù)電路的功能，其輸出電流可以達(dá)到1.5A。由此可見(jiàn)LM337的性能比和穩(wěn)壓穩(wěn)定都比W7912三端穩(wěn)壓管要好。所以我們選用LM337來(lái)實(shí)現(xiàn)可調(diào)的電壓輸出。圖2.2串聯(lián)型二路直流穩(wěn)壓電源電路（采用一個(gè)LM337和一個(gè)W7912）通過(guò)兩個(gè)方案的比較，發(fā)現(xiàn)兩個(gè)方案都能達(dá)到設(shè)計(jì)的基本技術(shù)要求，但是通過(guò)全

9、面的分析及實(shí)驗(yàn)的可操作性的研究，第二個(gè)方案能更好地達(dá)到技術(shù)要求，所以在實(shí)際要求中選擇方案二。第三章 系統(tǒng)組成及工作原理3.1 系統(tǒng)組成 本系統(tǒng)主要是由一個(gè)輸出穩(wěn)定直流電源電路和一個(gè)輸出可調(diào)直流電源電路通過(guò)串聯(lián)而組成的，通過(guò)穩(wěn)壓器LM337使電路輸出負(fù)電源。 輸出穩(wěn)定直流電源電路：直流穩(wěn)壓電源是一種將220V工頻交流電轉(zhuǎn)換成穩(wěn)壓輸出的直流電壓的裝置，它需要變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓四個(gè)環(huán)節(jié)才能完成。 輸出可調(diào)直流電源電路：該直流穩(wěn)壓電源電路由降壓整流電路和穩(wěn)壓輸出電路組成，通過(guò)電位器的調(diào)節(jié)可使電壓在一定范圍內(nèi)變化。3.2 工作原理（1）原理基本構(gòu)造圖電子設(shè)備一般都需要直流電源供電。這些直流電除了少數(shù)

10、直接利用干電池和直流發(fā)電機(jī)外，大多數(shù)是采用把交流電（市電）轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟姷闹绷鞣€(wěn)壓電源。直流穩(wěn)壓電源由電源變壓器、整流、濾波和穩(wěn)壓電路四部分組成，其原理框圖如圖3.1 所示。電網(wǎng)供給的交流電壓u1(220V,50Hz) 經(jīng)電源變壓器降壓后，得到符合電路需要的交流電壓u2，然后由整流電路變換成方向不變、大小隨時(shí)間變化的脈動(dòng)電壓u3，再用濾波器濾去其交流分量，就可得到比較平直的直流電壓uI。但這樣的直流輸出電壓，還會(huì)隨交流電網(wǎng)電壓的波動(dòng)或負(fù)載的變動(dòng)而變化。在對(duì)直流供電要求較高的場(chǎng)合，還需要使用穩(wěn)壓電路，以保證輸出直流電壓更加穩(wěn)定。（2）電路原理圖圖3.2 電路原理圖 串聯(lián)型二路直流穩(wěn)壓電源電路是由一

11、個(gè)LM337和一個(gè)W7912三端穩(wěn)壓器、一個(gè)電位器、一個(gè)電阻和若干個(gè)電容串聯(lián)而成，接通電源后能夠產(chǎn)生穩(wěn)定-12V電壓和一從-（5-12）V之間可調(diào)的電壓。第四章 電路設(shè)計(jì)、參數(shù)計(jì)算、器件選擇 4.1 電源降壓電路 電網(wǎng)電流經(jīng)過(guò)降壓器變?yōu)檎魉枰碾妷褐?，變壓器副邊與原邊的功率之比為P2/P1=n, 式中n是變壓器的效率。表4-1副邊功率P/vA<10 10-30 30-80 80-200效率 n 0.6 0.7 0.8 0.85 4.2 整流電路 將變壓器次級(jí)交流電壓u2變成單向的直流電壓u3，它包含直流成份和許多諧波分量。整流電路分為單相半波整流電路、單相全波整流電路和單相橋式整流電

12、路。根據(jù)它們的優(yōu)缺點(diǎn)的分析結(jié)果，本設(shè)計(jì)采用集成單相橋式整流電路橋式，電路采用四只二極管,接成橋式.單相橋式整流電路如圖4.1(a)所示，波形圖如圖4.1(b)所示：  圖 4.1(a) 橋式整流電路 圖4.1（b）橋式整流電路波形圖電路工作原理:利用二極管正向?qū)ǚ聪蚪刂沟墓ぷ髟?當(dāng)U2為正半周時(shí)二極管D1、D3導(dǎo)通,D2D4截止當(dāng)U2為負(fù)半周時(shí)二極管D2、D4導(dǎo)通, D1、D3截止。而流過(guò)負(fù)載的電流的方向是一致的,在負(fù)載形成單方向的全波脈動(dòng)電壓。.從而實(shí)現(xiàn)將交流的電壓變?yōu)橹绷麟妷?主要參數(shù)：Uo=0.9*Ui脈動(dòng)系數(shù):S=0.67選管原則: If 1/2Io  

13、;  Ur     1.414U2 故選用IN4007的二極管4.3 濾波電路 電路利用電感器兩端的電流不能突變的特點(diǎn)，把電感器與負(fù)載串聯(lián)起來(lái)，以達(dá)到使輸出電流平滑的目的。從能量的觀點(diǎn)看，當(dāng)電源提供的電流變化（由電源電壓變化引起的）時(shí)，電容的充放電作用，使得負(fù)載電流較大時(shí)或較小時(shí)均有較佳的濾波能力。故選擇10uF的電解電容 主要參數(shù) ：濾波電路的直流輸出電壓U3=1.2U2 。 以上三個(gè)電路結(jié)合在一起，就是如圖4.2所示的電路： 圖4.2 濾波電路4.4 -5V穩(wěn)定電壓電路 W7912在負(fù)電源輸入的情況下，可以通過(guò)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的調(diào)整使得W7912的公共端和輸

14、出端之間的電壓恒定保持在-12V，這就可以作為電源的一路輸出。 W7912的應(yīng)用電路如圖4.3所示：（實(shí)驗(yàn)中前一個(gè)電容選用0.33uF的瓷片電容，后一個(gè)選用10uF的電解電容） 實(shí)際電路如下： 注意:輸入的是負(fù)電壓。圖4.3 -5V穩(wěn)定電壓電路4.5 -（5-12）V連續(xù)可調(diào)電壓電路穩(wěn)壓電路能在電網(wǎng)電壓和負(fù)載電流的變化時(shí)，保持輸出直流電壓的穩(wěn)定。它是直流穩(wěn)壓電源的重要組成部分，決定著直流電源的重要性能指標(biāo)。穩(wěn)壓電路的主要指標(biāo)穩(wěn)壓系數(shù)Sr：穩(wěn)壓系數(shù)是在有負(fù)載固定不變的前提下，輸出電壓的相對(duì)變化量U0/U0與穩(wěn)壓電路輸入電壓相對(duì)變化量Ui/Ui之比，即 ： Sr= (U0/U0 )/( Ui/Ui

15、) LM337的應(yīng)用電路如圖4.4所示：圖4.4 LM337的應(yīng)用電路保持輸出電壓的穩(wěn)定性，要求流經(jīng)R1的電流要小于200mA，這就限制了電阻R1的取值。此外，還應(yīng)注意：LM337在不加散熱器時(shí)的最大允許功耗為2W，在加200×200×3mm散熱板后，其最大允許功耗可達(dá)15W。所以取R1的阻值為100歐姆。又因?yàn)樵O(shè)計(jì)要求輸出電壓在-（5-12）V間可調(diào)。則可根據(jù)公式 U0=-1.25(1+R2/R1) 計(jì)算得電位器應(yīng)該R2為1K歐姆的。 實(shí)際電路如圖4.5所示： 圖4.5 -（5-12）V連續(xù)可調(diào)電壓電路4.6 保護(hù)電路 在穩(wěn)壓電路中，要采取短路保護(hù)措施，才能保證安全可靠地

16、工作。普通保險(xiǎn)絲熔斷較慢，用加保險(xiǎn)絲的辦法達(dá)不到保護(hù)作用，而必須加裝保護(hù)電路。保護(hù)電路的作用是保護(hù)碉整管在電路短路、電流增大時(shí)不被燒毀。其基本方法是，當(dāng)輸出電流超過(guò)某一致值時(shí)，使調(diào)整管處于反向偏置狀態(tài)，從而截止，自動(dòng)切斷電路電流。二極管保護(hù)電路，正常工作時(shí)。兩個(gè)二極管都處于反向截止的狀態(tài)。負(fù)載電路短路時(shí)，電容C3放電，二極管處于導(dǎo)通狀態(tài)，放電電流從D1、C4流出，從而保護(hù)了芯片LM337 。故選擇二極管為IN4007，電容為10uF。（如圖4.6） 圖4.6 保護(hù)電路第五章 實(shí)驗(yàn)、調(diào)試及測(cè)試結(jié)果與分析 5.1 實(shí)驗(yàn)調(diào)試在確定了電路，領(lǐng)好了元器件之后，首先對(duì)電路進(jìn)行了布局，采取的方法是依據(jù)仿真圖

17、焊接電路，逐步檢查各個(gè)部位是否能正常工作，可是依照電路圖焊接完成后結(jié)果一直得不到所要求的標(biāo)準(zhǔn)，于是逐個(gè)元器件檢查是否運(yùn)用正確，并且不斷修改電路圖，更換元器件，直到整塊電路板都能正常工作位置。接著進(jìn)行調(diào)試，先用萬(wàn)用表測(cè)試輸出穩(wěn)定電壓的一部分電路，通過(guò)電壓測(cè)試，發(fā)現(xiàn)輸出電壓確實(shí)是-12v，接著用萬(wàn)用表測(cè)試輸出可調(diào)電壓的電路，通過(guò)調(diào)節(jié)電位器的電阻，發(fā)現(xiàn)萬(wàn)用表電壓示數(shù)確實(shí)在-5到-12v之間連續(xù)可調(diào)。由此可見(jiàn)，完成了基本要求，但是唯一不足的地方是：焊接得不好看，這些都是因?yàn)榭紤]不夠全面清楚，練習(xí)實(shí)踐不夠所致。5.2測(cè)試結(jié)果與分析第一路：U1=-12.03V 誤差為： （U1-（-12V）/（-12V）

18、=0.25%第二路：（U2=-1.25(1+R2/R1)） 表5-1R2的值（KOhm）0.8690.8450.7680.6880.6090.5310.4520.3740.294測(cè)量值U2（V）-12.28-12-11-10-9-8-7-6-5理論值（V）-12.1125-11.8125-10.85-9.85-8.8625-7.8875-6.9-5.925-4.925誤差（%）1.381.591.381.521.551.431.451.271.525.3 仿真電路圖圖5.1 串聯(lián)型二路直流穩(wěn)壓電源仿真電路圖 在實(shí)際設(shè)計(jì)中，考慮到直接用220V的交流電壓比較危險(xiǎn)，試驗(yàn)中采用-15的直流電源代替降

19、壓整流濾波之后的電壓，這兩者的誤差實(shí)際上也不大，所以這樣不會(huì)影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。對(duì)于保護(hù)電路，開(kāi)始加上了二極管，因?yàn)樵趯?shí)驗(yàn)過(guò)程經(jīng)常燒壞而去掉，由于LM337本身的性能好，去掉二極管并不會(huì)對(duì)電路的性能產(chǎn)生很大的影響。第六章 心得體會(huì)本次課程設(shè)計(jì)讓我受益匪淺，我更加深刻的理解了課本上的知識(shí)，很多平時(shí)模棱兩可的知識(shí)點(diǎn)都認(rèn)真復(fù)習(xí)并實(shí)踐了。我對(duì)電子電路設(shè)計(jì)提升了認(rèn)識(shí)，我意識(shí)到我們現(xiàn)在，所學(xué)的知識(shí)將來(lái)都是要付諸實(shí)踐的，所以一切都要從實(shí)際出發(fā)、理論聯(lián)系實(shí)際，這樣才能正確發(fā)揮我們所具備的能力。在這次課程設(shè)計(jì)中，我明白了課程設(shè)計(jì)的任務(wù)一般是設(shè)計(jì)，組裝并調(diào)試一個(gè)簡(jiǎn)單的電子電路裝置。需要我們綜合運(yùn)用電子技術(shù)基礎(chǔ)課程的知識(shí)，通過(guò)調(diào)查研究、查閱資料、方案論證與選定;設(shè)計(jì)和選取電路和元器件；組裝和調(diào)試電路；測(cè)試指標(biāo)和分析討論，完成設(shè)計(jì)任務(wù)。在這次課程設(shè)計(jì)中，我學(xué)會(huì)了怎樣根據(jù)課題的要求去設(shè)計(jì)電路和調(diào)試電路，動(dòng)手能力得到很大提高。從中我發(fā)現(xiàn)自己并不能很好的熟練使用我所學(xué)的模電知識(shí)。在以后學(xué)習(xí)中我要加強(qiáng)對(duì)使用電路的設(shè)計(jì)和選用能力，但由于電路比較