集成直流穩(wěn)壓電源

1、2010級模擬電子技術(shù)課程設(shè)計集成直流穩(wěn)壓電源姓 名學(xué) 號院、系、部電氣工程系班 號完成時間摘 要此課程設(shè)計是采用集成元件連續(xù)輸出的直流穩(wěn)壓電源(12V)集成穩(wěn)壓電源的運(yùn)用非常廣泛，本次課程設(shè)計把重點(diǎn)放在電路的設(shè)計、制作和調(diào)試上。大家都知道，在電路運(yùn)用日趨廣泛的情況下，獨(dú)立運(yùn)用一個集成電路中的某一部分的元件運(yùn)用逐漸減少，因此本設(shè)計的主要在于橋式整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路的運(yùn)用和選擇上，再設(shè)計和運(yùn)用的過程中有著一定的局限性。本課程設(shè)計中為了能夠使所用的元件參數(shù)有根有據(jù)，有相應(yīng)的計算公式代入進(jìn)行理想計算。也有一部分是從參考書目得來。本課程實際的目的是給具體的設(shè)計制作調(diào)試提供一個參考，共同進(jìn)行討論

2、。所用方法并不是唯一的，一起討論一起實踐，以期贏得共同進(jìn)步。本次課程設(shè)計在設(shè)計和制作時以電子技術(shù)基礎(chǔ)、電路、模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)、常用電子元件手冊、實用電子技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)計和調(diào)試、電工技術(shù)等課程知識為基礎(chǔ)。為方便討論參考，設(shè)計當(dāng)中不乏簡單通俗易懂，是一個很簡單的電路。由于本人水平有限，錯誤性和局限性在所難免，懇請老師同學(xué)們指導(dǎo)更正。目 錄第1章 設(shè)計任務(wù)與要求. 1 第2章 主要內(nèi)容. 1 2.1方案與設(shè)計1 2.2單元電路的設(shè)計與參數(shù)設(shè)計. 3 整流電路. 4 2.2.2 濾波電路. 6 2.2.3 擴(kuò)流電路. 8集成穩(wěn)壓電路. 92.3安裝與調(diào)試. .12第3章 結(jié)論與心得13 第4章 參考文獻(xiàn).

3、 13第1章 設(shè)計任務(wù)與要求采用三端集成穩(wěn)壓器設(shè)計一穩(wěn)壓電源，其性能指標(biāo)如下 : 1輸入交流電壓220V（50HZ），輸出電壓,最大輸出電流 2輸出紋波穩(wěn)壓小于5mV，穩(wěn)壓系數(shù)小于5*103；輸出的內(nèi)阻小于0.1。3加輸出保護(hù)電路，最大輸出電流不超過2A。要求：1. 電源變壓器只做理論設(shè)計2. 全理選擇集成穩(wěn)壓器及擴(kuò)流三極管。3. 保護(hù)電路擬采用限流型4. 完成全電路理論設(shè)計，仿真調(diào)試，繪制電路圖。5. 撰寫設(shè)計報告、調(diào)試報告。第2章 主要內(nèi)容2.1方案與設(shè)計直流穩(wěn)壓電源是一種通用的電源設(shè)備，它能為各種電子儀器和電路提供的穩(wěn)定的直流電壓，氣性能的好壞直接影響整個電子設(shè)備。早期的直流穩(wěn)壓電源都由

4、分立元件組成，現(xiàn)在大都采用集成穩(wěn)壓器件，氣性能指標(biāo)優(yōu)良，外圍電路簡單，使用維修方便。一般直流穩(wěn)壓電壓由變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路組成。電網(wǎng)上單相交變流電壓經(jīng)變壓器得到需要的副邊電壓。這個副邊電壓受電網(wǎng)電壓波動很大，由此必須經(jīng)過穩(wěn)壓電路才能得到穩(wěn)定的電壓輸出。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）所示圖（1）集成直流穩(wěn)壓電源電路結(jié)構(gòu)圖整流后的電壓含有較多的交流成分，整流電路輸出電壓有較大的脈動，而負(fù)載要求有比較平穩(wěn)的直流電壓，利用濾波電路可將整流輸出電壓中的交流成分濾除，而保留其直流成分。電容、電感或電容和電感組合都能達(dá)到濾波的作用，有三種不同的濾波

5、方案可供選擇，如表1所示表1方案一方案二方案三 濾波方式性質(zhì)單相橋式整流電容濾波電路單相橋式整流電感濾波電路LC濾波電路輸出直流電壓U。=1.2U2U。=0.9U2U。=0.9U2優(yōu)點(diǎn)電路簡單，輸出電壓高，紋波較小，濾波效果好負(fù)載能力好，適應(yīng)性強(qiáng)，無二極管沖擊電流負(fù)載能力強(qiáng)，二極管所受沖擊電流小，濾波效果好適用場合負(fù)載電流要求小負(fù)載電流要求大適應(yīng)性強(qiáng)分析電容有通高頻、阻低頻的作用，減少脈動，在單相橋式電容濾波電路中，流過每個整流二極管的電流ID=0.5I。，二極管承受的最大反向電壓URM=V2。電感有通低阻高頻的作用，能阻止電流變化的，能實現(xiàn)濾波，但電感濾波電路很少在應(yīng)用電路中應(yīng)用，特別是小功

6、率電路，它僅用于負(fù)載電流較大，即RL較小的電路。LC濾波電路是在電感濾波的基礎(chǔ)上加一級電容，LC濾波電路能抑制整流管的沖擊電流，但輸出電壓U。較小低，因用了電感，體積和重量都相應(yīng)的大大增加了通過比較三個電路的優(yōu)缺點(diǎn)、元件的購買問題和根據(jù)課程設(shè)計的指標(biāo)要求，方案一比較合適，決定采用方案一。2.2單元電路的設(shè)計與參數(shù)設(shè)計集成直流穩(wěn)壓電源總電路圖如圖（2）所示圖（2）集成直流穩(wěn)壓電源總電路圖所設(shè)計的集成直流穩(wěn)壓電源電路有橋式整流電路、電容濾波電路、穩(wěn)壓電路,電流擴(kuò)展四個部分組成。各個部分的電路設(shè)計和參數(shù)計算分析如下：2.2.1整流電路整流電路利用單向?qū)щ姷奶匦缘亩O管將變壓器輸出的交變電流變成直流脈

7、動電壓。整流電路采用單相橋式整流電路。（1）單相橋式整流電路的工作原理整流電路在工作時，電路中的四只二極管都是作為開關(guān)運(yùn)用，在變壓器二次電壓U2當(dāng)正半周(上正下負(fù))時，二極管D1、D3導(dǎo)通,D2、D4截止，電流ID的通路為aD1ARLBD2b,在負(fù)載電阻RL上得到得到一個半波電壓UO正弦波的正半周；當(dāng)U2為負(fù)半周時（上負(fù)下正）時，二極管D2、D4導(dǎo)通，D1、D3截止，電流ID的通路為bD3aRLBD4b在負(fù)載電阻RL上得到一個半波電壓UO正弦波的正半周。在負(fù)載電阻上正、負(fù)半周內(nèi)部都有電流流過負(fù)載電阻，經(jīng)過合成，得到的是同一個方向的單向脈動電壓。整流電路圖和電路各元件的輸出波形如圖（3）所示。圖

8、（3）單相橋式整流電路和各元件輸出波形圖（2）二極管的參數(shù)計算和選取在橋式整流電路中，每個二極管都在半個周期內(nèi)導(dǎo)電，所以流過每個二極管的平均電流等于輸出電流的一半，即IF=0.5IO。電路中每個二極管所承受的最大反向電壓為URM=U2（U2交流電源輸出電壓）。整流電路中的四個二極管可選用1N4007，其極限參數(shù)為VRM50V,而URM=U22=17V,而VRM滿足要求，可采用1N4007的二極管。2.2.2 濾波電路整流電路將交流電轉(zhuǎn)變成脈動直流電，但在脈動直流點(diǎn)中還含有大量的交流成分，電子電路要求的電源要求的交流成分很小。為止在整流電路之后加裝濾波電路，以濾除脈動直流電中的交流成分。在本集成

9、直流穩(wěn)壓電源電路中采用橋式整流電容濾波電路。橋式整流濾波電路的原理在設(shè)計中，常利用電容器的兩端的電壓不能突變和流過電感器的電流不能突變的特點(diǎn)，將電容器和負(fù)載電容并聯(lián)好，已達(dá)到使輸出波形基本平滑的目的。在本集成直流穩(wěn)壓電源電路中采用橋式整流電容電路，直流輸出電壓：UO=(1.11.4)U2，而直流輸出電流IO=I2/(1.52.0)（I2變壓器副邊電流的有效值）在U2正半周期的0T/4時間內(nèi)。二極管加正向電壓導(dǎo)通，U2對電容C充電，同時對負(fù)載供電。由于二極管的正向電阻很小，所以當(dāng)U2達(dá)到峰值時，電容C兩端所充電UC也達(dá)到了U2的峰值（UC=U2），方向為上正下負(fù)；對二極管來說，UC為方向電壓。在

10、這段時間內(nèi)，由于U2UC，所以二極管保持導(dǎo)通，輸出電壓波形如圖（4）所示。在T/4t1時間內(nèi)，U2UC，二極管加方向電壓截止。電容C通過負(fù)載放電（也就是對負(fù)載供電），電容兩端的電壓 UC（也就是輸出電壓UO）逐漸下降。輸出電壓波形如圖（4）所示。在t1t2時間內(nèi)，U2的第二個正半周期到來并且已經(jīng)達(dá)到U2UC，所以二極管又導(dǎo)通了，U2再次對電容充電，同時對負(fù)載供電，UC又逐漸上升到U2的峰值。各時間段輸出電壓波形如圖（4）所示。此后，電容器在U2的每個周期內(nèi)，充、放電各一次，顯然，由于電容器C的充、放電作用，使輸出UO變得平滑的多了。 圖（4）整流濾波電路及輸出波形圖（2）電容的選取和參數(shù)計算可

11、得穩(wěn)壓系數(shù) 式中，VO=23V，V1 =24V，VOP-P=5mV , SV=3×10-3則 可求得濾波電容 C=ICt/Vi= Iomax/Vi式中Iomax=0.08mA ，所以C=2300uF電容C的耐壓應(yīng)大于V2 =17V,由于購買時只能買到50V的電容，故取1只2300F/50V的電容與電路并聯(lián)，如圖中C1所示。為了達(dá)到更好的濾波效果，再并聯(lián)一個0.33uF的滌綸電容Ci, Ci具有阻高頻通低頻的作用。為了更好的查找和調(diào)試，可在濾波電路中并聯(lián)一個發(fā)光二極管，為了能更清楚地看到二極管的發(fā)光情況，并聯(lián)了一個紅色的二極管DO，有色發(fā)光二極管的發(fā)光電流ID=20

12、uA,為了防止發(fā)光二極管燒壞，根據(jù)R2ID=12V,所以需要串聯(lián)一個阻值為1000歐的電阻R22.2.3 擴(kuò)流電路帶過流保護(hù)的擴(kuò)流電路圖1（a）是應(yīng)用78L××輸出固定電壓VO的典型電路圖。正常工作時，輸入、輸出電壓差應(yīng)大于23V。電路中接入電容C1、C2是用來實現(xiàn)頻率補(bǔ)償?shù)?，可防止穩(wěn)壓器產(chǎn)生高頻自激振蕩并抑制電路引入的高頻干擾。C3是電解電容，以減小穩(wěn)壓電源輸出端由輸入電源引入的低頻干擾。D是保護(hù)二極管，當(dāng)輸入端意外短路時，給輸出電容器C3一個放電通路，防止C3兩端電壓作用于調(diào)整管的be結(jié)，造成調(diào)整管be結(jié)擊穿而損壞。圖1（b）是擴(kuò)大78L××輸出電流

13、的電路，并具有過流保護(hù)功能。電路中加入了功率三極管T1，向輸出端提供額外的電流IO1，使輸出電流IO增加為IO= IO1+ IO2。其工作原理為：在電路中存在關(guān)系式VBE1 =VR1 =VCE3。正常工作時，T2、T3截止，電阻R1上的電流產(chǎn)生壓降使T1導(dǎo)通，使輸出電流增加。若IO過流（即超過某個限額），則IO1也增加，電流檢測電阻R3上壓降增大使T3導(dǎo)通，導(dǎo)致T2趨于飽和，使T1管基-射間電壓VBE1降低，限制了功率管T1的電流IC1，保護(hù)功率管不致因過流而損壞。本實驗應(yīng)用放大電流電路如圖（5）正壓系列電流擴(kuò)展電路由于LM7815（LM7915）輸出電壓為24V，輸出電流為1.5A。設(shè)計要求

14、輸出為2A故需要一個擴(kuò)流電路來達(dá)到目的。通過三極管的放大作用來實現(xiàn)。為了保護(hù)三極管不會被燒毀故串入一個阻值為0.6的電阻。2.2.4集成穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓器的選取與參數(shù)計算：穩(wěn)壓電路可選集成三端穩(wěn)壓電路。三端可調(diào)穩(wěn)壓器有正電壓穩(wěn)壓器LM7824（7812,7815）系列，負(fù)壓穩(wěn)壓器LM9724（7912,7915）系列。由于LM7824作為輸出電壓可變的集成三端穩(wěn)壓塊，是一種使用方便、應(yīng)用廣泛的集成穩(wěn)壓塊，而且特性參數(shù)均滿足集成直流穩(wěn)壓電源電路的設(shè)計要求，它的性能參數(shù)如表2所示，可采用LM7824穩(wěn)壓器。它的三個端子除了輸入端和輸出端以外，第三個端子不是公共端（接地）。表格2LM7824特性參數(shù)輸出

15、電壓可調(diào)范圍12v輸出負(fù)載最大電流15A輸出負(fù)載最小電流5mA輸入與輸出工作的壓差2V電壓調(diào)整率0.0066電阻R1和電位器RP構(gòu)成取樣電路；C1為輸入端濾波電容，可抵消電路的電感效應(yīng)和防止自激振蕩；C2是為了取樣電位器RP兩端的紋波電壓而并聯(lián)的旁路電容，；C3是為了防止輸出端負(fù)載呈容性時可能出現(xiàn)的阻尼振蕩；VD1是保護(hù)二極管，用來防止輸入端發(fā)生短路是C3放電可能造成的內(nèi)部調(diào)整管的損壞；VD2也是保護(hù)二極管，當(dāng)輸出端出現(xiàn)短路時，C2兩端的電壓作用在VD2兩端使它正偏而導(dǎo)通，為C2提供放電通路，避免C2上的電壓擊穿美不的放大管。電阻R1跨接在輸出端與調(diào)整端之間，為保證負(fù)載開路時輸出電流不小于5m

16、A，R1最大值R1max=UREF/5mA=240歐（定值電阻R1通常取值120240歐）。當(dāng)R1=240歐時，流過RP1的電流是IR1和調(diào)整端流出的電流IAD(100uA左右)之和, IR1=1.25V/240歐=5mA。由于IAD的值很小，若忽略IAD，則輸出電壓為Uo UREF（1RP1/ R1）=1.25（1RP1/ R1）式中1.25是集成穩(wěn)壓輸出端（OUT）與調(diào)整端（ADJ）之間的固定參考電壓UREF。當(dāng)Uomin=1.25（1RP1/240）=3V時, RP1=336歐；Uomax=1.25（1RP1/240）=9V時, RP1=1448歐。為了防止輸出電流超過設(shè)計要求的最大電流

17、Iomax,一般所購買的繞線電位器的最大阻值都要比1448歐大，在這里，只能買到最小值為10K歐的繞線電位器，所以RP1=10K歐。為了保證電路的質(zhì)量，在此集，成直流穩(wěn)壓電源電路中，R1應(yīng)用金屬電阻，RP1應(yīng)用繞線電位器，C2應(yīng)用鉭電解電容器。在穩(wěn)壓電路中還要安裝一片散熱片，以防LM317由于過熱而損壞。在總電路圖中C2一個電容為220uF/35V的電解電容.保護(hù)二極管D5可用1N4007二極管，也可選整流二極管2CP12.三端穩(wěn)壓器的典型接法穩(wěn)壓器實物圖電路原理圖2.3安裝與調(diào)試首先為了防止集成穩(wěn)壓器LW7824因過熱損壞，安裝硬件時要加適當(dāng)大小的散熱片。先裝集成穩(wěn)壓電路，再裝整流濾波電路，

18、最后安裝變壓器。安裝一級測試一級。穩(wěn)壓電路主要測試集成穩(wěn)壓器是否正常工作。輸入端加直流電壓Vi23V時，調(diào)節(jié)RP1，輸出電壓U0隨之變化，說明穩(wěn)壓電路正常工作。整流濾波電路主要檢查整流二極管是否接反，安裝前用萬用表測量其正、反向電阻。電路連接，通電后，發(fā)光二極管發(fā)亮，說明電路接通。安裝后接入電源變壓器，整流輸出電壓UO應(yīng)為正，否則會損壞穩(wěn)壓器。斷開交流電源，將整流濾波電路與穩(wěn)壓電路相連接，在接通電源，輸出電壓V0。為規(guī)定值，說明各級電路均正常工作，可以進(jìn)行各項性能指標(biāo)的測試。按照前面介紹的測試方法，對電路進(jìn)行測試。第3章 結(jié)論與心得經(jīng)過了多天的努力與實踐，一個簡易的集成直流穩(wěn)壓電源的課題設(shè)計就算完成了，自己很有成就感。我認(rèn)為通過這次實踐，我對模擬電子技術(shù)這門課程有了更深刻的理解，從題目的選定到最后硬件