集成直流穩(wěn)壓電源課程設計

1、模擬電路課程設計報告設計課題： 直流穩(wěn)壓電源設計 專業(yè)班級： 10機電 學生姓名： 戴可杰 學號： 103070161指導教師： 萬華 設計時間： 2011-12-15 直 流 穩(wěn) 壓 電 源 設 計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_p5mV4. 穩(wěn)壓系數(shù)：SV二、方案設計與論證穩(wěn)壓電源由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路四個部分組成，如圖1所示。 + 電 源 + 整 流 + 濾 波 + 穩(wěn) 壓 + u1 u2 u3 uI U0 _ 變壓器 _ 電 路 _ 電 路 _ 電 路 _（a）穩(wěn)壓電源的組成框圖 u1 u2 u3 u

2、I U0 0 t 0 t 0 t 0 t 0 t （b）整流與穩(wěn)壓過程圖1穩(wěn)壓電源的組成框圖及整流與穩(wěn)壓過程單相半波整流：單相半波整流簡單，它只對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。但由于只利用了交流電的一半波形，所以整流效率不高，而且綜合3種方案的優(yōu)缺點:決定選用方案三。三、單元電路設計與參數(shù)計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導通，D3、D4截止；u2的負半周內(nèi)，D3、D4導通，D1、D2截止。正負半周內(nèi)部都有電流流過的負載電阻RL，且方向是一致的。電路的輸出波形如圖3所示。圖2整流電路圖3輸出波形圖在橋式整流電路中，每個

3、二極管都只在半個周期內(nèi)導電，所以流過每個二極管的平均電流等于輸出電流的平均值的一半，即 。電路中的每只二極管承受的最大反向電壓為(U2是變壓器副邊電壓有效值)。在設計中，常利用電容器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，將電容器和負載電容并聯(lián)或電容器與負載電阻串聯(lián)，以達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：Uo1=(1.11.2)U2，直流輸出電流： （I2是變壓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原理電路見圖4。圖4 穩(wěn)壓電路原理圖選擇集成三端穩(wěn)壓器因為要求輸出電壓可調(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，常見主要有C

4、W317、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)的負電壓，可調(diào)范圍為1.2V37V，最大輸出電流為1.5A。穩(wěn)壓內(nèi)部含有過流、過熱保護電路，具有安全可靠，性能優(yōu)良、不易損壞、使用方便等優(yōu)點。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)壓構成的可調(diào)電壓穩(wěn)壓電源。LM317系列和lM337系列的引腳功能相同，管腳圖和典型電路如圖4和圖5.圖4管 腳圖 圖5典型電路輸出電壓表達式為: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，此電壓加于給定電阻兩端，將產(chǎn)生一個恒定電流通過輸出電壓調(diào)節(jié)電位器，電阻常取值，在這里，因為只買到10

5、K的電位器，再串聯(lián)一個R2，根據(jù)LM317輸出電壓表達式，?。篟1=2.2k,R2=2k。我們一般使用精密電位器，與其并聯(lián)的電容器C可進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10F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輸出負載電流：1.5A輸入與輸出工作壓差U=Ui-Uo：340V能滿足設計要求,故選用LM317組成穩(wěn)壓電路。變壓器 電源變壓器的作用是將來自電網(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：其中：是變壓器副邊的功率，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

6、1 小型變壓器的效率 副邊功率 效率0.60.70.80.85 因此，當算出了副邊功率后，就可以根據(jù)上表算出原邊功率。由于LM317的輸入電壓與輸出電壓差的最小值，輸入電壓與輸出電壓差的最大值，故LM317的輸入電壓范圍為： 即 ， 取 變壓器副邊電流： ，取，因此，變壓器副邊輸出功率： 由于變壓器的效率，所以變壓器原邊輸入功率，為留有余地，選用功率為的變壓器。選用整流二極管和濾波電容由于：，。IN4001的反向擊穿電壓，額定工作電流，故整流二極管選用IN4001。濾波電容根據(jù) ，和公式可求得： 所以，濾波電容： 電容的耐壓要大于，故濾波電容C取容量為，耐壓為的電解電容。四、總原理圖及元器件清

7、單1總原理圖、PCB圖1 元件清單型號元件參數(shù)值，1A也可用1N4007可調(diào)范圍1.2V37V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，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）。安裝時要注意，二極管和電解電容的極性不要接反。經(jīng)檢查無誤后，才將電源變壓器與整流濾波電路連接，通電后，用萬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，則說明整流電路沒有接對，此時若接入穩(wěn)壓電路， 就會損壞集成穩(wěn)壓器。然后接通電源，調(diào)節(jié)RW的值，若輸出電壓滿足設計指標，說明穩(wěn)壓電源中各級電路都能正常工作，此時就可以

8、進行各項指標的測試。因在multisim沒有LM317元件，故用同一系列的LM117代替。 電位器R2取最大值時，Uo=9.088V 電位器R2取最小值時,Uo=2.983V電位器在0到10K之間，輸出電壓連續(xù)可調(diào)：約為3V9V。六、性能測試與分析1輸出電壓與最大輸出電流的測試測試電路如圖5所示。一般情 自耦變壓器 Io 電流表況下，穩(wěn)壓器正常工作時，其輸出 被測 I電流要小于最大輸出電流， 220V 穩(wěn)壓 Uo V 電壓表 RL取，可算出RL=20， 電路 工作時上消耗的功率為：故取額定功率為10W，阻值為 圖5 穩(wěn)壓電源性能指標的測試電路20的電位器。測試時，先使，交流輸入電壓為220V，

9、用數(shù)字電壓表測量的電壓值就是Uo。然后慢慢調(diào)小，直到Uo的值下降5%，此時流經(jīng)的電流就是，記下后，要馬上調(diào)大的值，以減小穩(wěn)壓器的功耗。 R5（RL）=20歐姆，Uo=8.78V, Io=438.979mA Uo下降5%（8.332V）時，Io=846.644mA,即Iomax=Io.2紋波電壓的測試 用示波器觀察Uo的峰峰值，（此時Y通道輸入信號采用交流耦合AC），測量Uop-p的值（約幾mV）。 由示波器得出：Uop-p=106。845uV3穩(wěn)壓系數(shù)的測量 按圖5所示連接電路， 在時，測出穩(wěn)壓電源的輸出電壓Uo。然后調(diào)節(jié)自耦變壓器使輸入電壓，測出穩(wěn)壓電源對應的輸出電壓Uo1 ；再調(diào)節(jié)自耦變壓

10、器使輸入電壓，測出穩(wěn)壓電源的輸出電壓Uo2。則穩(wěn)壓系數(shù)為： 因為，在本調(diào)試中，無法得到自耦變壓器，所以只能把電壓歸算到降壓器的輸出電壓(Ui):U1=198V, Ui=10.8VU1=220V, Ui=12.0VU1=242V, Ui=13.2V Ui=12時，Uo=8.726V Ui=10.8V時，Uo=8.72V Ui=13.2V時，Uo=8.740V所以，穩(wěn)壓系數(shù)：=0.0022設計要求測試結果誤差分析Uo=+3V+9V2.983V 9.088V 0.01%Iomax=800mA846.644mA0.05%Vop_p5mV106。845uV106845uV 5mVSV0.00222%七、

11、結論與心得性能指標protel給出的LM317的原理圖管腳，花費了大量的時間去調(diào)試。正確的管腳為:1腳為調(diào)整，2腳為輸出，3腳為輸入。焊板的時候，不要對著3D來焊，應以PCB為基準。3D圖雖然形象的把電路板模擬出來了，但與實物還有有很大的差別的，特別是二極管，電解電容，極性錯亂，而且有很多圖沒有樣板。還有，12V的變壓器輸入的電壓會比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。本次的課程設計，培養(yǎng)了我們綜合應用課本理論解決實際問題的能力；我覺得課程設計對我們的幫助是很大的，它需要我們將學過的理論知識與實際系統(tǒng)地聯(lián)系起來，加強我們對學過的知識的實際應用能力！在設計的過程中還培養(yǎng)出了我們的團隊精神，同學們共同協(xié)作，解決了許多個人無法解決的問題；在今后的學習過程中我