多路高精度直流穩(wěn)壓電源

1、多路高精度直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計一、設(shè)計目的1學(xué)習(xí)基本理論在實踐中綜合運用的初步經(jīng)驗， 掌握模擬電路設(shè)計的基本方法、 設(shè)計步驟，培養(yǎng)綜合設(shè)計與調(diào)試能力。2學(xué)會直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計方法和性能指標(biāo)測試方法。3培養(yǎng)實踐技能，提高分析和解決實際問題的能力。二、設(shè)計任務(wù)及要求1設(shè)計并制作一個連續(xù)可調(diào)直流穩(wěn)壓電源，主要技術(shù)指標(biāo)要求： 輸出電壓可調(diào)：U0=+3V +9V 最大輸出電流： I omax=800mA 輸出電壓變化量：AU 15mV 穩(wěn)壓系數(shù)：SvW 0.0032設(shè)計電路結(jié)構(gòu)，選擇電路元件，計算確定元件參數(shù)，畫出實用原理電路圖。3自擬實驗方法、步驟及數(shù)據(jù)表格，提出測試所需儀器及元器件的規(guī)格、數(shù)量， 交指

2、導(dǎo)教師審核。4. 批準(zhǔn)后，進(jìn)實驗室進(jìn)行組裝、調(diào)試，并測試其主要性能參數(shù)。三、設(shè)計步驟1 電路圖設(shè)計（1）確定目標(biāo)：設(shè)計整個系統(tǒng)是由那些模塊組成，各個模塊之間的信號傳輸， 并畫出直流穩(wěn)壓電源方框圖。（2）系統(tǒng)分析：根據(jù)系統(tǒng)功能，選擇各模塊所用電路形式。（3）參數(shù)選擇：根據(jù)系統(tǒng)指標(biāo)的要求，確定各模塊電路中元件的參數(shù)。（ 4）總電路圖：連接各模塊電路。2電路安裝、調(diào)試1）為提高學(xué)生的動手能力，學(xué)生自行設(shè)計印刷電路板，并焊接。(2) 在每個模塊電路的輸入端加一信號，測試輸出端信號，以驗證每個模塊能 否達(dá)到所規(guī)定的指標(biāo)。(3) 重點測試穩(wěn)壓電路的穩(wěn)壓系數(shù)。(4) 將各模塊電路連起來，整機調(diào)試，并測量該系

3、統(tǒng)的各項指標(biāo)。四、總體設(shè)計思路1 直流穩(wěn)壓電源設(shè)計思路(1) 電網(wǎng)供電電壓交流220V(有效值)50Hz,要獲得低壓直流輸出，首先必須采 用電源變壓器將電網(wǎng)電壓降低獲得所需要交流電壓。(2) 降壓后的交流電壓，通過整流電路變成單向直流電，但其幅度變化大(即 脈動大)。(3) 脈動大的直流電壓須經(jīng)過濾波電路變成平滑，脈動小的直流電，即將交流 成份濾掉，保留其直流成份。(4) 濾波后的直流電壓，再通過穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓，便可得到基本不受外界影響的 穩(wěn)定直流電壓輸出，供給負(fù)載 RL。2 直流穩(wěn)壓電源原理直流穩(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

4、環(huán)節(jié)才能完成，見圖1。其中:(1) 電源變壓器：是降壓變壓器，它將電網(wǎng)220V交流電壓變換成符合需要的交 流電壓，并送給整流電路，變壓器的變比由變壓器的副邊電壓確定。(2) 整流電路：利用單向?qū)щ娫?，?0Hz的正弦交流電變換成脈動的直流電（3）濾波電路：可以將整流電路輸出電壓中的交流成分大部分加以濾除，從而 得到比較平滑的直流電壓。（4）穩(wěn)壓電路：穩(wěn)壓電路的功能是使輸出的直流電壓穩(wěn)定，不隨交流電網(wǎng)電壓 和負(fù)載的變化而變化。整流電路常采用二極管單相全波整流電路， 電路如圖2所示。在u2的正半周內(nèi), 二極管D1、D2導(dǎo)通，D3 D4截止；u2的負(fù)半周內(nèi)，D3 D4導(dǎo)通，D1、D2截止'

5、 正負(fù)半周內(nèi)部都有電流流過的負(fù)載電阻 R,且方向是一致的。電路的輸出波形如 圖所示。橋式整流皂路簡化電路圖71®A A =(/WOIa Ain3n Z4nnhhH咕III|1OJf%111'砒Illi1 1 1 1 rLzUD2=*rWUD=UD3橋式整流電路電壓、電流波形圖2整流電路及輸出波形圖在橋式整流電路中，每個二極管都只在半個周期內(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(shè)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(fù)載電容并

6、聯(lián)或電容器與負(fù)載電阻串聯(lián)，以達(dá)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：U0i=（1.11.2）U2,直流輸出電流：（丨2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3圖3穩(wěn)壓電路原理圖3 設(shè)計方法簡介(1)根據(jù)設(shè)計所要求的性能指標(biāo)，選擇集成三端穩(wěn)壓器LM337Vou七Vout=l . 25* (l-FRB/RA)圖4 LM317管腳和典型電路圖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。 可調(diào)式集成穩(wěn)壓 器，常見主要有CW31、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

7、調(diào)的負(fù)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(hù)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(gòu)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.輸出電壓表達(dá)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 ， 一般使用精密電位器，與其并聯(lián)的電容器C可進(jìn)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

8、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(fù)載電流： 1.5A輸入與輸出工作壓差 U=U-U。： 340V能滿足設(shè)計要求,故選用LM317組成穩(wěn)壓電路。（2）選擇電源變壓器1 ）確定副邊電壓 U2:ax根據(jù)性能指標(biāo)要求： Uomin=3V Uomax=9V其中：（Ui-Uoin)min=3V， (Ui-Uo)max=40V又U i-Uomax(Ui -Uo) min U -Uoin W (Ui -Uo) m 12V <Ui< 43V此范圍中可任選 ： Ui=14V=Uo1根據(jù) Uo1=（1.1 1.2）U2可得變壓的副邊電壓：2）確定變壓

9、器副邊電流 I 2I o1=I o又副邊電流丨2=（1.52）1 O1取I O=| Oma=800mA貝U 12=1.5 衣 0.8A=1.2A3）選擇變壓器的功率 變壓器的輸出功率： Po>I2U2=14.4W（ 3）選擇整流電路中的二極管變壓器的副邊電壓U2=12VUBR=50V>17V橋式整流電路中的二極管承受的最高反向電壓為： 橋式整流電路中二極管承受的最高平均電流為： 查手冊選整流二極管IN4001，其參數(shù)為：反向擊穿電壓 最大整流電流 I F=1A>0.4A（4）濾波電路中濾波電容的選擇 濾波電容的大小可用式 求得。1）求 AU:根據(jù)穩(wěn)壓電路的的穩(wěn)壓系數(shù)的定義：設(shè)

10、計要求 AUW 15mV, Sv< 0.003Uo=+3V +9VUi=14V代入上式，貝可求得 AUi2）濾波電容 C設(shè)定 I o=I omax=0.8A， t=0.01S貝可求得 C。電路中濾波電容承受的最高電壓為 ，所以所選電容器的耐壓應(yīng)大于 17V。 注意： 因為大容量電解電容有一定的繞制電感分布電感，易引起自激振蕩，形 成高頻干擾，所以穩(wěn)壓器的輸入、輸出端常 并入瓷介質(zhì)小容量電容用來抵消電 感效應(yīng)，抑制高頻干擾。五、實驗設(shè)備及元器件1.萬用表 2. 示波器 3. 交流毫伏表4. 穩(wěn)壓芯片 LM317，7805 等六、測試要求1測試并記錄電路中各環(huán)節(jié)的輸出波形。2測量穩(wěn)壓電源輸出電壓的調(diào)整范圍及最大輸出電流。3測量輸出電阻 Ro。4測量穩(wěn)壓系數(shù)。用改變輸入交流電壓的方法，模擬 Ui 的變化，測出對應(yīng)的輸出直流電壓的變化， 則可算出穩(wěn)壓系數(shù)Sv.（注意：用調(diào)壓器使220V交流改變土 10%。即U=44V）5用毫伏表可測量輸出直流電壓中的交流紋波電壓大小，并用示波器觀察、記 錄其波形。6分析測量結(jié)果，并討論提出改進(jìn)意見。七、設(shè)計報告要求1 設(shè)計目的。2設(shè)計指標(biāo)。3總體設(shè)計框圖，并說明每個模塊所實現(xiàn)的功能。4功能模塊，可有多個方案，并進(jìn)行方案論證與比較，要有詳細(xì)的原理說明5總電路圖設(shè)計，有原理說明。6實現(xiàn)儀器，工具。7分析測量結(jié)果