模電直流穩(wěn)壓源

1、機(jī)電工程學(xué)院模擬電子課程設(shè)計(jì)報(bào)告（論文） 題目： 1.25v-15v可控直流穩(wěn)壓源的設(shè)計(jì)與仿真設(shè) 計(jì) 題 目 可控直流穩(wěn)壓源的設(shè)計(jì)與仿真 所學(xué)專業(yè)名稱 自動(dòng)化 班 級(jí) 學(xué) 號(hào) 學(xué) 生 姓 名 指 導(dǎo) 教 師 2015年12月10日到2015年12月16日機(jī)電工程學(xué)院模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)任 務(wù) 書設(shè)計(jì)（論文）名稱： 1.25v-15v可控直流穩(wěn)壓源的設(shè)計(jì)與仿真 專業(yè)： 自動(dòng)化 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師： 下達(dá)時(shí)間：2015年12月10日 一、課程設(shè)計(jì)任務(wù)：1.運(yùn)用模擬電子技術(shù)的理論知識(shí)設(shè)計(jì)一種電壓可調(diào)的直流穩(wěn)壓電源，輸出電壓范圍1.25V15V之間可調(diào)，輸出電流可達(dá)1.5A。2.測(cè)出設(shè)計(jì)電路的輸出電阻

2、；3.測(cè)出設(shè)計(jì)電路的穩(wěn)壓系數(shù)，并將穩(wěn)壓系數(shù)減到最?。?.學(xué)習(xí)電路仿真過程，繪制電路圖，進(jìn)行基本的仿真試驗(yàn)對(duì)設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行性能分析。二、課程設(shè)計(jì)的基本要求：1. 能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)計(jì)任務(wù)的基本功能；2. 至少設(shè)計(jì)兩種可調(diào)電源的實(shí)例，并論證方案；3. 要求依據(jù)要求運(yùn)用模擬電子技術(shù)的理論設(shè)計(jì)、制定實(shí)驗(yàn)方案，并撰寫課程設(shè)計(jì)論文要求符合模板的相關(guān)要求，字?jǐn)?shù)要求4000字以上。目錄一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求21.1設(shè)計(jì)任務(wù)21.2設(shè)計(jì)要求2二、總體方案設(shè)計(jì)32.1 直流穩(wěn)壓電源的基本原理32.2 直流穩(wěn)壓電源的種類及選用3三、單元電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算5四、總原理圖及元器件清單6五、安裝與調(diào)試（或者仿真與

3、調(diào)試）7六、性能測(cè)試與分析86.1整流濾波電路86.1.1 整流電路86.1.2濾波電路96.2 穩(wěn)壓電路10七、結(jié)論與心得10八、參考文獻(xiàn)10 課程設(shè)計(jì)題目一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 1.1設(shè)計(jì)任務(wù)運(yùn)用模擬電子技術(shù)的理論知識(shí)設(shè)計(jì)一種電壓可調(diào)的直流穩(wěn)壓電源，輸出電壓范圍1.25V15V之間可調(diào)，輸出電流可達(dá)1.5A。1.2設(shè)計(jì)要求1. 具體參數(shù)要求：輸入電壓：220V；輸出電壓：1.25- 15V可調(diào)直流電壓；輸出電流：最大電流為1.5A；保護(hù)電路：過流保護(hù)、短路保護(hù)。2. 能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)計(jì)任務(wù)的基本功能。3. 依據(jù)要求運(yùn)用模擬電子技術(shù)的理論設(shè)計(jì)、制定實(shí)驗(yàn)方案，至少設(shè)計(jì)兩種電源的實(shí)例，

4、并論證方案。4.學(xué)習(xí)電路仿真過程，繪制電路圖，進(jìn)行基本的仿真試驗(yàn)對(duì)設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行性能分析。二、總體方案設(shè)計(jì)2.1 直流穩(wěn)壓電源的基本原理直流穩(wěn)壓電源一般由電源變壓器、整流電路、濾波電路及穩(wěn)壓電路組成，圖2-1為直流穩(wěn)壓電源基本原理框圖。 圖2.1 基本原理框圖基本原理： 1.電源變壓器：電源變壓器的作用是將220V的交流電壓變換為可以提供整流濾波電路所需的電壓。 2.整流電路：利用單向?qū)щ娫O管，把50Hz的正弦交流電變換成脈動(dòng)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

5、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。2.2 直流穩(wěn)壓電源的種類及選用直流穩(wěn)定電源一般可分為化學(xué)電源，線性穩(wěn)定電源和開關(guān)型穩(wěn)定電源，它們又分別具有各種不同類型： 1.化學(xué)類穩(wěn)壓電源 我們平常所用的干電池、鉛酸蓄電池、鎳鎘、鋰離子電池均屬于這一類，它們都各有自己的優(yōu)缺點(diǎn) 近年來，又產(chǎn)生了智能電池。在充電電池材料技術(shù)方面，美國研發(fā)人員發(fā)現(xiàn)錳的一種碘化物，用這種碘化物可以制造出價(jià)廉、體積小、放電時(shí)間長(zhǎng)，多次充電后仍然保持性能良好的環(huán)保型充電電池。 2.線性穩(wěn)壓電源 線性穩(wěn)壓電源有一個(gè)特點(diǎn)就是它的功率

6、器件調(diào)整管工作在線性區(qū)，通過調(diào)整管之間的電壓降來穩(wěn)定輸出。由于調(diào)整管靜態(tài)損耗大，需要安裝一個(gè)很大的散熱器給它散熱。 優(yōu)點(diǎn)：穩(wěn)定、紋波小、可靠、容易做成多路、輸出連續(xù)可調(diào)的成品。 缺點(diǎn)：體積大、質(zhì)量大、效率相對(duì)較低。3.開關(guān)型直流穩(wěn)壓電源 開關(guān)型直流穩(wěn)壓電源是一種和線性穩(wěn)壓截然不同的穩(wěn)壓電源，按起開關(guān)作用的振蕩電路組成形式分有自激開關(guān)式和他激開關(guān)式；按起穩(wěn)壓控制作用的脈沖占空比形式分有脈寬調(diào)制式和頻率調(diào)制式。它的調(diào)整管不是工作在線性區(qū)，而是飽和區(qū)及截止區(qū)即開關(guān)狀態(tài)，這是和線性穩(wěn)壓源最大的區(qū)別。開關(guān)電源因此而得名。 優(yōu)點(diǎn)：小巧，質(zhì)量小，穩(wěn)定性能好。 

7、;缺點(diǎn)：相對(duì)于線性電源來說，電路相對(duì)復(fù)雜，成本較高，紋波電壓輸出大。下面就介紹幾種開關(guān)電源： （1）AC/DC 電源 該類電源也稱一次電源，它自電網(wǎng)取得能量，經(jīng)過高壓整流濾波得到一個(gè)直流高壓，供AC/DC 變換器在輸出端獲得一個(gè)或幾個(gè)穩(wěn)定的直流電壓。 （2）通信電源 通信電源其實(shí)質(zhì)上就是AC/DC變換器式電源，只是它一般以直流48V或24V供電，并用后備電池作DC供電的備份，將DC的供電電壓變換成電路的工作電壓，一般它又分中央供電、分層供電和單板供電三種，以后者可靠性最高。 （3）電臺(tái)電源 電臺(tái)電源輸入AC220V

8、/110V，輸出DC13.8V,功率由所供電臺(tái)功率而定。為防止AC電網(wǎng)斷電影響電臺(tái)工作,而需要有電池組作為備份,所以此類電源除輸出一個(gè)13.8V直流電壓外,還具有對(duì)電池充電自動(dòng)轉(zhuǎn)換的功能。 （4）模塊電源 隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，對(duì)電源可靠性、容量/體積比的要求越來越高，模塊電源越來越顯示出其優(yōu)越性。它工作頻率高、體積小、可靠性高，便于安裝和組合擴(kuò)容，所以越來越被廣泛采用。目前，目前國內(nèi)雖有相應(yīng)模塊生產(chǎn)，但因生產(chǎn)工藝未能趕上國際水平，故障率較高。  模塊電源目前雖然成本較高，但從產(chǎn)品的漫長(zhǎng)應(yīng)用周期的整體成本來看，特別是因系統(tǒng)故障而導(dǎo)致的高昂的維修成本及商

9、譽(yù)損失來看，選用該電源模塊還是合算的。 （5）特種電源 高電壓小電流電源、大電流電源、400Hz輸入的AC/DC電源等，可歸于此類，可根據(jù)特殊需要選用。三、單元電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算（一）根據(jù)設(shè)計(jì)所要求的性能指標(biāo)，選擇集成三端穩(wěn)壓器選可調(diào)式三端穩(wěn)壓器LM317，其特性參數(shù)Vo=1.25V-37V，Iomax=1.5A，最小輸入、輸出壓差(V-V)=3V，最大輸入、輸出壓差(V-V)=40V.由計(jì)算得V1.25(1+R/R)，取R=200，則R=，故取Rp為5K的精密線繞可調(diào)電位器。 （二）選電源變壓器輸入電壓V的范圍為：Vomax+(V-V)minVVomin+(V-V)max

10、 24V+3VV1.25V+40V 27VV41.25V副邊電壓VV/1.1=27/1.1V，取V=27V，副邊電流I>Iomax=0.3A，取I=0.5A，則變壓器副邊輸出功率PIV=13.5W.變壓器的效率=0.6，則原邊輸入功率P1P2/=22.5W，為留有余地，選功率為30W的電源變壓器。 （三）選整流二極管及濾波電容整流二極管耐壓VV=V，IIOmax =0.3A 為了焊接便利，選擇整流橋KBP307(1000V 6.0A)作為整流部分。濾波電容: 為了留有余地，取2200uF/50V 作濾波電容。 （四）保護(hù)管VD1 ,VD2集成穩(wěn)壓器如果離濾波電容C1較遠(yuǎn),應(yīng)在靠近LM31

11、7輸入端接0.1旁路電容C2，接在調(diào)整端和地之間的電容C3用來旁路電位器兩端的紋波電壓。當(dāng)C3容量為10時(shí),紋波抑制比可提高20dB,減小到原來的十分之一。另一方面,由于C3的接入,一旦輸入或輸出端發(fā)生短路,C3中儲(chǔ)存的電荷會(huì)通過穩(wěn)壓器內(nèi)部的調(diào)整管和基準(zhǔn)放大管而損壞穩(wěn)壓器,故在R兩端并接二極管VD2.在沒有容性負(fù)載的情況下,穩(wěn)壓器可以穩(wěn)定地工作,但當(dāng)輸出端有500-5000pF的容性負(fù)載時(shí),容易發(fā)生自激。為抑制自激,在輸出端接一只25的鋁電解電容C4,它還可以發(fā)送電源的瞬態(tài)響應(yīng)。但當(dāng)輸入端發(fā)生短路時(shí),C4中儲(chǔ)存的電荷將對(duì)穩(wěn)壓器輸出端放電,放電電流可能損壞穩(wěn)壓器，故在穩(wěn)壓器兩端并接保護(hù)二極管VD

12、2.VD1和VD2 都選用IN4007：額定電流1A，最大反向電壓100V.四、總原理圖及元器件清單1總原理圖2元件清單元件序號(hào)型號(hào)主要參數(shù)數(shù)量電壓源 V1220V 50Hz1變壓器Power 10 to 130w1橋式整流KBP3071000V 6A1電容 C1 C2 C3 C4 2.2mF 100nF 10uF 25uF各1電阻R12001二極管VD1 VD21N40071A 100V2三端穩(wěn)壓器ICLM317Vo=1.25V-37V Iomax=1.5A1滑動(dòng)電阻器RpKey-A5k1五、安裝與調(diào)試（或者仿真與調(diào)試）按圖所示安裝集成穩(wěn)壓電路，然后從穩(wěn)壓器的輸入端加入直流電壓£，

13、調(diào)節(jié)Rw，若輸出電壓也跟著發(fā)生變化，說明穩(wěn)壓電路工作正常。用萬用表測(cè)量整流二極管的正、反向電阻，正 確判斷出二極管的極性后，然后安裝整流濾波電路。 安裝時(shí)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，用示波器或萬用表 檢查整流后輸出電壓UI的極性，若UI的極性為負(fù)，（其中：D5、D6為IN4001型二極管， 則說明整流電路沒有接對(duì)，此時(shí)若接入穩(wěn)壓電路就會(huì)損壞集成穩(wěn)壓器。因此確定UI的 極性為正后，斷開電源，按圖所示 將整流濾波電路與穩(wěn)壓電路連接起來。 

14、然后接通電源，調(diào)節(jié)RW的值，若輸出電壓滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)，說明穩(wěn)壓電源中各級(jí)電路都能正常工作，此時(shí)就可以進(jìn)行 各項(xiàng)指標(biāo)的測(cè)試。圖5-1穩(wěn)壓電路圖5-2整流濾波電路六、性能測(cè)試與分析 6.1整流濾波電路 整流電路將交流電壓變換成脈動(dòng)的直流電壓。再經(jīng)濾波電路濾除較大的紋波成分，輸出紋波較小的直流電壓。常用的整流濾波電路有單相半波整流濾波、全波整流濾波、橋式整流濾波等。 各濾波電容C滿足RLC（35）T/2，其中T為輸入交流信號(hào)的周期，RL為整流濾波電路的等效負(fù)載電阻。圖6-1整流濾波電路圖6.1.1 整流電路 整流電路（rectifying c

15、ircuit）把交流電轉(zhuǎn)換為直流電的電路。大多數(shù)整流電路由變壓器、整流主電路和濾波器等組成。它的廣泛應(yīng)用是在直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速、發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁調(diào)節(jié)、電解、電鍍等領(lǐng)域。整流電路通常由主電路、濾波器和變壓器組成。1970年以后，多用硅整流二極管和晶閘管組成主電路。濾波器接在主電路與負(fù)載之間，用于濾除脈動(dòng)直流電壓中的交流成分。實(shí)現(xiàn)交流輸入電壓與直流輸出電壓間的匹配以及交流電網(wǎng)與整流電路之間的電隔離是變壓器的主要作用。圖6-2整流電路圖6.1.2濾波電路 濾波電路的作用是濾去整流輸出電壓中的交流分量，一般由電抗元件組成的濾波電路，如在負(fù)載電阻兩端并聯(lián)電容器C，或與負(fù)載串聯(lián)電感器L，以及由電容，電

16、感組成而成的各種復(fù)式濾波電路。     由于電抗元件在電路中具有儲(chǔ)能功能，并聯(lián)的電容器C在電源輸出的電壓升高時(shí)，能把部分能量?jī)?chǔ)存起來，而當(dāng)電源電壓降低時(shí)，就把能量釋放出來，使負(fù)載電壓變化幅度小，即電容C具有平波的作用；與負(fù)載串聯(lián)的電感L,當(dāng)電源流過的電流增加（由電源電壓增加引起）時(shí)，它把能量?jī)?chǔ)存起來，而當(dāng)電流減小時(shí)，又把能量釋放出來，使負(fù)載電流變化小，即電感L也有平波作用。 濾波電路形式很多，為了掌握它的分析規(guī)律，把它分為電容輸入式（電容器C接在最前面）和電感輸入式（電感器L接在最前面）。前一種濾波電路多用于小功率電源中，而后一種濾波電路多用于較大功率電源中（而且當(dāng)電流很大時(shí)，僅用一電感器與負(fù)載串聯(lián)）。圖6-3濾波電路圖6.2 穩(wěn)壓電路 穩(wěn)壓電路根據(jù)調(diào)整原件類型可分為電子管穩(wěn)壓電路3、三極管穩(wěn)壓電路4、可控硅穩(wěn)壓電路5、集成穩(wěn)壓電路等。圖64穩(wěn)壓電路圖七、結(jié)論與心得課程設(shè)計(jì)是我們大學(xué)學(xué)習(xí)過程中一個(gè)十分重要的環(huán)節(jié)。課程設(shè)計(jì)成為我們畢業(yè)的一個(gè)前奏。這對(duì)于我們來說意義非常重大。是鍛煉我們運(yùn)用所學(xué)知識(shí)正確分析和解決實(shí)際問題的一個(gè)重要方面，也是培養(yǎng)應(yīng)用型專門人才的要求。 經(jīng)過近一個(gè)周的選題研究，從選題和資料、分析設(shè)計(jì)步驟、制作電路圖、仿真