電子課程設(shè)計(jì)-直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)

1、景德鎮(zhèn)陶瓷學(xué)院課程名稱 電子綜合設(shè)計(jì)輔導(dǎo) 項(xiàng)目名稱 直流穩(wěn)壓電源（有實(shí)物）專業(yè) 電子科學(xué)與技術(shù) 班級(jí) 09電子（2）班 姓名 楊家（JSX） 學(xué)號(hào) 200910330205 指導(dǎo)老師 張效華 時(shí)間 2011年11月23日 目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc309976553 引 言 PAGEREF _Toc309976553 h 4 HYPERLINK l _Toc309976554 1 設(shè)計(jì)的主要目的與要求 PAGEREF _Toc309976554 h 5 HYPERLINK l _Toc309976555 11 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?PAGEREF _Toc30

2、9976555 h 5 HYPERLINK l _Toc309976556 12 設(shè)計(jì)要求 PAGEREF _Toc309976556 h 5 HYPERLINK l _Toc309976557 13 設(shè)計(jì)目的 PAGEREF _Toc309976557 h 5 HYPERLINK l _Toc309976558 2 主要設(shè)計(jì)方案 PAGEREF _Toc309976558 h 6 HYPERLINK l _Toc309976559 21 本設(shè)計(jì)采用橋式整流 PAGEREF _Toc309976559 h 6 HYPERLINK l _Toc309976560 2.2 穩(wěn)壓電路： PAGERE

3、F _Toc309976560 h 7 HYPERLINK l _Toc309976561 2.3 保護(hù)電路 PAGEREF _Toc309976561 h 7 HYPERLINK l _Toc309976562 3 單元電路設(shè)計(jì)、參數(shù)計(jì)算及其元器件選擇 PAGEREF _Toc309976562 h 8 HYPERLINK l _Toc309976563 3.2 確定穩(wěn)壓電路的R1R2大小 PAGEREF _Toc309976563 h 8 HYPERLINK l _Toc309976564 3.3 確定變壓器副邊電壓、電流及功率。 PAGEREF _Toc309976564 h 8 HYP

4、ERLINK l _Toc309976565 3.4 使輸出紋波電壓小于5mV，穩(wěn)壓系數(shù)小于0.005，輸出內(nèi)阻小于0.1歐的方法 PAGEREF _Toc309976565 h 9 HYPERLINK l _Toc309976566 3.4.1 紋波電壓 PAGEREF _Toc309976566 h 9 HYPERLINK l _Toc309976567 3.4.2 穩(wěn)壓系數(shù)及電壓調(diào)整率 PAGEREF _Toc309976567 h 9 HYPERLINK l _Toc309976568 3.4.3 輸出電阻及電流調(diào)整率 PAGEREF _Toc309976568 h 10 HYPERL

5、INK l _Toc309976569 3.5 固定三端可調(diào)式集成穩(wěn)壓電路器W78M15W78M15 PAGEREF _Toc309976569 h 10 HYPERLINK l _Toc309976570 4 總原理圖、PCB原理圖及元器件清單 PAGEREF _Toc309976570 h 11 HYPERLINK l _Toc309976571 4.1 總原理圖 PAGEREF _Toc309976571 h 11 HYPERLINK l _Toc309976572 PAGEREF _Toc309976572 h 11 HYPERLINK l _Toc309976573 4.2 PCB原

6、理圖 PAGEREF _Toc309976573 h 12 HYPERLINK l _Toc309976574 4.3 元器件清單 PAGEREF _Toc309976574 h 12 HYPERLINK l _Toc309976575 5 結(jié)論與心得 PAGEREF _Toc309976575 h 13 HYPERLINK l _Toc309976576 6 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc309976576 h 14引 言 說(shuō)道穩(wěn)壓?jiǎn)栴}，歷史悠久。目前，線性集成穩(wěn)壓器已發(fā)展到幾百個(gè)品種。按結(jié)構(gòu)分為串聯(lián)式和并聯(lián)式集成穩(wěn)壓器；按輸出電壓類型可分為固定式和可調(diào)式集成穩(wěn)壓器；按腳管的引線數(shù)目可分

7、為三端式和多端式集成穩(wěn)壓器；按制造工藝可以分為半導(dǎo)體式、薄膜混合式和厚膜混合式集成穩(wěn)壓器；按輸入和輸出之間的壓差又可以分為一般的壓差和低壓差兩大類，等等。目前通過(guò)點(diǎn)子課程設(shè)計(jì)能很好的提高大學(xué)生的動(dòng)手實(shí)習(xí)能力，也能很好的提高大學(xué)生的創(chuàng)新和設(shè)計(jì)、實(shí)踐的能力。因此有我設(shè)計(jì)的這個(gè)設(shè)計(jì)，直流穩(wěn)壓電源.希望能鞏固我的PCB軟件因應(yīng)用能力，同時(shí)提高自己的實(shí)踐動(dòng)手能力！此次實(shí)習(xí)，設(shè)計(jì)出一款可供電：直流：+-12;+-9；+-5；+3.3交流：12v的穩(wěn)壓電源1 設(shè)計(jì)的主要目的與要求11 實(shí)驗(yàn)?zāi)康脑O(shè)計(jì)出一款可供電：直流：+-12;+-9；+-5；+3.3交流：12v的穩(wěn)壓電源通過(guò)集成直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)、安裝和調(diào)

8、試、要求學(xué)會(huì)： （1）提高PCB軟件應(yīng)用的能力（2）選擇變壓器、整流二級(jí)管、濾波電容及集成穩(wěn)壓電容及穩(wěn)壓器來(lái)設(shè)計(jì)直流穩(wěn)壓電源；（3）掌握直流穩(wěn)壓電路的調(diào)試及主要技術(shù)的測(cè)試方法。12 設(shè)計(jì)要求（1）同時(shí)輸出15電壓，輸出電流為2A（2）輸出紋波電壓小于5mA，穩(wěn)壓系數(shù)小于0.005；輸出內(nèi)阻小于0.1歐（3）加輸出保護(hù)電路，最大輸出電流不超過(guò)2A13 設(shè)計(jì)目的（1）電源變壓器只做理論設(shè)計(jì)（2）合理選擇集成穩(wěn)壓器及擴(kuò)流三級(jí)管（3）保護(hù)電路擬采用限流型（4）完成全電路理論設(shè)計(jì)，安裝調(diào)試，繪制電路圖，自制印刷版（5）撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告、調(diào)試總結(jié)報(bào)告及使用說(shuō)明書(shū)。2 主要設(shè)計(jì)方案整個(gè)設(shè)計(jì)由電源變壓器T、整流濾

9、波和穩(wěn)壓電路三大部分組成，其基本原理框圖如圖1 所示。電網(wǎng)供給的交流電壓u(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ui，然后由整流濾波電路變換成比較平直的直流電壓U1，再通過(guò)穩(wěn)壓電路，以保證輸出直流電壓更加穩(wěn)定。圖3-1 直流穩(wěn)壓電源基本組成框圖21 本設(shè)計(jì)采用橋式整流單相橋式整流電路與半波整流電路相比，在相同的變壓器副邊電壓下，對(duì)二極管的參數(shù)要求式一樣的，并且還具有輸出電壓高、變壓器利用率高、脈動(dòng)小等優(yōu)點(diǎn)，因此在次設(shè)計(jì)中我選用單相橋式整流電路。在調(diào)整管部分，既可以采用單管調(diào)整也可以采用復(fù)合管調(diào)整，但在此設(shè)計(jì)中要求額定電流Io=2A，如果用單管的話，可能不能達(dá)到這

10、么大的輸出電流，因此在此設(shè)計(jì)中我選用復(fù)合管做調(diào)整管。濾波電路：經(jīng)整流后的電壓仍具有較大的交流分量，必須通過(guò)濾波電路將交流分量濾掉。盡量保留其輸出中的直流分量，才能獲得比較平滑的直流分量?？梢岳秒娙輧啥穗妷翰荒芡蛔兓蛄鹘?jīng)電感的電流不能突變的特點(diǎn)，將電容與負(fù)載并聯(lián)，或?qū)㈦姼信c負(fù)載串聯(lián)就能起來(lái)濾波作用。其主要常見(jiàn)的整流濾波電路如下：圖3-2 幾種常見(jiàn)整流濾波電路我選用的是（b）電路2.2 穩(wěn)壓電路：由于濾波后的直流電壓Ui受電網(wǎng)電壓的波動(dòng)和負(fù)載電流變化的影響（T的影響）很難保證輸出電流電壓的穩(wěn)定。所以必須在濾波電路和負(fù)載一直加上穩(wěn)壓電路，才能保證輸出直流電壓的進(jìn)一步穩(wěn)定。2.3 保護(hù)電路由于輸出大

11、電流時(shí)，三端電流內(nèi)部過(guò)流保護(hù)電路已經(jīng)失去作用，必須在外部增加保護(hù)這就是VT2和R2。當(dāng)電流Ii在R2上產(chǎn)生的電壓降達(dá)到VT2的UBE2時(shí)，VT2導(dǎo)通，于是向VT1基極注入電流，使VT1關(guān)斷，從而達(dá)到限制電流的目的，其主要電路圖如下：圖3-5 輸出電流擴(kuò)展電路3 單元電路設(shè)計(jì)、參數(shù)計(jì)算及其元器件選擇電路參數(shù)計(jì)算如下：（只研究正輸出部分）3.1 確定穩(wěn)壓電路的最底輸入直流電壓Umin=U0MAX+(U1-U0)/0.9帶入各個(gè)指標(biāo)，計(jì)算可以將Umin=20v3.2 確定穩(wěn)壓電路的R1R2大小由Icw+Ic=Io， Icw=0.5A，Io=2A，知Ic=1.5A。確定VT1的放大倍數(shù)為200倍，又I

12、b+I2=0.5A，故有：Ib=0.1A，I2=0.4AUbe2/R1=1.5A，若取：Ube1=Ube2=0.6V，有:R1=0.4歐從Ube1/（R1+R2）=0.4A，得：R2=1.2歐(由于R中流過(guò)W78M15的空載電流和部分負(fù)載電流，故其阻值不宜增大，一般約幾歐姆，這里取R=1.2歐姆。)3.3 確定變壓器副邊電壓、電流及功率。直流穩(wěn)壓電源一般由電源變壓器T、整流濾波電路及穩(wěn)壓電路組成。電源變壓器的作用是將電網(wǎng)的220V的交流電壓變換成整流濾波電路所需要的交流電壓ui.電路圖如下所示U1大于20/1.1=18.18V，I1大于I1max，所以我們?nèi)1為2.2A，變壓器副邊功率P2大

13、于41.8W變壓器副邊與原邊的功率比為： P2/P1= （1-12）式中為變壓器的效率。一般小型變壓器的效率如表1-1所示。表1-1 小型變壓器的效率副邊功率P2 10W10 30W30 80W80 200W效 率 0.6 0.7 0.80.85根據(jù)P2，由上表可以算出變壓器的效率。所以本方案可選擇副邊功率3080W，效率為0.8的電源變壓器。變壓器的效率為0.8，則原邊功率P1大于52.25W。由上分析，可選用副邊電壓為19V，輸出電流為2.2A，功率60W的變壓器。3.4 使輸出紋波電壓小于5mV，穩(wěn)壓系數(shù)小于0.005，輸出內(nèi)阻小于0.1歐的方法3.4.1 紋波電壓 紋波電壓是指疊加子輸

14、出電壓Uo上的交流分量。用示波器觀測(cè)其峰-峰值，一般為毫伏量級(jí)。也可以用交流電壓表測(cè)試其有效值，不是正弦波，所以用有效值衡量其紋波電壓，存在一定誤差。3.4.2 穩(wěn)壓系數(shù)及電壓調(diào)整率穩(wěn)壓系數(shù)：在負(fù)載電流、環(huán)境溫度不變的情況下，輸入輸入電壓的相對(duì)變化引起輸入電壓的相對(duì)變化，即 電壓調(diào)整率：輸入電壓相對(duì)變化為+10%時(shí)的輸出相對(duì)變化量，即：穩(wěn)壓系數(shù)Su和電壓調(diào)整率Ku均說(shuō)明輸入電壓變化對(duì)輸出電壓變化的影響，因此值需要測(cè)試其中之一即可。3.4.3 輸出電阻及電流調(diào)整率輸出電阻：放大器的輸出電阻相同，其值為輸入電壓不變時(shí)，輸出電壓變化量與輸出電流變化兩之比的絕對(duì)值,即：電流調(diào)整率：輸出電流從0變到最大

15、值時(shí)所產(chǎn)生的的輸出電壓相對(duì)變化值，即： 輸出電阻r。和電流調(diào)整率Ki均說(shuō)明負(fù)載電流變化對(duì)輸出電壓的影響，因此也只需測(cè)試其中之一即可?？傊1為2200uF，C2=0.3uF，C3=0.1uF用較大的電容來(lái)抑制紋波電壓、穩(wěn)壓系數(shù)、輸出內(nèi)阻達(dá)到設(shè)計(jì)要求3.5 固定三端可調(diào)式集成穩(wěn)壓電路器W78M15W78M15該穩(wěn)壓塊有過(guò)流、過(guò)熱和調(diào)整管安全工作區(qū)保護(hù)，以防止過(guò)載而損害。一般不需要外接元件即可工作。W78M15 W79M15，穩(wěn)壓器的輸出電壓為15V，輸出電流為0.5A（負(fù)壓部分用W79M15與正壓部分相比，除了輸出電壓極性，引腳定義不同外，其他特點(diǎn)都相同。）整流二極管的選擇：由U2a=25.

16、33V，考慮到變壓器二次側(cè)繞組及管子上的壓降，變壓器的二次側(cè)電壓大約要高出0.1，即25.33*1.1=27.806V，得每只整流二極管的最大反向電壓URM為： URM=1.414*U2a=1.414*28=39.592V （1-6）通過(guò)每只二極管的平均電流ID 為： ID=0.5I1=0.5*1500=750mA （1-7）根據(jù)ID和URM進(jìn)行選管，可選用1N4001 硅整流二極管 50V, 1A,(Ir=5uA,Vf=1V,Ifs=50A)。4 總原理圖、PCB原理圖及元器件清單4.1 總原理圖選用固定三端可調(diào)式穩(wěn)壓器W78M15W78M15，其典型指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)要求。電路形式如圖4.2 P

17、CB原理圖4.3 元器件清單CommentDescriptionDesignatorFootprintLibRefQuantity78057805, 7809, 781278057805379系列7905, 7909, 7912790579053獨(dú)石電容 C1, C3, C4, C5, C6, C14, C15, C16, C18獨(dú)石電容 獨(dú)石電容 9CapC2, C7, C8, C9, C10, C11, C12, C13, C17Capx2Cap Pol29IN4007D1, D2, D3, D4IN4007IN40074LEDDS1, DS2, DS3, DS4, DS5, DS6, D

18、S7, DS8, DS9發(fā)光二極LED9ASM11173.3VIC1ASM1117ASM11171電源端子JH1電源端子 電源端子 1Header 8JP10Header 8Header 81Header 5Header, 5-PinP1, P2, P3, P4, P5, P6, P7, P8, P9Header 5Header 59ResR1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8, R9電阻Res95 結(jié)論與心得通過(guò)本次設(shè)計(jì)，讓我們更進(jìn)一步的了解到直流穩(wěn)壓電源的工作原理以及它的要求和性能指標(biāo)。也讓我們認(rèn)識(shí)到在此次設(shè)計(jì)電路中所存在的問(wèn)題，而通過(guò)不斷的努力去解決這些問(wèn)題.在解決設(shè)計(jì)問(wèn)題的同時(shí)自己也在其中有所收獲。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我遇到了很多的困難，主要是對(duì)自己所學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)不扎實(shí)，許多的知識(shí)沒(méi)有學(xué)會(huì)和理解，對(duì)一些一般的設(shè)計(jì)問(wèn)題沒(méi)有掌握很好的解決方法。在以后的學(xué)習(xí)中要不斷的把自己的所學(xué)的與設(shè)計(jì)使用結(jié)合起來(lái)，學(xué)