用集成穩(wěn)壓器設(shè)計直流穩(wěn)壓電源課程設(shè)計報告

......LULIANGUNIVERSITY三號黑體,下劃線中的內(nèi)容居中對齊,字?jǐn)?shù)超過下劃線的,可根據(jù)內(nèi)容換行,下劃線中的內(nèi)容居中對齊。三號黑體,下劃線中的內(nèi)容居中對齊,字?jǐn)?shù)超過下劃線的,可根據(jù)內(nèi)容換行,下劃線中的內(nèi)容居中對齊?！峨娮泳€路課程設(shè)計》題目:用集成穩(wěn)壓器設(shè)計直流穩(wěn)壓電源系別:物理系專業(yè)年級:電子信息工程1402班姓名:學(xué)號:指導(dǎo)教師:鄭潔2015年5月3日..摘要本文介紹用集成穩(wěn)壓器設(shè)計直流穩(wěn)壓電源,該電源主要有電源變壓器,單相橋式整流電路,濾波電路和穩(wěn)壓電路等部分組成,穩(wěn)壓電路的作用是當(dāng)外界因素〔電網(wǎng)電壓、負(fù)載、環(huán)境溫度發(fā)生變化時,能使輸出直流電壓不受影響,而維持穩(wěn)定的輸出。穩(wěn)壓電路一般采用集成穩(wěn)壓器和一些外圍元件所組成。采用集成穩(wěn)壓器設(shè)計的穩(wěn)壓電源具有性能穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點(diǎn)。在電子線路的相關(guān)應(yīng)用中,電源是必不可少的部分,電源系統(tǒng)質(zhì)量的優(yōu)劣和性能的可靠性只解決點(diǎn)整個電子設(shè)備的質(zhì)量。直流穩(wěn)壓電源作為直流能量的提供者,在各種電子設(shè)備中有著極其重要的地位,他的性能良好與否直接影響到電子產(chǎn)品的精度,穩(wěn)定性,和可靠性。隨著電子技術(shù)的日益發(fā)展,人們對電源的質(zhì)量,功能,和性能要求也隨之變得越來越高。集成穩(wěn)壓器的類型很多,在小功率穩(wěn)壓電源中,普遍使用的是固定式三端穩(wěn)壓器。而變壓是利用電源變壓器將電網(wǎng)220V的交流電壓U1變換成整流濾波電路所需要的交流電壓U2。當(dāng)用11的變比來變壓時,通常稱為信號隔離。整流是利用二極管的單向?qū)щ娮饔?構(gòu)成單相半波、全波、橋式或倍壓整流電路,或利用其它半導(dǎo)體器件,如SCR可控硅等,將雙向的交流電壓U2變成單向脈動直流電壓。濾波是利用電容、電感等儲能元件的平波作用構(gòu)成濾波電路濾除紋波,輸出較平滑的直流電壓U1。穩(wěn)壓電路的作用是提高輸出直流電壓Uo的帶負(fù)載能力和穩(wěn)定性,分立元件穩(wěn)壓電路和集成電路常采用串聯(lián)負(fù)反饋。集成穩(wěn)壓電源的主要技術(shù)指標(biāo)為〔1雙路輸出,其中一路為固定輸出5V、1A

；另一路為可調(diào)輸出9～15V、1A

?！?輸出紋波電壓小于5mV,穩(wěn)壓系數(shù)小于0.5%；輸出內(nèi)阻小于0.15Ω關(guān)鍵詞：電源；穩(wěn)壓；整流；濾波；仿真；...目錄TOC\o"1-3"\h\u13608第1章緒論 169801.1直流穩(wěn)壓電源的現(xiàn)狀和發(fā)展132662第2章直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計原理 2119322.1基本原理及總體框圖 2281062.3電路組成 3273742.3.1電源變壓電路 395162.3.2橋式整流濾波電路 3318442.3.3穩(wěn)壓電路 4215252.4自耦變壓器610086第3章電路及電路間的參數(shù)計算 717883.1各部分電路及電路間的參數(shù)關(guān)系 7249763.1.1集成穩(wěn)壓器751223.1.2電源變壓器727535整流二極管7143143.1.4濾波電容7150393.1.5穩(wěn)壓系數(shù)Sv860793.2元件參數(shù)的計算 814514第4章結(jié)論 1213491參考文獻(xiàn) 13第1章緒論1.1直流穩(wěn)壓電源的現(xiàn)狀和發(fā)展當(dāng)今社會人們極大的享受著電子設(shè)備帶來的便利,但是任何電子設(shè)備都有一個共同的電路--電源電路。大到超級計算機(jī)、小到袖珍計算器,所有的電子設(shè)備都必須在電源電路的支持下才能正常工作,由于電子技術(shù)的特性,電子設(shè)備對電源電路的要求就是能夠提供持續(xù)穩(wěn)定、滿足負(fù)載要求的電能,而且通常情況下都要求提供穩(wěn)定的直流電能。提供這種穩(wěn)定的直流電能的電源就是直流穩(wěn)壓電源。直流穩(wěn)壓電源是穩(wěn)壓電源除直流穩(wěn)壓電源之外的一大類型,直流穩(wěn)壓電源隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展不斷的完善。電子設(shè)備用直流穩(wěn)壓電源的歷史大約有五十年了,采用集成工藝,將調(diào)整管、基準(zhǔn)電壓、取樣電路、誤差放大和保護(hù)電路等集成在一塊芯片上,構(gòu)成了集成化穩(wěn)壓電源。所以集成穩(wěn)壓電源就是穩(wěn)壓電源的集成化,它具有體積小、可靠性高、使用方便等優(yōu)點(diǎn),在科研、生產(chǎn)、實驗等場合的使用非常廣泛。它可作計算機(jī)、單片微機(jī)開發(fā)、電力自控系統(tǒng)、大專院校科研院所、工廠及中學(xué)實驗室穩(wěn)壓電源；也可作為電氣設(shè)備、電子儀器的一部分；還可作為實驗室獨(dú)立的電源設(shè)備。直流穩(wěn)壓電源在電源技術(shù)中占有十分重要的地位。現(xiàn)在隨著電腦和手機(jī)的普及,穩(wěn)壓電源發(fā)揮著不可磨滅的作用。電源電路的集成和發(fā)展方向隨著電子技術(shù)的發(fā)展,電子系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛,電子設(shè)備的種類也越來越多；體積越來越小,通信設(shè)備內(nèi)部集成電路芯片等所需用的直流電源要求體積要小。所以我們需要將原來的電源進(jìn)行改革,這樣就促進(jìn)了電源的模塊化和集成化,集成化、模塊化使電源產(chǎn)品體積小、可靠性高,給應(yīng)用帶來極大方便,但是隨著電流增加,速度要求更快的時候,現(xiàn)有的解決辦法將無法達(dá)到它的要求,解決的辦法就是做系統(tǒng)集成。但由于對電源體積和工作頻率等要求的提高,集成化的直流穩(wěn)壓電源又向著高頻化、高效率、無污染、模塊化的方向發(fā)展。當(dāng)今社會人們極大的享受著電子設(shè)備帶來的便利,但是任何電子設(shè)備都有一個共同的電路--電源電路。大到超級計算機(jī)、小到袖珍計算器,所有的電子設(shè)備都必須在電源電路的支持下才能正常工作。第2章直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計原理2.1基本原理及總體框圖直流穩(wěn)壓電源一般由電源變壓器,整流濾波電路及穩(wěn)壓電路所組成。變壓器把市里交流電壓變?yōu)樗枰牡蛪航涣麟姟Ｕ髌靼呀涣麟娮優(yōu)橹绷麟?。?jīng)濾波后,穩(wěn)壓器再把不穩(wěn)定的直流電壓變?yōu)榉€(wěn)定的直流電壓輸出。本設(shè)計主要采用直流穩(wěn)壓構(gòu)成集成穩(wěn)壓電路,通過220v50HZ交流電壓經(jīng)電源變壓器降壓后,通過橋式整流整流成直流電再經(jīng)過濾波電容平滑直流電,減少直流電紋系數(shù)。最后,通過三端集成穩(wěn)壓器穩(wěn)壓,將輸出電壓穩(wěn)定在24v左右。穩(wěn)壓電源框架見圖2.32.3電路組成2.3.1電源變壓電路電源變壓器的作用是將220v交流電壓轉(zhuǎn)化為整流濾波電路所需要的交流電壓,變壓器原件選擇匝數(shù)比為10;1的電源變壓器,將電壓降為22v。2.3.2橋式整流濾波電路整流電路工作原理：e2為正半周期的時候,對D1、D3和方向電壓,D1,D3導(dǎo)通；而對于D2,D4加反向電壓,D2,D4截止。電路中e2、D1、Rfz、D3構(gòu)成通電回路,在Rfz上形成上正下負(fù)的半波整流電壓,e2處在負(fù)半周時,對D2,D4加正向電壓,D2,D4導(dǎo)通；對D1,D3加反向電壓,D1,D3截止。e2、D2、Rfz、D4構(gòu)成通電回路,同樣在Rfz上形成上正下負(fù)的另外半波的整流電壓。圖1-2整流二極管D1-D4組成單相橋式整流電路,將交流電壓2v變成脈動的直流電壓,再經(jīng)過濾波電容C濾除紋波,輸出直流電壓Vi。Vi與交流電壓V2的有效值關(guān)系為： Vi=〔1.1-1.2V2 <1.0>每只二極管能承受的最大反向電壓： Vrm=1.414V2 <1.1>濾波部分由2個4700uF的大電容和0.1uF的小電容并聯(lián)組成,大電容是過濾低頻交流電,小電容濾高頻交流電。2.3.3穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路的作用是為了穩(wěn)定電壓,雙端輸出一端為可調(diào)9v到15v的可調(diào)直流電壓,另一端為穩(wěn)定輸出+5v電壓。第一部分可調(diào)直流電壓,運(yùn)用LM317輸出正電壓,電路圖如下：圖1-3穩(wěn)壓器LM317輸出端鏈接250歐姆電阻R4,在串聯(lián)電阻R5和一個1200歐姆的變阻器。左邊并聯(lián)10uF電容形成濾波電路,減小波紋電壓,輸入為9v到15v可調(diào)電壓,輸出電壓為：V0=1.25<1+R總/R4,R4為250歐姆,R總為R5與變阻器阻值之和。計算得R5選用1530歐姆的電阻,可變電阻最大阻值為1200歐姆,可變電阻最大時,輸出9v,可變電阻為0時,輸出最大為15v。第二部分穩(wěn)定輸出+5v,選用LM7805穩(wěn)壓器,電路圖如下：圖1-4圖中選用10uF和0.1uF的并聯(lián)電容以穩(wěn)定波紋電壓,并聯(lián)5歐姆的負(fù)載,Uo=+5v。2.4自耦變壓器自耦變壓器：電源變壓器的作用是將電網(wǎng)220V的交流電壓V1變換成整流濾波電路所需要的交流電壓V2。變壓器副邊與原邊的功率比為〔1.1電路及電路間的參數(shù)計算3.1各部分電路及電路間的參數(shù)關(guān)系集成穩(wěn)壓器集成穩(wěn)壓器的輸出電壓Uo應(yīng)與穩(wěn)壓電源要求的輸出電壓的大小及范圍相通。穩(wěn)壓器的最大允許電流Icm<Iomax,穩(wěn)壓器的輸入電壓Ui的范圍為Uomax+〔Ui-Uomin≤Ui≤Uomin+〔Ui-Uomax〔1.1式中,Uomax—最大輸出電壓；Uomin—最小輸出電壓；〔Ui-Uomin—穩(wěn)壓器的最小輸入輸出壓差〔Ui-Uomax—穩(wěn)壓器的最大輸入輸出壓差。可調(diào)式三端集成穩(wěn)壓器輸出電壓Uo滿足：Uo=1.25〔1+〔1.2電源變壓器通常根據(jù)變壓器副邊輸出的功率P2來選購變壓器。由Vi=1.1-1.2V2可得到變壓器副邊的輸出電壓U2與穩(wěn)壓器輸入電壓Ui的關(guān)系為U2,在此范圍內(nèi),U2越大,穩(wěn)壓器的壓差越大,功耗也就越大,一般取副邊電壓：U2〔1.3副邊輸出電流：I2>Iomax〔1.4整流二極管整流二極管VD2的反向擊穿電壓Urm應(yīng)滿足：Um>U2〔1.5其額定工作電流應(yīng)滿足：If>Iomax〔1.6濾波電容濾波電容C的容量可由下式計算:C=〔1.7其中,△Ui—穩(wěn)壓器輸入端紋波電壓的峰峰值t—電容C放電時間,t==0.01sIc—電容C放電電流,可取Ic=Iomax濾波電容的耐壓值應(yīng)大于U2。穩(wěn)壓系數(shù)Sv電路穩(wěn)壓系數(shù)Sv滿足下式：Sv=〔1.83.2元件參數(shù)的計算性能指標(biāo)要求：Uo=±12V,Iomax=100mA,△Uo<=5mV,Sv<=5×103。集成穩(wěn)壓器選擇：CW78L12,CW79L12。電源變壓器選擇：由式〔1.1可得11.4V+3V≤Ui1≤12.6+3V即為14.4V≤Ui1≤15.6V由式〔1.3可得變壓器的副邊電壓U2≥=13.6V又∵Iomax=0.1A,設(shè)I2=0.2A∴變壓器的副邊輸出功率P2≥I2U2=2.72W選擇功率為20W的變壓器,副邊電壓為13.6V,輸出電流為0.2A。整流二極管選擇：由式〔1.5可得Um=U2=13.6×=19.23V選擇1N4001為整流二極管。濾波電容選擇：∵Uo=12V,Ui=15V,△Uo=5mV,Sv=5×5×103由式〔1.8可得=1.25V由式〔1.7可得濾波電容C===800uF又∵電容C的耐壓應(yīng)大于U2=19.23V選擇兩只1000uF∕25V電容為C1,C2圖1-6整流未濾波后的波形圖：圖1-7濾波后的電路：圖1-8兩個輸出端紋波電壓波形圖。<1>LM317輸出波形圖：圖1-9<2>LM7805輸出波形圖：圖2-0第4章結(jié)論在課程設(shè)計的過程中,我充分了解了直流穩(wěn)壓電路在社會生活以及科研等方面的巨大作用。它不僅能使輸出電壓在額定輸出電壓值以下任意設(shè)定和正常工作,也能使輸出電流在額定輸出電流值以下任意設(shè)定和正常工作,直流穩(wěn)壓源的穩(wěn)壓與溫流狀態(tài)能夠自動轉(zhuǎn)換并有相應(yīng)的狀態(tài)指示,對于我們今后的更為深入的研究起到了至關(guān)重要的作用。這次課程設(shè)計收獲如下：首先,我對課本上的知識與理論有了進(jìn)一步了解。雖然本次設(shè)計中所使用的電路原理較為簡易,但是設(shè)計參數(shù)要求以及保護(hù)電路等細(xì)節(jié)方面是我們在學(xué)習(xí)模電課程的時候幾乎沒有接觸過的。為此,我們查閱了不少書籍與文獻(xiàn),在了解不同的要求下