多路高精度直流穩(wěn)壓電源

-.z多路高精度直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)目的1．學(xué)習(xí)根本理論在實(shí)踐中綜合運(yùn)用的初步經(jīng)歷，掌握模擬電路設(shè)計(jì)的根本方法、設(shè)計(jì)步驟，培養(yǎng)綜合設(shè)計(jì)與調(diào)試能力。2．學(xué)會(huì)直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)方法和性能指標(biāo)測(cè)試方法。3．培養(yǎng)實(shí)踐技能，提高分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。二、設(shè)計(jì)任務(wù)及要求1．設(shè)計(jì)并制作一個(gè)連續(xù)可調(diào)直流穩(wěn)壓電源，主要技術(shù)指標(biāo)要求：①輸出電壓可調(diào)：Uo=+3V～+9V②最大輸出電流：Ioma*=800mA③輸出電壓變化量：ΔUo≤15mV④穩(wěn)壓系數(shù)：SV≤0.0032．設(shè)計(jì)電路構(gòu)造，選擇電路元件，計(jì)算確定元件參數(shù)，畫出實(shí)用原理電路圖。3．自擬實(shí)驗(yàn)方法、步驟及數(shù)據(jù)表格，提出測(cè)試所需儀器及元器件的規(guī)格、數(shù)量，交指導(dǎo)教師審核。4.批準(zhǔn)后，進(jìn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)展組裝、調(diào)試，并測(cè)試其主要性能參數(shù)。三、設(shè)計(jì)步驟1．電路圖設(shè)計(jì)〔1〕確定目標(biāo)：設(shè)計(jì)整個(gè)系統(tǒng)是由那些模塊組成，各個(gè)模塊之間的信號(hào)傳輸，并畫出直流穩(wěn)壓電源方框圖?！?〕系統(tǒng)分析：根據(jù)系統(tǒng)功能，選擇各模塊所用電路形式?！?〕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)?！?〕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(dòng)手能力，學(xué)生自行設(shè)計(jì)印刷電路板，并焊接?！?〕在每個(gè)模塊電路的輸入端加一信號(hào)，測(cè)試輸出端信號(hào)，以驗(yàn)證每個(gè)模塊能否到達(dá)所規(guī)定的指標(biāo)?！?〕重點(diǎn)測(cè)試穩(wěn)壓電路的穩(wěn)壓系數(shù)?！?〕將各模塊電路連起來(lái)，整機(jī)調(diào)試，并測(cè)量該系統(tǒng)的各項(xiàng)指標(biāo)。四、總體設(shè)計(jì)思路1．直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)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?！?〕降壓后的交流電壓，通過(guò)整流電路變成單向直流電，但其幅度變化大〔即脈動(dòng)大〕?！?〕脈動(dòng)大的直流電壓須經(jīng)過(guò)濾波電路變成平滑，脈動(dòng)小的直流電，即將交流成份濾掉，保存其直流成份?！?〕濾波后的直流電壓，再通過(guò)穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓，便可得到根本不受外界影響的穩(wěn)定直流電壓輸出，供應(yīng)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(gè)環(huán)節(jié)才能完成，見(jiàn)圖1。圖1直流穩(wěn)壓電源方框圖其中：〔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(dòng)的直流電?！?〕濾波電路：可以將整流電路輸出電壓中的交流成分大局部加以濾除，從而得到比擬平滑的直流電壓?！?〕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。正負(fù)半周內(nèi)部都有電流流過(guò)的負(fù)載電阻RL，且方向是一致的。電路的輸出波形如下圖。圖2整流電路及輸出波形圖在橋式整流電路中，每個(gè)二極管都只在半個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)電，所以流過(guò)每個(gè)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(jì)中，常利用電容器兩端的電壓不能突變和流過(guò)電感器的電流不能突變的特點(diǎn)，將電容器和負(fù)載電容并聯(lián)或電容器與負(fù)載電阻串聯(lián)，以到達(dá)使輸出波形根本平滑的目的。選擇電容濾波電路后，直流輸出電壓：Uo1=(1.1～1.2)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(jiàn)圖3。圖3穩(wěn)壓電路原理圖3．設(shè)計(jì)方法簡(jiǎn)介〔1〕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。圖4LM317管腳和典型電路圖因?yàn)橐筝敵鲭妷嚎烧{(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(jiàn)主要有CW317、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(fù)電壓，可調(diào)*圍為1.2V~37V，最大輸出電流為1.5A。穩(wěn)壓內(nèi)部含有過(guò)流、過(guò)熱保護(hù)電路，具有平安可靠，性能優(yōu)良、不易損壞、使用方便等優(yōu)點(diǎn)。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系列的引腳功能一樣，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(gè)恒定電流通過(guò)輸出電壓調(diào)節(jié)電位器，電阻常取值，一般使用精細(xì)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。圖中參加了二極管D，用于防止輸出端短路時(shí)10μF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)*圍：1.2V～37V輸出負(fù)載電流：1.5A輸入與輸出工作壓差ΔU=Ui-Uo：3～40V能滿足設(shè)計(jì)要求,應(yīng)選用LM317組成穩(wěn)壓電路?！?〕選擇電源變壓器1〕確定副邊電壓U2:根據(jù)性能指標(biāo)要求：Uomin=3VUoma*=9V又∵Ui-Uoma*≥(Ui-Uo)minUi-Uoin≤(Ui-Uo)ma*其中：〔Ui-Uoin〕min=3V，(Ui-Uo)ma*=40V∴12V≤Ui≤43V此*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〕確定變壓器副邊電流I2∵Io1=Io又副邊電流I2=(1.5～2)IO1取IO=IOma*=800mA則I2=1.5＊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=12V∴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(cè)選整流二極管IN4001，其參數(shù)為：反向擊穿電壓UBR=50V>17V最大整流電流IF=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ΔUi:根據(jù)穩(wěn)壓電路的的穩(wěn)壓系數(shù)的定義：設(shè)計(jì)要求ΔUo≤15mV，SV≤0.003Uo=+3V～+9VUi=14V代入上式，則可求得ΔUi2〕濾波電容C設(shè)定Io=Ioma*=0.8A，t=0.01S則可求得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?yàn)榇笕萘侩娊怆娙萦幸欢ǖ睦@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(lái)抵消電感效應(yīng)，抑制高頻干擾。五、實(shí)驗(yàn)設(shè)備及元器件1.萬(wàn)用表2.示波器3.交流毫伏表4.穩(wěn)壓芯片LM317，7805等六、測(cè)試要求1．測(cè)試并記錄電路中各環(huán)節(jié)的輸出波形。2．測(cè)量穩(wěn)壓電源輸出電壓的調(diào)整*圍及最大輸出電流。3．測(cè)量輸出電阻Ro。4．測(cè)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(cè)出對(duì)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±10％。即ΔUi=44V〕5．用毫伏表可測(cè)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(cè)量結(jié)果，并討論提出改良意見(jiàn)。七、設(shè)計(jì)報(bào)告要求1．設(shè)計(jì)目的。2．設(shè)計(jì)指標(biāo)。3．總體設(shè)計(jì)框圖，并說(shuō)明每個(gè)模塊所實(shí)現(xiàn)的功能。4．功能模塊，可有多個(gè)方案，并進(jìn)展方案論證與比擬，要有詳細(xì)的原理說(shuō)明。5．總電路圖設(shè)計(jì)，有原理說(shuō)明。6．實(shí)現(xiàn)儀器，工具。7．分析測(cè)量結(jié)果，并討論提出改良意