陳新直流穩(wěn)壓電源

1、直流穩(wěn)壓電源沈 陽 工 程 學 院模擬電子技術 課程設計專業(yè)班級： 測控本111學生姓名： 陳新指導教師： 黃碩 曲延華沈 陽 工 程 學 院課程設計任務書課程設計題目： 直流穩(wěn)壓電源 系 別 自控系 班級 測控本111 學生姓名 陳 新 學號 2011313108 指導教師 黃碩 曲延華 職稱 講 師 課程設計進行地點 B座419 任務下達時間 2013年5月8日起止日期 2013年 5月20日起至2013年5月24日止教研室主任 曲延華 2013年 5 月 10 日批準1.設計的原始資料及依據(jù)：設計任務：要求設計制作一個直流穩(wěn)壓電源，可將220V/50HZ交流電轉換為直流穩(wěn)壓輸出。 設計目

2、的：（1）能獨立查閱、整理、分析有關資料； （2）能用模擬分立元件或集成電路完成設計任務； （3）掌握整流、濾波及穩(wěn)壓電路原理。 2.設計的主要內容及要求：基本要求：（1）輸出直流電壓Uo及最大輸出電流Iomax；Uo9V對稱輸出，Iomax100mA；（2）穩(wěn)壓系數(shù)Sr0.05。（3）紋波電壓5mv。（4）具有短路保護功能。發(fā)揮部分：（1）擴展設計實現(xiàn)其他功能；（2）能用硬件電路完成全部或部分功能。 3.對設計說明書撰寫內容、格式、字數(shù)的要求：（1）藍黑色或黑色鋼筆或碳素筆書寫，不允許用圓珠筆。項目齊全、字跡工整，有條件的可以打印，不少于3000字。圖紙為A3，有條件的可打印，不允許復印。（

3、2）裝訂順序：封面、任務書、成績評定表、中文摘要、關鍵詞、目錄、正文（按教務處畢業(yè)設計正文格式要求）、致謝、參考文獻、附錄（電路圖與元器件清單）4.設計完成后應提交成果的種類、數(shù)量、質量等方面的要求：（1）基本部分必須完成，發(fā)揮部分可以根據(jù)自己的能力有選擇的完成；（2）符合設計要求的報告一份，其中包括電路圖；（3）設計過程的草稿要求保留并隨設計報告一起上交。5.時間進度安排：順序階段日期計劃完成任務備注12013.5.20講解主要設計內容，學生根據(jù)任務書查資料打分22013.5.21學生根據(jù)任務書查資料，答疑指導打分32013.5.22檢查電路圖并指出錯誤及糾正打分42013.5.23完成總體

4、電路設計打分52013.5.24答辯 寫報告打分6.主要參考資料：1彭介華. 電子技術課程設計指導. 高等教育出版社2孫梅生，李美鶯，徐振英. 電子技術基礎課程設計. 高等教育出版社3梁宗善. 電子技術基礎課程設計. 華中理工大學出版社4張玉璞，李慶常. 電子技術課程設計. 北京理工大學出版社5謝自美. 電子線路設計·實驗·測試（第二版）. 華中科技大學出版社6康華光. 電子技術基礎:模擬部分. 高等教育出版社沈 陽 工 程 學 院模擬電子技術 課程設計成績評定表系（部）： 自控系 班級： 測控本111 學生姓名： 陳新 指 導 教 師 評 審 意 見評價內容具 體 要 求

5、權重評 分加權分調研論證能獨立查閱文獻,收集資料；能制定課程設計方案和日程安排。0.15432工作能力態(tài)度工作態(tài)度認真，遵守紀律，出勤情況是否良好，能夠獨立完成設計工作， 0.25432工作量按期圓滿完成規(guī)定的設計任務，工作量飽滿，難度適宜。0.25432說明書的質量說明書立論正確，論述充分，結論嚴謹合理，文字通順，技術用語準確，符號統(tǒng)一，編號齊全，圖表完備，書寫工整規(guī)范。0.55432指導教師評審成績（加權分合計乘以12） 分加權分合計指 導 教 師 簽 名： 年 月 日評 閱 教 師 評 審 意 見評價內容具 體 要 求權重評 分加權分查閱文獻查閱文獻有一定廣泛性；有綜合歸納資料的能力0.

6、25432工作量工作量飽滿，難度適中。0.55432說明書的質量說明書立論正確，論述充分，結論嚴謹合理，文字通順，技術用語準確，符號統(tǒng)一，編號齊全，圖表完備，書寫工整規(guī)范。0.35432評閱教師評審成績（加權分合計乘以8）分加權分合計評 閱 教 師 簽 名： 年 月 日課 程 設 計 總 評 成 績分摘 要在各種電子電路中，總離不開電源電路，而由于電路結構和元件特性，就需要用到直流穩(wěn)壓電源供電，干電池供電的供電功率低，持續(xù)供電能力差，而且成本高，而交流電在產生、電能輸送等方面具有獨特的有點，發(fā)電站、各市電網(wǎng)中的電能傳輸都是以交流電的形式進行輸送，如果我們對市電提供的電壓進行降壓整流等，就可以將

7、交流電轉換為直流電，以獲得我們需要的電壓。然而電力系統(tǒng)供電電壓的波動，或者負載阻抗和功率的變化，都會引起整流器輸出電壓隨之改變。在電子電路中和自動控制裝置中，通常都需要電壓穩(wěn)定的直流電源供電。關鍵字 直流穩(wěn)壓源，變壓，整流，濾波,穩(wěn)壓V 模電課程設計（直流穩(wěn)壓電源）目 錄 摘 要VI目 錄- 1 -1 設計任務描述- 2 -1.1 設計題目：直流穩(wěn)壓電源- 2 -1.2 設計要求- 2 -1.2.1 設計目的- 2 -1.2.2 基本要求- 2 -1.2.3 發(fā)揮部分- 2 -2 設計思路- 3 -3 設計方框圖- 4 -4 各部分電路設計及參數(shù)計算- 5 -4.1 各部分電路設計- 5 -4

8、.1.1 變壓器- 5 -4.1.2 整流電路- 5 -4.1.3 濾波電路- 6 -4.1.4 穩(wěn)壓電路- 7 -三端集成穩(wěn)壓電路- 7 -4.2集成穩(wěn)壓器的選擇- 8 -4. 3原件參數(shù)計算- 9 -4.3.1 變壓器參數(shù)計算- 9 -4.3.2 整流電路計算- 9 -4.3.3 濾波電路電容計算- 9 -4.3.4 穩(wěn)壓電路計算- 10 -5 工作過程分析- 11 -6 元器件清單:- 12 -7 主要元器件介紹- 13 -結 論- 14 -致 謝- 15 -參考文獻- 16 -附 錄- 17 -1 設計任務描述1.1 設計題目：直流穩(wěn)壓電源 1.2 設計要求1.2.1 設計目的（1）掌

9、握反激式開關電源或線性開關直流電源的構成、原理與設計方法；（2）熟悉模擬元件的選擇、使用方法。1.2.2 基本要求（1）220V交流輸入電壓，+9V直流輸出電壓；（2）使用集成三端穩(wěn)壓器進行穩(wěn)壓輸出，輸出紋波系數(shù)<1%；（3）輸出功率>5W 1.2.3 發(fā)揮部分（1）輸出電壓線性可調,整體效率>40%。；（2）負載短路（輸出過流）保護，輸入過壓保護；（3）單路輸出電壓，+9V；2 設計思路 本設計主要分為變壓電路、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路四個部分。在電子電路中，通常都需要電壓穩(wěn)定的直流電源供電。圖2-1是直流穩(wěn)壓電源設計的基本思路整體流程。因為我們要得到的直流電源是9V的

10、穩(wěn)定直流電壓，而我們平常生活用電都是220V的交流電，所以我們必須變壓，變壓后交流變成直流。但此時的直流電壓波動很大，脈動的直流電壓還含有較大的波紋，所以我們需要對其進行濾波，得到波動較小的直流電。為了保證得到的基本恒定的直流電和電源基本不受電網(wǎng)電壓不穩(wěn)定對電流輸出的影響，應加穩(wěn)定電壓。常用的穩(wěn)壓電路有硅穩(wěn)壓電路，串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路，集成穩(wěn)壓器等。220V交流輸入電源3 設計方框圖 變壓器整流電路濾波電路穩(wěn)壓電路輸出】、 圖2.1穩(wěn)壓電源的組成框圖u u u ut t t t 圖2.2 整流與穩(wěn)壓過程4 各部分電路設計及參數(shù)計算4.1 各部分電路設計4.1.1 變壓器變壓器的作用是將220V的

11、交流電壓，變成整流濾波電路所需的交流電壓，根據(jù)要求從輸出電壓+9V輸出電流1A開始推算，穩(wěn)壓，濾波，整流各電路對電流電壓的改變，計算得知變壓器二次測得電壓，一次測交流電壓為220V，查閱相關資料，選取合適的變壓器。圖3.1 變壓器4.1.2 整流電路橋式整流電路中采用四個二極管，接成電橋形式。整流電路的作用是利用具有單向導電性能的整流元件，將正負交替的正選電弦交流電壓成為方向的脈動電壓。但是，這種單向脈動電壓往往包含著很大的脈沖成分，距離理想的直流電壓還差的很遠。二極管具有單向導電性，因此可以利用二極管的這一特性組成整流電路，將交流電壓變成單向脈沖電壓。在小功率直流電源中，經(jīng)常采用單向半波，單

12、向全波，單向橋式整流電路。本實驗則利用單向橋式整流電路，如圖3-2所示。圖3.2 單相橋式整流電路u1 t u。2 t 圖3.3 電壓波形單相橋式整流電路具有以下兩個優(yōu)點，既滿足我們提高變壓器利用率并降低整流管最大反向電壓的要求，還實現(xiàn)了二極管整流輸出的最佳性能。該電路具有將雙向的交變電壓變換為單向的脈動電壓的功能，而二極管上承載的電壓情況，D1、3管，D2、4管分別承受不同周期的反向電壓，但管子承受的最大反向電壓與電源最大反向電壓相同。描述整流電路的輸出直流電壓的技術性能主要是用整流電路的輸出直流電壓即輸出電壓的平均值U。整流電壓輸出電壓的脈沖系數(shù)S。在單相橋式整流電路中輸出直流電壓U。=0

13、.9U，脈沖系數(shù)S定義為輸出電壓基波的最大值與其平均值之比。S=0.67是個比較大的數(shù)字。綜合單相半波，單向全波和橋式整流電路的優(yōu)缺點比較，我們最終選擇單相橋式整流電路。4.1.3 濾波電路整流電路的輸出電壓都含有較大的脈沖成分，因此極少直接用作電子電路的直流電源。通常在整流電路后面還要加一定的濾波電路。對濾波電路的要求是，一方面盡量降低輸出電壓中的脈沖成分，另一方面又要盡量保留其中的直流成分，是輸出電壓成為比較平滑的直流電壓。電容和電感都是基本的濾波元件，利用它們的儲能作用，在二極管導電時將一部分能量儲存在電場或電感中，然后再逐漸釋放出來，從而在負載上得到比較平滑的波形，從另一個角度看，電容

14、和電感對于交流成分和直流成分呈現(xiàn)de 阻抗是不同的，如果把它們合理的安排在電路中，可以達到較低交流成分、保留直流成分的目的，實現(xiàn)濾波作用。濾波電路其基本原理就是利用電路的頻率特性實現(xiàn)對信號中頻率成分的選擇。根據(jù)高等數(shù)學理論，每一個滿足一定條件的信號，都可以被看成是由無限個正弦波疊加而成。而濾波電路只允許一定頻率范圍內的信號成分正常通過，而另一部分頻率成分不能通過的電路，濾波電路：用于濾去整流輸出電壓中的波紋，一般由電抗原件組成。有電容濾波電路、RC型濾波電路、LC型濾波電路等。因電容濾波結構簡單，且適用于負載電阻電阻比較大，負載電流比較比較小的場合。綜合考慮并根據(jù)設計要求，我們選擇的是電容濾波

15、電路。圖3.4橋式整流電容濾波電路4.1.4 穩(wěn)壓電路三端集成穩(wěn)壓電路圖3-5 集成穩(wěn)壓器LM317由于輸出地直流電壓會隨著穩(wěn)壓電路的波動、負載和溫度發(fā)生變化而變化，所以，為了維持輸出直流電壓穩(wěn)定不變，還要加上穩(wěn)壓電路。由于電源要求的輸出功率較小，為了簡化電路并提高電路的穩(wěn)定性，因此選擇集成穩(wěn)壓器。集成穩(wěn)壓器在使用中普遍使用的是三端穩(wěn)壓器?？梢苑譃楣潭ㄊ胶涂烧{式，按正負的輸出電壓還可分為CW317、CW337、LM317、LM337。其中317系列穩(wěn)壓器可以連續(xù)輸出可調正電壓，337系列則是可調負電壓。它們的可調范圍為1.2 - 37V，最大輸出電流為1.5A。（1）三端集成穩(wěn)壓器當中的低壓差

16、器件，輸入、輸出之間的電壓在0.6V以下，有的在0.4V以下也能正常工作，起靜態(tài)工作電流只有幾毫安至幾十毫安，因此效率很高。可調式三端集成穩(wěn)壓器是指輸出電壓可以連續(xù)調節(jié)的穩(wěn)壓器，有輸出正電壓的LM317系列（LM317AH）三端穩(wěn)壓器。在可調式三端集成穩(wěn)壓器中，穩(wěn)壓器的三個端是指輸入端、輸出端和調節(jié)端。穩(wěn)壓器輸出電壓的可調范圍為Uo=1.2 - 37V，最大輸出電流Iomax =1.5A。輸入電壓與輸出電壓差的允許范圍為： UI -Uo = 3-40V 圖3.8 穩(wěn)壓電路圖（2）可調式三端穩(wěn)壓器的效率： 其中：是三端穩(wěn)壓器輸出端的功率，是三、三端穩(wěn)壓器輸入端的功率。隨可調電阻的變化效率也發(fā)生變

17、化。圖如下： 圖3.9效率表4.2集成穩(wěn)壓器的選擇可調輸出的集成穩(wěn)壓器是在固定輸出集成穩(wěn)壓器的基礎上發(fā)展起來的，這種集成穩(wěn)壓器，在集成芯片的內部，輸入電流幾乎全部流到輸出端，流到公共端的電流非常小，因此可以用少量的外部元件方便的組成精密可調的穩(wěn)壓電路，應用更為靈活。正電源系列的基準電壓為1.25V，可在1.25V37V之間連續(xù)可調。其內部設有過流、過電壓保護和調整管安全工作區(qū)保護電路，使用安全可靠，性能比LM7800系列性能更加，而且它的輸出電壓輸出電流均符合要求，所以此次的可調集成穩(wěn)壓器選擇LM317AH4. 3原件參數(shù)計算4.3.1 變壓器參數(shù)計算根據(jù)單相橋式電路的特點可知：Uo=0.9

18、U2 所以 U2=V 外加交流電壓Ui=220V所以變壓器變比 k=15:1U1/U2=N1/N2=20/1 得出U2=11V4.3.2 整流電路計算設=，在正半周，即上正下負時，2、4間二極管和1、3間二極管截止，忽略二極管的正向導通壓降時，R1上電壓方向上正下負；在負半周，即上負下正時，1、2間二極管和3、4間二極管截止，負載R1上電壓大小不變，方向也是上正下負，結果在R1上獲得了單方向的脈動電壓輸出。輸出平均電壓=0.9，流過二極管平均電流=，反向最高峰值。 由公式可得：Id=13.2mA Uo=31.08V 從而確定二極管型號。4.3.3 濾波電路電容計算選擇濾波電容時，為了取得良好的

19、濾波效果，一般取 (35)且此時輸出的電壓平均值為 濾波電容的選擇：由=1.141(1+0.1)=34.2V, 故選擇47uf/100V的電解電容,所以R1>()/應選擇1.5左右的電阻。4.3.4 穩(wěn)壓電路計算穩(wěn)壓系數(shù)Sr=VoVi/ViVoVo5mVVi220*0.1=22VVo=26.4v Vi=10+2 5 工作過程分析這次課程設計的線性直流穩(wěn)壓電源，實現(xiàn)了220V交流輸入電壓，9V直流輸出電壓，輸出紋波系數(shù)<1%，且輸出功率>5W的標準，并實現(xiàn)了輸出電壓可調，輸出效率大于40%；負載短路（輸出過流）保護，輸入過壓保護；單路輸出電壓，+9V的發(fā)揮部分的要求。本電路主要

20、由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路四部分組成。電源變壓器將交流電壓轉換成所需的交流電壓值，然后分別經(jīng)過整流電路的整流作用，濾波電路的濾波作用，穩(wěn)壓電路的穩(wěn)壓作用對交流電壓進行一系列的處理，最終得到要求的直流9V的穩(wěn)定電壓。單相橋式整流電路使流過負載端電阻的電流方向始終保持一致，避免了整個周期內電流有兩個流向，將交流電壓變成了直流電壓。濾波電路大幅度減小了電壓的波動范圍，使其達到電壓平穩(wěn)的目的。而整流電路的作用是進一步地減小從濾波電路出來的電壓的紋波，使其成為真正平穩(wěn)的直流電壓。其中，滑動變阻器的加入使整個電路實現(xiàn)了輸出電壓線性可調的功能，其調節(jié)范圍是2.8V9.8V二極管D3起到了保護

21、的作用，當輸入端短路時二極管D3為電容C4提供了一個放電通路，這就避免了它兩端的電壓作用于三端穩(wěn)壓器LM317內調整管的be結，造成調整管be結因擊穿而損壞。 6 元器件清單:原件名稱序號規(guī)格數(shù)量電 源Vin220V/50Hz1變壓器T110TO11電橋整流二極管D1, D2，D4，D51N40014電 容C1900nF1電 容C24.4mF1電 容C3100nF1電 阻R2244.51電 阻R31001三端集成穩(wěn)壓器U1LM317AH1二極管D31N41481滑動變阻器R50-5k1 7 主要元器件介紹7.1 整流二極管1N4001整流二極管IN4001，其參數(shù)為：反向擊穿電壓UBR=50V

22、>19.7V 最大整流電流IF=1A7.2 穩(wěn)壓器LM317AH# 元件 #數(shù)據(jù)庫名稱: 主數(shù)據(jù)庫系列組: Power系列: VOLTAGE_REGULATOR名稱: LM317AH作者: JG日期: September 14, 1998功能: 描述: Iout=1.8: Vout=1.2-37: Pd=2.0: Package=TO-39(H03A)熱敏電阻連接：: 140.00熱敏電阻狀況：: 12.00功耗: 2.00降值拐點：: 0.00最低工作溫度: -40.00最高工作溫度: 125.00靜電放電：: 0.00# 符號 #符號(ANSI) 符號(DIN) 引腳信息: 邏輯 物

23、理的 單元 類型 ERC 狀態(tài) 引腳交換組 門交換組IN 1 GRP:A A:INPUT 包括 GND 2 GRP:A A:GND 包括 OUT 3 GRP:A A:PWR 包括 結 論 課程設計已經(jīng)在不知不覺中接近尾聲，使我發(fā)現(xiàn)了自己所掌握的知識是真正如此的缺乏，自己綜合應用所學的專業(yè)知識能力是如此的不足，幾年來的學習了那么多的課程，今天才知道自己并不會用想到這里，我真的心急了，老師卻對我說，這說明課程設計確實使我你有收獲了老師的親切鼓勵了我的信心，使我更加自信雖然時間很短暫，然而在實踐中我學到了很多我們所學課程的教科書上沒有的東西，同時實踐課對我們的理論課的學習也有很大的幫助。學習任何知識

24、，僅從理論上求知，而不去實踐、探索是不夠的，所以電子電路課程設計對我們而言是很必要的。在具體過程中我們發(fā)現(xiàn)書本上的知識與實際的應用存在著不小的差距，書本上的很多知識都是理想化后的結論，忽略了很多實際的因素，或者涉及的只是一部分，不全面，可在實際的應用時很多細節(jié)是不能忽略的。雖然我們設計的電路從理論上基本能夠實現(xiàn)直流穩(wěn)壓電源的功能，然而這些只是我們根據(jù)書本上的理論知識設計的，并沒有實際應用到具體的電路，沒有真正的將220V交流的電壓變化成我們需要的直流穩(wěn)定的電壓。很多的參數(shù)以及應用的元件的參數(shù)值也是我們通過理論計算出來的。因此，若想實際的做出此電路還需要注意很多細節(jié)的問題以及實際應用的問題。說實

25、話，課程設計真的有點累然而，當我一著手清理自己的設計成果，漫漫回味這3周的心路歷程，一種少有的成功喜悅即刻使倦意頓消雖然這是我剛學會走完的第一步，也是人生的一點小小的勝利，然而它令我感到自己成熟的許多，另我有了一中”春眠不知曉”的感悟 通過課程設計，使我深深體會到，干任何事都必須耐心，細致所以不管遇到什么困難都要冷靜下來，慢慢思考，這樣才會找到解決問題最好的辦法。很感謝這次實踐，通過本次實踐培養(yǎng)了我理論聯(lián)系實際的能力，同時也提高了我分析問題和解決問題的能力，增強了獨立工作的能力。這次實踐，我受益匪淺。致 謝模電課程設計即將結束。時間雖然短暫，只是短短兩周我依然學會很多知識。本設計是在黃碩導師教授的悉心指導下完成的，導師淵博的知識，嚴謹?shù)?/p>