步進(jìn)式直流穩(wěn)壓電源課程設(shè)計(jì)

1、山西大學(xué)工程學(xué)院課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書(shū)設(shè)計(jì)題目：_步進(jìn)式直流穩(wěn)壓電源_所屬課程：_模擬電子技術(shù)_系別：_電力工程系_專(zhuān)業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化及其自動(dòng)化班級(jí)：_電本1036班_姓名：_李琦_指導(dǎo)教師：_陳因_ 設(shè)計(jì)任務(wù)下達(dá)日期：2012年6月19日 設(shè)計(jì)時(shí)間：2012年6月19日至2012年6月21日 目錄第1章 緒論.3第2章 設(shè)計(jì)方案的確定.5§2.1 設(shè)計(jì)題目.5§2.2 設(shè)計(jì)目的.5§2.3 設(shè)計(jì)要求.5§2.4 設(shè)計(jì)思路.6第3章 電路原理.6§3.1 步進(jìn)式直流穩(wěn)壓電源的電路圖.6§3.2理論分析及計(jì)算.7§3

2、.3 電源變壓器.8§3.4 整流濾波電路.9§3.5 穩(wěn)壓電路.10第4章 模擬仿真.13§4.1 Multisim的安裝與調(diào)試.13§4.2電路的圖.13§4.3 模擬仿真.13第5章 課設(shè)心得.19參考資料.21第一章：緒論 電源技術(shù)尤其是數(shù)控電源技術(shù)是一門(mén)實(shí)踐性很強(qiáng)的工程技術(shù)，服務(wù)于各行各業(yè)。電力電子技術(shù)是電能的最佳應(yīng)用技術(shù)之一。當(dāng)今電源技術(shù)融合了電氣、電子、系統(tǒng)集成、控制理論、材料等諸多學(xué)科領(lǐng)域。隨著計(jì)算機(jī)和通訊技術(shù)發(fā)展而來(lái)的現(xiàn)代信息技術(shù)革命，給電力電子技術(shù)提供了廣闊的發(fā)展前景，同時(shí)也給電源提出了更高的要求。隨著數(shù)控電源在電子裝置中的

3、普遍使用，普通電源在工作時(shí)產(chǎn)生的誤差，會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的精確度。電源在使用時(shí)會(huì)造成很多不良后果，世界各國(guó)紛紛對(duì)電源產(chǎn)品提出了不同要求并制定了一系列的產(chǎn)品精度標(biāo)準(zhǔn)。只有滿(mǎn)足產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，才能夠進(jìn)入市場(chǎng)。隨著經(jīng)濟(jì)全球化的發(fā)展，滿(mǎn)足國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品才能獲得進(jìn)出的通行證。數(shù)控電源是從80年代才真正的發(fā)展起來(lái)的，期間系統(tǒng)的電力電子理論開(kāi)始建立。這些理論為其后來(lái)的發(fā)展提供了一個(gè)良好的基礎(chǔ)。在以后的一段時(shí)間里，數(shù)控電源技術(shù)有了長(zhǎng)足的發(fā)展。但其產(chǎn)品存在數(shù)控程度達(dá)不到要求、分辨率不高、功率密度比較低、可靠性較差的缺點(diǎn)。但在實(shí)際生活中，都是由220V 的交流電網(wǎng)供電。這就需要通過(guò)變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓電路將交流電轉(zhuǎn)換成穩(wěn)

4、定的直流電。濾波器用于濾去整流輸出電壓中的紋波，一般傳統(tǒng)電路由濾波扼流圈和電容器組成，若由晶體管濾波器來(lái)替代，則可縮小直流電源的體積，減輕其重量，且晶體管濾波直流電源不需直流穩(wěn)壓器就能用作家用電器的電源，這既降低了家用電器的成本，又縮小了其體積，使家用電器小型化。傳統(tǒng)的直流穩(wěn)壓電源通常采用電位器和波段開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)電壓的調(diào)節(jié),并由電壓表指示電壓值的大小. 此數(shù)控直流穩(wěn)壓電源共有六部分，輸出電壓的調(diào)節(jié)是通過(guò)“+，-” 兩鍵操作，步進(jìn)電壓精確到 0.5V 控制可逆計(jì)數(shù)器分別作加，減計(jì)數(shù).第2章 ：設(shè)計(jì)方案的確定§2.1 設(shè)計(jì)題目： 步進(jìn)式直流穩(wěn)壓電源§2.2 設(shè)計(jì)目的： 設(shè)計(jì)一個(gè)采

5、用步進(jìn)式進(jìn)行調(diào)節(jié)輸出電壓的直流穩(wěn)壓電源。通過(guò)設(shè)計(jì)使學(xué)生了解所學(xué)的電子技術(shù)課程的理論知識(shí)在實(shí)際中的綜合應(yīng)用。加深學(xué)生對(duì)所學(xué)理論知識(shí)與實(shí)際的應(yīng)用知識(shí)的結(jié)合，全面提高學(xué)生分析、判斷、解決問(wèn)題的能力，拓寬知識(shí)面，系統(tǒng)的進(jìn)行電子電路的工程實(shí)踐訓(xùn)練，使學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的應(yīng)用能力，有一個(gè)較大的提高，為畢業(yè)設(shè)計(jì)打下一定的基礎(chǔ)。§2.3 設(shè)計(jì)要求 1.技術(shù)指標(biāo) （1）輸出電壓范圍：3-20V,步進(jìn)調(diào)節(jié)單位：0.5v （2）電壓穩(wěn)定度U/U。<0.2%,紋波電壓<10mV。 （3）輸出電流：1A （4）輸出電壓值用電壓表顯示，并由按鍵或開(kāi)關(guān)分別控制輸出電壓步進(jìn)的增減。 2.畫(huà)出步進(jìn)式直流穩(wěn)壓電

6、源的電路原理圖（電路及所用元器件自定） 3.對(duì)設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行仿真檢驗(yàn)（可分單元進(jìn)行仿真），給出仿真檢驗(yàn)結(jié)果。 4.每位學(xué)生都應(yīng)該根據(jù)自己的能力獨(dú)立完成。5.寫(xiě)出完整的實(shí)驗(yàn)報(bào)告。§2.4 設(shè)計(jì)思路要將220伏市電轉(zhuǎn)換為3-20伏直流輸出可調(diào)，需要經(jīng)過(guò)變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓調(diào)節(jié)等環(huán)節(jié)（具體見(jiàn)下圖）。第3章 ：電路原理§3.1 步進(jìn)式直流穩(wěn)壓電源的電路圖§3.2 理論分析及計(jì)算 1.輸出電壓： 因?yàn)橐筝敵鲭妷嚎烧{(diào)，所以選擇三段可調(diào)式集成穩(wěn)壓器LM117系列三端集成穩(wěn)壓器，輸出電壓范圍可達(dá)1.537V，輸出電流可達(dá)1.5A以上，滿(mǎn)足本實(shí)驗(yàn)的要求。且內(nèi)部帶有過(guò)載保護(hù)電路，

7、具有穩(wěn)壓精度高、工作可靠等特點(diǎn)。 由于LM117 的2、3腳之間的U32為基準(zhǔn)電壓1.25V，故有U。=（1+Rp/R1）*1.25,其中，R1取240歐姆，調(diào)節(jié)Rp可改變輸出電壓的大小 2.步進(jìn)式設(shè)定電阻 按照步進(jìn)設(shè)定要求，輸出電壓步進(jìn)為0.5V，即U=0.5V，由公式可得：U=Un+1-Un=1.25(Ri+1-Ri)/R =0.5VR=96 3.可調(diào)電阻最小值R20 按照設(shè)計(jì)要求最小輸出電壓為3V，R20=336 4. 濾波后的電壓U'設(shè)Uomax為穩(wěn)壓電源輸出最大值20V，（U1-U0）min為集成穩(wěn)壓器輸入輸出最小電壓差為3V，Ui為電網(wǎng)波動(dòng)引起的電網(wǎng)波動(dòng)的變化，（一般取U。

8、（U1-U。）min之和的10%），則輸出電壓滿(mǎn)足下列要求：UUomax+(U1-U。)min +Ui=20+3+23*10%24V5. 變壓器次級(jí)電壓U2 U2=U'/1.220V6. 電壓變比 n1:n2=220:22=10:17. 濾波電容C對(duì)于橋式整流電路，濾波電容C的充電周期等于交流周期的一半，即 RLC(25)T/2 所以濾波電容電量C2400F。 §3.3 電源變壓器變壓器變比 220：24 通過(guò)變壓器可以將初始波形轉(zhuǎn)換為有效值24V交流電壓信號(hào)。§3.4 整流濾波電路整理電路采用橋式整流電路。整流后的波形濾波后的電路：§3.5 穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓

9、后的波形：穩(wěn)壓電路采用穩(wěn)壓模塊LM117HVH，具體參數(shù)LM117/LM317 是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司的三端可調(diào)正穩(wěn)壓器集成電路。我國(guó)和世界各大集成電路生產(chǎn)商均有同類(lèi)產(chǎn)品可供選用，是使用極為廣泛的一類(lèi)串連集成穩(wěn)壓器。 LM117/LM317 的輸出電壓范圍是1.2V至37V，負(fù)載電流最大為1.5A。它的使用非常簡(jiǎn)單，僅需兩個(gè)外接電阻來(lái)設(shè)置輸出電壓。此外它的線(xiàn)性調(diào)整率和負(fù)載調(diào)整率也比標(biāo)準(zhǔn)的固定穩(wěn)壓器好。LM117/LM317 內(nèi)置有過(guò)載保護(hù)、安全區(qū)保護(hù)等多種保護(hù)電路。LM117/LM317 能夠有許多特殊的用法。比如把調(diào)整端懸浮到一個(gè)較高的電上，可以用來(lái)調(diào)節(jié)高達(dá)數(shù)百伏的電壓，只要輸入輸出壓差不超過(guò)

10、 LM117/LM317 的極限就行。當(dāng)然還要避免輸出端短路。還可以把調(diào)整端接到一個(gè)可編程電壓上，實(shí)現(xiàn)可編程的電源輸出。特性簡(jiǎn)介: 可調(diào)整輸出電壓1.2V37V最大輸出電流1.5A典型線(xiàn)性調(diào)整率 0.01%。典型負(fù)載調(diào)整率 0.1%輸出短路保護(hù)。 過(guò)流、過(guò)熱保護(hù)。標(biāo)準(zhǔn)三端晶體管封裝。1，2腳之間為1.25V電壓基準(zhǔn)。保證穩(wěn)壓器的輸出性能，R1應(yīng)小于240歐姆。改變R2阻值即可調(diào)整穩(wěn)壓電壓值。D1，D2用于保護(hù)LM317/337電壓范圍:LM117/LM317可 1.25V 至 37V 連續(xù)高精度微調(diào).第四章：模擬仿真§4.1 Multisim10.0的安裝與調(diào)試§4.2 電

11、路的圖§4.3模擬仿真 紋波電壓定義：簡(jiǎn)單講：紋波就是一個(gè)直流電壓中的交流成分。直流電壓本來(lái)應(yīng)該是一個(gè)固定的值， 但是很多時(shí)候它是通過(guò)交流電壓整流、濾波后得來(lái)的，由于濾波不干凈，就會(huì)有剩余的交流成分，即使是用電池供電也會(huì)因負(fù)載的波動(dòng)而產(chǎn)生波紋。事實(shí)上，即便是最好的基準(zhǔn)電壓源器件，其輸出電壓也是有波紋的。狹義上的紋波電壓，是指輸出直流電壓中含有的工頻交流成分。 整流側(cè)交流電壓值：負(fù)載側(cè)的交流電壓：通過(guò)公式U。=1.25*（1+R2/R1）,當(dāng)R2=3.6K時(shí)，理論輸出電壓為20v,實(shí)際輸出電壓為20.415V,誤差2.075%。最終輸出電壓形成波形：280ms后輸出電壓穩(wěn)定。步進(jìn)式的調(diào)

12、節(jié)方案：方案1：多電阻單刀開(kāi)關(guān) 如圖所示：改變接地的位置，或通過(guò)開(kāi)關(guān)撥片調(diào)節(jié)即開(kāi)實(shí)現(xiàn)輸出電壓的步控調(diào)節(jié)，步進(jìn)0.5V，圖示為最低電壓3.00V，誤差1.97%。方案2：撥碼開(kāi)關(guān)撥碼開(kāi)關(guān)(也叫DIP開(kāi)關(guān)，撥動(dòng)開(kāi)關(guān),超頻開(kāi)關(guān)，地址開(kāi)關(guān)，撥拉開(kāi)關(guān)，數(shù)碼開(kāi)關(guān)，指撥開(kāi)關(guān))是一款用來(lái)操作 各種各樣的撥碼開(kāi)關(guān)控制的地址開(kāi)關(guān)，采用的是0/1的二進(jìn)制編碼原理。通俗的說(shuō)也就是一款能用手撥動(dòng)的微型的開(kāi)關(guān)，所以也通常叫指撥開(kāi)關(guān)的也很多。撥碼開(kāi)關(guān)很多款型號(hào)，按照腳位來(lái)區(qū)分有直插式（DIP) 和貼片式（SMD）之分，按照撥動(dòng)的方式來(lái)分有平撥跟側(cè)撥之分，按照腳間距有2.54mm和1.27mm腳間距之分，按照顏色有黑色，紅色

13、，藍(lán)色的區(qū)別。根據(jù)狀態(tài)來(lái)說(shuō)還有兩態(tài)跟三態(tài)之分。根據(jù)位數(shù)來(lái)說(shuō)正常是都是1-10位、12位等11個(gè)位數(shù)。其實(shí)細(xì)分下來(lái)，還有很多種。廣泛使用于數(shù)據(jù)處理、通信、遙控和防盜自動(dòng)警鈴系統(tǒng)、風(fēng)淋室等需要手動(dòng)程式編制的產(chǎn)品上。產(chǎn)品性能：1 額定電流：切換電流 25mA,24VDC 不切換電流 100mA,24VDC 2 接觸阻抗：初始值 50毫 壽測(cè)后 100毫歐 3 絕緣阻抗: 最小500兆歐 at 500VDC 4 耐壓值 : 500VDC/一分鐘 5 操作力度: 最大1000gf 6 壽命測(cè)試: 5000次 材質(zhì):1 上蓋與本體：工程塑料UL94V-0等級(jí)高溫材質(zhì),黑色 2 推鈕：工程塑料UL 94V-

14、0高溫材質(zhì),白色 3 固定觸點(diǎn)與可動(dòng)觸點(diǎn)：銅片鍍錫或金; 4 引腳：銅片鍍錫或金; 5 貼附薄膜：防水薄膜 焊接方式:1 手焊: 30瓦以下烙:攝氏350度以下不超過(guò)三秒鐘或攝氏270度以?xún)?nèi)不超過(guò)5秒鐘. 2 回流焊：攝氏265度30秒內(nèi) 3 波峰焊：攝氏260度10秒內(nèi) 包裝方式:所有開(kāi)關(guān)推扭在包裝時(shí)都設(shè)置在"OFF"的位置;IC管或卷裝.2N5550/2N5551 NPN小功率三極管,可與2N5400/2N5401 PNP管做互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)管.2N5551 電流增益帶寬積100-300MHZ 放大倍數(shù) 80-250方案3：調(diào)節(jié)電阻網(wǎng)絡(luò) 調(diào)壓電阻網(wǎng)絡(luò)第6章 ：心得體會(huì) 課程設(shè)計(jì)

15、是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí),發(fā)現(xiàn),提出,分析和解決實(shí)際問(wèn)題,鍛煉實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié),是對(duì)學(xué)生實(shí)際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過(guò)程.對(duì)我們學(xué)工科的同學(xué)來(lái)說(shuō)尤為重要！ 回顧起此次電氣課程設(shè)計(jì)，至今我仍感慨頗多，的確，從選題到定稿，從理論到實(shí)踐，緊緊張張的3、4天，可以說(shuō)得是苦多于甜，但是可以學(xué)到很多很多的的東西，同時(shí)不僅可以鞏固了以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)，而且學(xué)到了很多在書(shū)本上所沒(méi)有學(xué)到過(guò)的知識(shí)。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來(lái)，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會(huì)服務(wù)，從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中遇到問(wèn)題，可以說(shuō)得是困難重重，這畢竟第一次做的，難免會(huì)遇到過(guò)各種各樣的問(wèn)題，同時(shí)在設(shè)計(jì)的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對(duì)以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固，比如說(shuō)變壓器不懂怎么去選，不懂怎么去選互感器，對(duì)電氣主接線(xiàn)圖的選擇掌握得不好通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)之后，一定把以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)重新溫故。 通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來(lái)，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會(huì)服務(wù)，從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中遇到問(wèn)題，可以說(shuō)得是