直流穩(wěn)壓電源課程設(shè)計報告

1、模擬電路課程設(shè)計報告設(shè)計課題：直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計班級：電子1101學(xué)號：11312223姓名：劉廣強指導(dǎo)老師：董姣姣完成日期：2012年6月19目錄一、設(shè)計任務(wù)及要求3二、總體設(shè)計思路31直流穩(wěn)壓電源設(shè)計思路32直流穩(wěn)壓電源原理33、濾波電路電容濾波電路54、穩(wěn)壓電路75、設(shè)計的電路原理圖8三、設(shè)計方法簡介 8四、軟件仿真結(jié)果及分析10五、課程設(shè)計報告總結(jié) 12六、參考文獻 13一、設(shè)計任務(wù)及要求1、設(shè)計一個連續(xù)可調(diào)的直流穩(wěn)壓電源，主要技術(shù)指標(biāo)要求：輸出直流電壓：U0=912v； 紋波電壓：Up-p<5mV；穩(wěn)壓系數(shù)：SV5% （最大的波動不能超過5%）2、設(shè)計電路結(jié)構(gòu)，選擇電路元件，計

2、算確定元件參數(shù)，畫出實用原理電路圖。3、自擬實驗方法、步驟及數(shù)據(jù)表格，提出測試所需儀器及元器件的規(guī)格、數(shù)量。4、在實驗室MultiSIM8-8330軟件上畫出電路圖，并仿真和調(diào)試，并測試其主要性能參數(shù)。二、總體設(shè)計思路1直流穩(wěn)壓電源設(shè)計思路（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。（2）降壓后的交流電壓，通過整流電路變成單向直流電，但其幅度變化大（即脈動大）。（3）脈動大的直流電壓須經(jīng)過濾波電路變成平滑，脈動小的直流電，即將交流成份濾掉，保留其直流成份。（4）濾波后的直流電壓，再通過穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓，便可得到基本不

3、受外界影響的穩(wěn)定直流電壓輸出，供給電壓表。2直流穩(wěn)壓電源原理1、直流穩(wěn)壓電源直流穩(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)壓四個環(huán)節(jié)才能完成。直流穩(wěn)壓電源方框圖 圖2 直流穩(wěn)壓電源的方框圖其中：（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的直流電（3）濾波電路：可以將整流電路輸出電壓中的交流成分大部分加以濾除，從而得到比較平滑的直流電壓。（4）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，

4、不隨交流電網(wǎng)電壓和負載的變化而變化。2、整流電路（1）直流電路常采用二極管單相全波整流電路，電路如圖3所示。圖3 單相橋式整流電路（2）工作原理設(shè)變壓器副邊電壓u2=2U2sint，U2為有效值。 在u2的正半周內(nèi)，二極管D1、D2導(dǎo)通，D3、D4截止；u2的負半周內(nèi)，D3、D4導(dǎo)通，D1、D2截止。正負半周內(nèi)部都有電流流過的負載電阻RL，且方向是一致的。如圖4圖4單相橋式整流電路簡易畫法及波形圖 在橋式整流電路中，每個二極管都只在半個周期內(nèi)導(dǎo)電，所以流過每個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)。3、濾波電路電容

5、濾波電路 采用濾波電路可濾除整流電路輸出電壓中的交流成分，使電壓波形變得平滑。常見的濾波電路有電容濾波、電感濾波和復(fù)式濾波等。 在整流電路的輸出端，即負載電阻RL兩端并聯(lián)一個電容量較大的電解電容C，則構(gòu)成了電容濾波電路，如圖5所示電路，由于濾波電容與負載并聯(lián)，也稱為并聯(lián)濾波電路。圖5單相橋式整流電容濾波電路從圖4可以看出，當(dāng)u2為正半周時, 電源u2通過導(dǎo)通的二極管VD1、VD3向負載RL供電，并同時向電容C充電（將電能存儲在電容里，如t1t2），輸出電壓uouc u2；uo達峰值后u2減小，當(dāng)uou2時，VD1、VD3提前截止，電容C通過RL放電，輸出電壓緩慢下降（如t2t3），由于放電時間

6、常數(shù)較大，電容放電速度很慢，當(dāng)uC下降不多時u2已開始下一個上升周期，當(dāng)u2uo時，電源u2又通過導(dǎo)通的VD2、VD4向負載RL供電，同時再給電容C充電（如t3t4），如此周而復(fù)始。電路進入穩(wěn)態(tài)工作后，負載上得到如圖中實線所示的近似鋸齒的電壓波形，與整流輸出的脈動直流（虛線）相比，濾波后輸出的電壓平滑多了。顯然，放電時間常數(shù)RLC越大、輸出電壓越平滑。若負載開路（RL=），電容無放電回路，輸出電壓將保持為u2的峰值不變。（1）輸出電壓的估算 顯然，電容濾波電路的輸出電壓與電容的放電時間常數(shù)=RLC有關(guān)，應(yīng)遠大于u2的周期T，分析及實驗表明，當(dāng) =RLC（35）T /2時，濾波電路的輸出電壓可按

7、下式估算，即 UO1.2U2 （2）整流二極管導(dǎo)通時間縮短了，存在瞬間的浪涌電流，要求二極管允許通過更大的電流，管子參數(shù)應(yīng)滿足 IFM2IV=IO （3）在已知負載電阻RL的情況下，根據(jù)式子選擇濾波電容C的容量，即 C（35） T /2RL 若容量偏小，輸出電壓UO將下降，一般均選擇大容量的電解電容；電容的耐壓應(yīng)大于u2的峰值，同時要考慮電網(wǎng)電壓波動的因素，留有足夠的余量。電容濾波電路的負載能力較差，僅適用于負載電流較小的場合。4、穩(wěn)壓電路 在設(shè)計中，常利用電容器兩端的電壓不能突變和流過電感器的電流不能突變的特點，將電容器和負載電容并聯(lián)或電容器與負載電阻串聯(lián)，以達到使輸出波形基本平滑的目的。選

8、擇電容濾波電路后，直流輸出電壓：Uo1=(1.11.2)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。穩(wěn)壓電路原理電路見圖6 圖6 穩(wěn)壓電路原理圖5、設(shè)計的電路原理圖 圖7 可調(diào)（2.5V36V）的直流穩(wěn)壓電源三、設(shè)計方法簡介（1）根據(jù)設(shè)計所要求的性能指標(biāo)，選擇集成三端穩(wěn)壓器。因為要求輸出電壓可調(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)的負電壓，可調(diào)范圍為2.5V36V，最大輸出電流 為1.5A。穩(wěn)壓內(nèi)部含有過流、過熱保護電

9、路，具有安全可靠，性能優(yōu)良、不易損壞、使用方便等優(yōu)點。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。輸出電壓表達式為：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)生一個恒定電流通過輸出電壓調(diào)節(jié)電位器 ， 一般使用精密電位器，與其并聯(lián)的電容器C可進一步減小輸出電壓的紋波。輸出電壓可調(diào)范圍：2.5V36V輸出負載電流：1.5A能滿足設(shè)計要求,故選用LM317組成穩(wěn)壓電路。（2）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=3V Uomax=9V又 Ui-Uomax(Ui-Uo)min Ui-Uoin(Ui-Uo

10、)max其中：（Ui-Uoin）min=3V，(Ui-Uo)max=40V 12VUi43V此范圍中可任選 ：Ui=14V=Uo1根據(jù) Uo1=(1.11.2)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=(1.52)IO1 取IO=IOmax=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查手冊選整流二極管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下式求得。

11、1）求Ui:根據(jù)穩(wěn)壓電路的的穩(wěn)壓系數(shù)的定義：設(shè)計要求Uo15mV ，SV0.003Uo=+3V+9VUi=14V代入上式，則可求得Ui2）濾波電容C設(shè)定Io=Iomax=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： 因為大容量電解電容有一定的繞制電感分布電感，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)小容量電容用來抵消電感效應(yīng)，抑制高頻干擾。四、軟件仿真結(jié)果及分析1.軟件仿真電路圖2.測電壓通過調(diào)節(jié)滑動變阻器得到測得輸出電壓在9V12V之間3.測紋波測得紋波電壓如下由下圖可知測得的紋波電壓為762紋波系

12、數(shù)越小越穩(wěn)定，說明該直流穩(wěn)壓電源設(shè)置的比較合理。五、課程設(shè)計報告總結(jié) 經(jīng)過很長時間的探索，課程設(shè)計終于完成了。從來沒有做過課程設(shè)計，剛開始雖然課程設(shè)計的題目確定了，可是由于對所選的課程設(shè)計所用到的原理不了解，對于集成直流穩(wěn)壓電源電路圖改了又改，花了很多時間去確定電路圖。通過查閱資料，才慢慢懂得集成直流穩(wěn)壓電源電路的原理和電路圖中各個部分的作用。通過這次課程設(shè)計，懂得了不同系列的穩(wěn)壓器有不一樣的性能，LM系列的穩(wěn)壓芯片能在比較大的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)電壓，它的穩(wěn)壓電路也相對78系列的穩(wěn)壓電路要復(fù)雜一些，與LM系列的穩(wěn)壓芯片連接的電阻和電位器的參數(shù)選定，有固定的計算公式。為了能使電路設(shè)計的誤差更少，在設(shè)計出

13、電路圖后進行仿真。仿真也還是有一定的誤差。這次的課程設(shè)計從題目的選定到最后硬件的完成、性能測試都讓我受益匪淺，不但懂得了一些電路元件的性能、作用，為以后的課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計奠定了基礎(chǔ)。本次的設(shè)計讓我受益匪淺，讓我更進一步的了解自己的不足之處，更進一步的鞏固的所學(xué)過的知識，更懂得了做任何事情都要自己主動努力去做，學(xué)習(xí)到的理論知識只有在實踐中，才會真正發(fā)揮作用，也只有通過實踐才能把知識運用的現(xiàn)實中。準(zhǔn)備越充分，實驗越順利。古人云：“磨刀不誤砍柴工”。前期的知識儲備、文獻儲備、材料準(zhǔn)備、方法準(zhǔn)備可以避免手忙腳亂，充分的預(yù)實驗使你充滿信心。一步一個腳印，就不必“從頭再來”。最不能容忍的是在開始的幾步偷懶，造成后面總有一些無法排除的障礙。態(tài)度決定一切。這次試訓(xùn)更讓我明白了一個道理“態(tài)度決定一切”，讓我認識到不管以后做什么事，都應(yīng)抱著認真的態(tài)度。 通過這次對直流穩(wěn)壓電源的制