多路高精度直流穩(wěn)壓電源

1、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)基本理論在實(shí)踐中綜合運(yùn)用的初步經(jīng)驗(yàn)， 掌握模擬電路設(shè)計(jì)的基本方法、 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： 輸出電壓可調(diào)：U0=+3V +9V 最大輸出電流： I omax=800mA 輸出電壓變化量：AU 15mV 穩(wěn)壓系數(shù)：SvW 0.0032設(shè)計(jì)電路結(jié)構(gòu)，選擇電路元件，計(jì)算確定元件參數(shù)，畫(huà)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

2、導(dǎo)教師審核。4. 批準(zhǔn)后，進(jìn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行組裝、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(huà)出直流穩(wěn)壓電源方框圖。（2）系統(tǒng)分析：根據(jù)系統(tǒng)功能，選擇各模塊所用電路形式。（3）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)。（ 4）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。(2) 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 否達(dá)到所規(guī)定的指標(biāo)。(3) 重點(diǎn)測(cè)試穩(wěn)壓電路的穩(wěn)壓系數(shù)。(4) 將各模塊電路連起來(lái)，整機(jī)調(diào)試，并測(cè)量該系

3、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。(2) 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)。(3) 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，保留其直流成份。(4) 濾波后的直流電壓，再通過(guò)穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓，便可得到基本不受外界影響的 穩(wěn)定直流電壓輸出，供給負(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)

4、環(huán)節(jié)才能完成，見(jiàn)圖1。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（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，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'

5、 正負(fù)半周內(nèi)部都有電流流過(guò)的負(fù)載電阻 R,且方向是一致的。電路的輸出波形如 圖所示。橋式整流皂路簡(jiǎn)化電路圖71®A A =(/WOIa Ain3n Z4nnhhH咕III|1OJf%111'砒Illi1 1 1 1 rLzUD2=*rWUD=UD3橋式整流電路電壓、電流波形圖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

6、聯(lián)或電容器與負(fù)載電阻串聯(lián)，以達(dá)到使輸出波形基本平滑的目的。選擇電容濾波電路后，直流輸出電壓：U0i=（1.11.2）U2,直流輸出電流：（丨2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LM337Vou七Vout=l . 25* (l-FRB/RA)圖4 LM317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CW31、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

7、調(diào)的負(fù)電壓， 可調(diào)范圍為1.2V37V,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，具有安全可靠，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系列的引腳功能相同，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 ， 一般使用精密電位器，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 加入了二極管D,用于防止輸出端短路時(shí)10F大電容放電

8、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)范圍：1.2V37V輸出負(fù)載電流： 1.5A輸入與輸出工作壓差 U=U-U。： 340V能滿足設(shè)計(jì)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:ax根據(jù)性能指標(biāo)要求： Uomin=3V Uomax=9V其中：（Ui-Uoin)min=3V， (Ui-Uo)max=40V又U i-Uomax(Ui -Uo) min U -Uoin W (Ui -Uo) m 12V <Ui< 43V此范圍中可任選 ： 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

9、器副邊電流 I 2I o1=I o又副邊電流丨2=（1.52）1 O1取I O=| Oma=800mA貝U 12=1.5 衣 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=12VUBR=50V>17V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 最大整流電流 I F=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 AU:根據(jù)穩(wěn)壓電路的的穩(wěn)壓系數(shù)的定義：設(shè)

10、計(jì)要求 AUW 15mV, Sv< 0.003Uo=+3V +9VUi=14V代入上式，貝可求得 AUi2）濾波電容 C設(shè)定 I o=I omax=0.8A， t=0.01S貝可求得 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)整范圍及最大輸出電流。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交流改變土 10%。即U=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，并討論提出改進(jìn)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)行方案論證與比較，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