多功能集成直流穩(wěn)壓電源方案

1、多功能集成直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計報告目錄一設(shè)計任務(wù)和要求2)設(shè)計任務(wù)2)設(shè)計要求2)二設(shè)計的方案的選擇與論證3)系統(tǒng)概述3)總體方案設(shè)計選擇4)三電路的設(shè)計計算與分析7)31單元電路的選擇與設(shè)計7)multisim仿真15)PCB電路制作19)四總結(jié)及心得22)五附錄23)電路總元器件表23)Protel原理圖網(wǎng)絡(luò)列表24)六參考文獻25)七設(shè)計任務(wù)和要求1.1設(shè)計任務(wù)(1同時輸出電壓為3、5、10V。(2輸出電流為2A。(3輸出紋波電壓小于5mV。(4具有過流保護電路，輸出電流大于2A，保護啟動。1.2設(shè)計要求(1合理的設(shè)計硬件電路，說明工作原理及設(shè)計過程，畫出相關(guān)的電路原理圖；(2選擇常用的電

2、器元件說明電器元件選擇的過程和依據(jù))；(3按時提交課程設(shè)計報告，完成相應(yīng)答辯。八.設(shè)計的方案的選擇與論證21系統(tǒng)概述集成直流穩(wěn)壓電源由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路四部分組成，首先變壓器輸入為220V交流電壓,輸出為U2交流電壓,然后經(jīng)整流電路整成單項脈動電流，最后經(jīng)濾波電容濾除紋波，實現(xiàn)輸出直流電壓。直流穩(wěn)圖1直流穩(wěn)壓電源的方框圖各部分電路的作用如下：電源變壓器：變壓器的作用是將電網(wǎng)220V的交流電壓變換成整流濾波電路所需要的交流電壓U2。整流電路：主要將經(jīng)變壓器降壓后的交流電變成單向脈沖直流電。濾波電路：減少整流電壓的脈沖程度，是輸出電壓平滑。穩(wěn)壓電路：使輸出直流電壓基本不受電網(wǎng)

3、電壓波動和負載電阻變化的影響，從而獲得足夠高的穩(wěn)定性。2.2總體方案設(shè)計選擇I.電路形式選擇：我們常見的穩(wěn)壓電路有穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路，串聯(lián)型穩(wěn)壓電路，開關(guān)型穩(wěn)壓電路，它們各自的性能比較如表1所示。辿路形式性能穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路串聯(lián)型穩(wěn)壓電路開關(guān)型穩(wěn)壓電路優(yōu)點電路簡單，經(jīng)濟穩(wěn)定性能好，體積小，電路簡單，使用方便功耗小，體積小，效率高，可達70%-95%缺點輸出電壓不可調(diào)，穩(wěn)定性較差功耗大，效率低僅為30%-40%輸出的紋波電壓較大，電路復(fù)雜適用范圍小功率，穩(wěn)定性要求不咼的場合適用范圍廣輸出電壓調(diào)節(jié)范圍小,負載對輸出紋波電壓要求不高的場合分析電路依靠穩(wěn)壓官的電流調(diào)節(jié)作用和限流電阻的補償作用，使得輸出電壓穩(wěn)

4、定。電路是以穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路為基礎(chǔ)，利用晶體管的電流放大作用，增大負載電流。電路引入深度電壓負反饋，使輸出電壓穩(wěn)定。電路的發(fā)展依賴于半導(dǎo)體器件和磁性材料的發(fā)展。電路可直接從電網(wǎng)電壓整流供電，更顯突出的優(yōu)越性。表1三種穩(wěn)壓電路性能比較圖經(jīng)以上三種電路形式比較與分析，可知串聯(lián)型穩(wěn)壓電路具有穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的優(yōu)點，同時又比開關(guān)型穩(wěn)壓電路適用范圍廣，輸出紋波電壓小，穩(wěn)定性能好等優(yōu)點，所以決定選擇串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。整流電路選擇：我們常見的整流電路有半波整流，橋式整流，全波整流，它們各自的性能如表2所示。、整流方式性能半波整流橋式整流全波整流輸出電壓平均值Uo(AV0.45U20.9U20.9U2整流管承受的反

5、向電壓UrmU2U22U2流過整流管的平均電流If0.45D/Rl0.45D/Rl0.45D/Rl負載上的平均電流Io0.45D/Rl0.91/Rl0.9D/Rl特點電路簡單，輸出電壓的脈動性大負載能力較強，需用四只整流管負載能力好，變壓器有中心抽頭分析半波整流電路具有結(jié)構(gòu)簡單的優(yōu)點，但它輸出電壓的脈動性大，直流成分比較低，而且這種電路交流電壓只有半個周期可以利用，輸出功率小，只適用于高電壓小電流的場合。橋式整流電路輸出電壓脈動小，正負半周均有電流流過，電源利用率高，輸出的直流電壓比較高，所以橋式整流電路中變壓器的效率較咼，在同等功率容量條件下，體積可以小一些，其總體性能優(yōu)于半波整流電路和全波

6、整流電路全波整流比半波整流的效率高，它輸出電壓的脈動性小，但全波整流電路要求電源變壓器有兩個二次側(cè)繞組，這樣既增大了體積又增加了重量；另外，二極管所承受的最大反向峰值電壓是半波整流的二倍表2三種整流電路性能比較圖經(jīng)過對三個電路比較與分析，可以看出，橋式整流電路不僅保留了半波整流電路和全波整流電路的全部優(yōu)點，而且克服了它們的缺點，所以決定選擇橋式整流電路。濾波電路選擇：我們常見的濾波電路有電容濾波電路，電感濾波電路，復(fù)合式濾波電路，它們各自的性能如表3所示。類型性能電容濾波電感濾波復(fù)合式濾波輸出電壓平均值Uo(AV1.2U20.9U21.2U2二極管導(dǎo)通角小大小分析電容濾波電路簡單易行，輸出電壓

7、平均值高，適用于小電流負載場合，電容容量大，濾波效果好電感濾波適用于大電流負載的場合，實際使用時常常與電容組成復(fù)合式濾波電路1)RC濾波電路濾波效果比單用濾波電容要好，適用于小電流負載場合，2)LC濾波電路濾波效果最好，適用于大電流負載場合表3三種濾波電路性能比較圖經(jīng)以上三種濾波電路比較與分析，可知，電容濾波電路簡單易行，適用于小電流場合，且濾波效果也好，所以決定選擇電容濾波電路。九電路設(shè)計計算與分析31單元電路的選擇與設(shè)計1、電源變壓器的選擇與設(shè)計：變壓器的工作原理：變壓器是變換交流電壓、電流和阻抗的器件，當初級線圈中通有交流電流時，鐵芯或磁芯）中便產(chǎn)生交流磁通，使次級線圈中感應(yīng)出電壓或電流

8、）。：變壓器的參數(shù)：根據(jù)電源設(shè)計要求，輸出電壓最大值為10V,為保證調(diào)整管處于放大狀態(tài)3V）及電網(wǎng)電壓波動設(shè)10%），確定整流濾波后電壓為氣=（10+3）x（1+10%）=14.3W，取他。變壓器二次側(cè)電壓有效值為U=V-=-1.2代13（V）丄電流有效值取1.110/2總0.9(A)URM1.1V2U2急21(V)我們可以選擇額定電流為1A,反向耐壓為1000V的二極管組1B4B42。3、濾波電路的選擇與設(shè)計濾波電路的原理圖如圖4所示。T-圖4濾波電路原理圖當U2處于正半周并且數(shù)值上U2Uc時，VD1、VD3導(dǎo)通，電路一路流經(jīng)RL,另一路對C充電。理想情況下，Uc(Uo=U2,如曲線ab段。

9、當U2上升到峰值后開始下降，C通過RL放電，Ucl,但Uc=U2,如曲線bc段。當U2下降到一定數(shù)值后，Uc下降速度小于u2的下降速度，使U2Uc時，VD2，VD4正偏導(dǎo)通，U2再次對C充電，Uc上升到U2的峰值后又下降；下降到一定數(shù)值時VD2、VD4截止，C對RL放電，U2按指數(shù)規(guī)律下降；放電到一定數(shù)值時VD1、VD3導(dǎo)通，重復(fù)上述過程?？梢?，濾波后的輸出電壓變得平滑，且平均值提高了。濾波后的波形圖如圖5所示。g圖5(b理想情況下的波形(c考慮整流電路內(nèi)阻時的波形元器件的選擇及參數(shù)的確定放電時間越慢，輸出電壓越平滑，其平均值UO越大。為了獲得良好的濾波效果，一般取2二二:，式中T為交流電源的

10、周期,T=0.02s。則電容容量二二-:二-1:：二二:-罔址：電容的耐壓值匚-T-i巴-為減小紋波電壓，故本次實驗取Ci=10000F，U=25V的電解電容。調(diào)整管的選擇在串聯(lián)型穩(wěn)壓電路中，調(diào)整管是核心元件，它的安全工作是電路正常工作的保證。調(diào)整管常為大功率管，因而選用原則與功率放大電路中的功率管相同，主要考慮其極限參數(shù)ICM，U(brceo和Pcm。調(diào)整管極限參數(shù)的確定，必須考慮到輸入電壓由于電網(wǎng)電壓波動而產(chǎn)生的變化，以及輸出電壓的調(diào)節(jié)和負載電流的變化所產(chǎn)生的影響。最大集電極電流Dm&=2沖最大管壓降U(br)ceo1-1-“加=l.lXl-3=13.5(F)最大耗散功率Pcm-嘰J=2X

11、13.5=37(IT)實際中，不但要考慮一定的余量，還應(yīng)按手冊規(guī)定采取散熱措施。本次實驗應(yīng)選大功率放大管TIS92。穩(wěn)壓電路的選擇與設(shè)計由于整流濾波電路輸出電壓會隨著電網(wǎng)電壓的波動而波動，隨著負載電阻的變化而變化。為了獲得穩(wěn)定性好的直流電壓，必須采取穩(wěn)壓措施。穩(wěn)壓電路采用一個具有放大環(huán)節(jié)的基本串聯(lián)型穩(wěn)壓電路加一個截流型過流保護電路，如圖6所示。_墓準電壓0_圖6穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路的工作原理：當由于某種原因如電網(wǎng)電壓波動或負載電阻的變化等）使輸出電壓升高降低）時，采樣電阻將這一變化趨勢送到A的方向輸入端，并與同相輸入端電位Uz進行比較放大；A的輸出電壓，即調(diào)整管的的基極電位降低升高）；因為電路采用

12、射極輸出形式，所以輸出電壓Uo必然降低升高），從而使Uo得到穩(wěn)定?？珊喪鋈缦拢篣Ot-UNt-UB|fUOIUO|-UNI-UBt-UO可見，電路是靠引入深度電壓負反饋來穩(wěn)定輸出電壓的。輸出電壓調(diào)節(jié)范圍為圖7部分電路圖Ri+Rg+珀.元器件的選擇與參數(shù)的確定Q1TIS9ZN47-3-5A門呼S5RIK.-5R1-過流保護電路由Q2與R2組成。由于限流為2A。愍=0.7V-S-2A=0.351因為輸出電流超出2A,保護啟動，因此在電路中R2應(yīng)取略小于實際計算值，所以R2取0.34Q。穩(wěn)壓管選擇了1N4735A其UZ=6.2V(穩(wěn)壓管在6V左右，受零漂影響很小,所以輸出電壓y0=U2*(1.9Q+

13、3.1Q/310=10V然后經(jīng)過R5，R6，R7分壓后，可得到三個輸出端A端輸出3V；B端輸出5V；C端輸出10V)。其中：iii=1.5H/(2.5-F1+10V=3Vu2=(1-F1.5)Q/(2.5-F1+10V巾=%=10V為了使輸出電壓更穩(wěn)定，輸出紋波更小，需要對輸出端進行再次濾波，可在輸出端接一個1uf的電解電容，這樣電源不容易受到負載的干擾得電源的性質(zhì)更好，電壓更穩(wěn)定。本次設(shè)計實驗總電路圖如圖8所示。訶；.:rfci-TBflCuFKL:71GI.無.一1L胃申5-Al-R51.S1?-4-Nor.|Auito|Mon圖113V電壓輸出波形圖4、如圖12仿真為輸出為5V電壓的輸出

14、端波形，結(jié)果如下：將萬用表的正極端接電路的B端，將負極端接入電路的地端，然后將示波器的A端接入電路圖的B端或者地端與萬用表的連線，將示波器的接地端一定要接入電路圖的地端或者地端與萬用表的連線。Oscilloscope-XSC2圖125V電壓輸出波形圖5、如圖13仿真為輸出為10V電壓的輸出端波形，結(jié)果如下：將萬用表的正極端接電路的C端，將負極端接入電路的地端，然后將示波器的A端接入電路圖的地端或者地端與萬用表的連線。OscqIIoscopc-XC2圖1310V電壓輸出波形圖6、用萬用表測量三端分別輸出3V,5V,10V的電壓圖如14、15、16所示。圖143V電壓輸出圖圖155V電壓輸出圖圖1

15、610V電壓輸出圖萬用表測量三端分別輸出3V,5V,10V的電壓圖，在誤差允許范圍內(nèi)，設(shè)計達到要求。7、用萬用表測量總電路輸出紋波電壓圖、輸出電流圖如圖17、18所示。Ajtim-eter-X,Mukimeter-X.圖17輸出紋波電壓圖圖18輸出電流圖萬用表測量總電路輸出電壓圖和紋波電壓圖，在誤差允許范圍內(nèi)，設(shè)計達到要求。3.3PCB版電路制作對protel的介紹：Protel99SE共分5個模塊，分別是原理圖設(shè)計、PCB設(shè)計、自動布線器、原理圖混合信號仿真、PLD設(shè)計。在protel中,：要找到合適的原件進行放置，并且要注意版面的安排。特別是Q2的處理，要選擇最合適的方向，按度數(shù)不能轉(zhuǎn)換時

16、，要記得進行X、Y軸的轉(zhuǎn)化，用單擊左鍵選中+X或者Y來改變）：仔細認真的進行連線，首先進行臨近原件的連線，最后進行全部的連線。：單擊右鍵點ERC進行電氣規(guī)劃檢查。：對圖里的原件進行封裝：如變壓器封裝為DIP4，注意按照變壓器的形狀選擇；運算放大器的封裝為SIP5，穩(wěn)壓管的封裝一定要將他的AK兩端改為1、2兩端。：在Design里面的CreatNetlist里建立網(wǎng)絡(luò)表。部分圖如圖19所示。LA1SIP5LM3S4AJ111igi-i11-H1CMffl31_11utt；rdJDeDIODEU.4ZEKER1Q2VE4TIS92LF2AXIALO.30.343LRE.6SBOOufJrDIF4B

17、RIDGE!QiVF4NFKFlIkJ?3AKIALO.32圖19網(wǎng)絡(luò)表：在pcbl.pcb里下載網(wǎng)絡(luò)表，然后先選擇Browse再選擇其中的S,然后觀察其中的錯誤，直至改到?jīng)]有錯誤，我在這一步主要是開始封裝電橋和穩(wěn)壓管時忘記改變其管腳順序，沒有讓它保持一致導(dǎo)致出了多次錯誤。改錯完后，完全正確后點擊Execute。：PCB里面出現(xiàn)了重疊的一小堆綠色的小東西，選擇Tools里面的AutoPlacement里面的AutoPlacer進行自動布局。：如果覺得自己的圖安排不好可以自己進行手動布局。：自動布完局之后再View里找到Toolbar里找到PlacementTools彈出畫圖工具欄，找到第一個畫

18、范圍的符號，在KeepOutLayer里選出一塊可以包含自己所有原件的框圖。：選擇AutoRoute里的All進行自動布線。如果要求很高時，可以手動布線。圖20Protel原理圖rm圖21PCB制版十總結(jié)及心得一學(xué)期的模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)課程結(jié)束了，在這僅有兩周的課程設(shè)計中，我發(fā)現(xiàn)了許多的問題。發(fā)現(xiàn)自己對這門課的理論知識的理解還不是很深。經(jīng)過兩周的時間，算是基本完成了設(shè)計。因為是第一次接觸課程設(shè)計，很多地方都不了解，在制作過程中，出現(xiàn)了許多問題。后來經(jīng)過上網(wǎng)和去圖書館查閱資料以及老師、同學(xué)的幫助，才懂得了集成直流穩(wěn)壓電源的工作原理以及它的要求和性能指標。這次課程設(shè)計給我?guī)砹撕艽蟮氖斋@，也讓我學(xué)到

19、了很多，不僅掌握了簡單的電子電路的設(shè)計與制作，也掌握了一些芯片的原理與作用。在制作電路時，我了解到對于課程原理的理解是十分重要的。只有深入的理解直流穩(wěn)壓電源的原理，才能準確的明確電路中各個元器件之間的作用與相互關(guān)系，才能準確的應(yīng)用公式推算出每個元器件的參數(shù)，從而才能準確的選出與之相應(yīng)的型號。在用multisim與Protel制作電路時，我是先將所需的各個元器件都放置在面板上，排好位置再進行接線，我覺得這樣有利于檢查與校對。在電路設(shè)計中，我覺得電路檢查是非常重要的一步，從中我們可以學(xué)到很多東西，可以提高自己發(fā)現(xiàn)問題解決問題的能力，使自己的動手能力有一定的提高。經(jīng)過這次課程設(shè)計，可以說是受益匪淺，既培養(yǎng)了我們綜合應(yīng)用課本理論解決實際問題的能力，和實際聯(lián)系起來，也比較清楚地認識到自己掌握這方面知識的程度，要繼續(xù)加強動手能力，思考能力。有了這一次的設(shè)計，我相信對以后的課程設(shè)計、畢業(yè)論文以及畢業(yè)答辯等都有很大的幫。十一附錄5.1總電路中所用的元器件表，如表4所示兀件編號元件數(shù)量U交流電源220V/50HZ1T變壓器NLT_PQ_4_101D1D4二極管組1B4B421C1電解電容100001C2普通電容1uF1Qi三極管TIS922U1A放大器LM324AJ1D2穩(wěn)壓管1N4735A1R1電阻1KQ