直流可變穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)

1、 課 程 設(shè) 計(jì)課 程 電子技術(shù)課程設(shè)計(jì) 題 目 直流可變穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì) 東北石油大學(xué)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)課程 電 子 技 術(shù) 課 程 設(shè) 計(jì) 題目 直流可變穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì) 專(zhuān)業(yè) 自動(dòng)化 姓名 學(xué)號(hào) 主要內(nèi)容：根據(jù)設(shè)計(jì)要求，運(yùn)用所學(xué)的模擬電子技術(shù)及電路根底等知識(shí)，自行設(shè)計(jì)一種可以供給直流并且可以改變電壓的穩(wěn)壓電源。根本要求：在輸入電壓為220，50Hz. 電壓變化范圍為-10%+10%條件下；17.51V,+12V,+9V,+5V,-5V；最大輸出電流為:Iomax500mA；紋波電壓(峰-峰值) 5mV(最低輸入電壓下，滿(mǎn)載)；具有過(guò)流保護(hù)及短路保護(hù)功能；主要參考資料：1 ?實(shí)用電子電路手冊(cè)數(shù)字電

2、路分冊(cè)?.北京:高等教育出版社,1991 2 郁漢琪.數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)及課題設(shè)計(jì). 北京:高等教育出版社,19953 康華光.電子技術(shù)根底:模擬局部. 北京:高等教育出版社,1988完成期限 指導(dǎo)教師 專(zhuān)業(yè)負(fù)責(zé)人 目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc173744704 1 任務(wù)和要求 PAGEREF _Toc173744704 h 1 HYPERLINK l _Toc173744705 2 總體方案設(shè)計(jì)與選擇 PAGEREF _Toc173744705 h 1 HYPERLINK l _Toc173744709 3 電路總原理框圖設(shè)計(jì)1 HYPERLINK

3、l _Toc173744710 4 單元電路設(shè)計(jì)2 HYPERLINK l _Toc173744711 4.1 電源變壓器2 HYPERLINK l _Toc173744712 4.2 整流電路3 HYPERLINK l _Toc173744713 濾波電路 PAGEREF _Toc173744713 h 5 HYPERLINK l _Toc173744714 4.4 穩(wěn)壓電路7 4.5 數(shù)字電壓顯示.9 HYPERLINK l _Toc173744716 5 單元電路的級(jí)聯(lián)設(shè)計(jì)10 HYPERLINK l _Toc173744717 6 設(shè)計(jì)總結(jié)10 HYPERLINK l _Toc1737

4、44718 參考文獻(xiàn)11 HYPERLINK l _Toc173744719 附 錄 PAGEREF _Toc173744719 h 11 任務(wù)和要求(1)任務(wù)：設(shè)計(jì)一種可以供給直流并且可以改變電壓的穩(wěn)壓電源(2)直流可變穩(wěn)壓電源性能要求在輸入電壓為220，50Hz. 電壓變化范圍為-10%+10%條件下；17.51V,+12V,+9V,+5V,-5V；最大輸出電流為:Iomax500mA；紋波電壓(峰-峰值) 5mV(最低輸入電壓下，滿(mǎn)載)；具有過(guò)流保護(hù)及短路保護(hù)功能；2 總體方案設(shè)計(jì)與選擇方案一：簡(jiǎn)單的并聯(lián)型穩(wěn)壓電源并聯(lián)型穩(wěn)壓電源的調(diào)整元件與負(fù)載并聯(lián)，因而具有極低的輸出電阻，動(dòng)態(tài)特性好，電

5、路簡(jiǎn)單，并具有自動(dòng)保護(hù)功能；負(fù)載短路時(shí)調(diào)整管截止，可靠性高，但效率低，尤其是在小電流時(shí)調(diào)整管需承受很大的電流，損耗過(guò)大，因此在本實(shí)驗(yàn)中不適合此方案。方案二：由固定式三端穩(wěn)壓器LM317,7812,7809,7805組成由固定式三端穩(wěn)壓器LM317,7812,7809,7805輸出腳V0、輸入腳Vi和接地腳GND組成，LM317是可調(diào)電壓穩(wěn)壓芯片，7805，7809，7812，7905那么屬于CW78*,CW79*系列的穩(wěn)壓器，輸入端接電容可以進(jìn)一步濾波，輸出端接電容可以改善負(fù)載的瞬間影響，此電路比擬穩(wěn)定。根據(jù)后者是集成模塊，前者是分立元件；后者穩(wěn)壓電壓、功率是按標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的，特定的。前者可以是非

6、標(biāo)的，及其穩(wěn)定性、損耗、效率等要求，本實(shí)驗(yàn)采用方案二。3 電路總原理框圖設(shè)計(jì)直流穩(wěn)壓電源一般由電源變壓器T、整流、濾波電路及穩(wěn)壓電路所組成，根本框圖如圖1所示圖3電路根本總原理框圖4 單元電路設(shè)計(jì)在電子電路中，通常都需要電壓穩(wěn)定的直流電源供電。本次課程設(shè)計(jì)的穩(wěn)壓源是小功率穩(wěn)壓源，它由電源變壓器，整流，濾波和穩(wěn)壓電路等四局部組成。各局部的介紹如下：電源變壓器變壓器的功能說(shuō)明電源變壓器T的作用是將電網(wǎng)U1=220v，頻率為50hz的交流電壓變換成整流濾波電路所需要的交流電壓U2,變壓器的功率比為P2/P1=，始終為變壓器的效率。一般小型變壓器的效率如表1所示：表1 小型變壓器的效率 副邊功率 效率

7、因此，當(dāng)算出了副邊功率后，就可以根據(jù)上表算出原邊功率。并且設(shè)計(jì)選用TS_POWER_10_TO_1變壓器。設(shè)計(jì)的參數(shù)驗(yàn)證仿真電路和仿真結(jié)果如圖圖.1仿真電路圖.2仿真結(jié)果理論值與仿真結(jié)果的比擬理論值：U2=U1/10=220/10=22V, u2vpp=31.1V,Multisim仿真所得波形如圖.2所示，仿真值U2u2vpp=整流電路整流電路的功能說(shuō)明整流電路有多種方式：常用的有單相半波整流，單相橋式整流。單相半波整流電路簡(jiǎn)單易行，所用二極管數(shù)目最少。但是它只利用了交流電壓的半個(gè)周期，所以輸出電壓很低，交流分量很大即脈動(dòng)大，效率低，因此本設(shè)計(jì)采用單相橋式整流電路。在穩(wěn)壓電源中一般用四個(gè)二極管

8、組成橋式整流電路，在橋式整流電路中，二極管D1，D3和D2，D4是兩兩輪流導(dǎo)通的，所以流經(jīng)每個(gè)二極管的平均電流為: 3-2-1每只整流二極管承受的最大反向電壓為： 3-2-2一般電網(wǎng)電壓波動(dòng)范圍為10%。實(shí)際上選用的二極管的最大整流電流和最高反向電壓應(yīng)留有大于10%的余量。橋式整流電路的優(yōu)點(diǎn)是輸出電壓高，紋波電壓小，管子所承受的最大反向電壓較低，同時(shí)因電源變壓器在正，負(fù)半周內(nèi)都有電流供給負(fù)載，電源變壓器得到了充分的利用，效率較高。整流電路的作用是將交流電壓u2變換成脈動(dòng)的直流電壓u3。濾波電路一般由電容組成，其作用是把脈動(dòng)直流電壓u3中的大局部紋波 加以濾除，以得到較平滑的直流電壓UI。由于本

9、設(shè)計(jì)需要用到正負(fù)電壓，因此將線圈的中心接地。從而輕易的得到需要的正負(fù)電壓。整流電路的功能仿真仿真電路及仿真結(jié)果如下圖.2圖.1仿真電路圖.2仿真結(jié)果理論值與仿真結(jié)果的比擬理論值計(jì)算： 實(shí)際仿真值：U3AV二極管的選?。涸趩尉€橋式整流電路中，每只二極管所承受的最大反向電壓為： 流過(guò)每只二極管的平均電流為：假設(shè)考慮電網(wǎng)電壓的波動(dòng)范圍為50%，在選擇二極管時(shí)：最大整流電流I1.5*IDRM.濾波電路濾波電路的功能說(shuō)明 濾波電路用于濾去整流輸出電壓中的紋波，一般由電抗元件組成。濾波電路的形式很多，為了掌握它的分析規(guī)律，把它分為電容輸入式和電感輸入式。前一種濾波電路多用于小功率電源中，而后一種濾波電路多

10、用于較大功率電源中。所以本設(shè)計(jì)中采用電容輸入式濾波電路。 在表達(dá)式4-2-2中電阻R為整流濾波電路的負(fù)載電阻，它為電容C提供放電回路，RC放電時(shí)間常數(shù)應(yīng)滿(mǎn)足 RC 35T/2 4-3-1式中T為50HZ交流電壓的周期，及20ms。整流電路的功能驗(yàn)證濾波的電路如圖.1所示，濾波后的波形如下圖。圖.1濾波的電路圖.2濾波后的波形4.3.3理論值與仿真結(jié)果的比擬理論值：當(dāng)負(fù)載開(kāi)路時(shí)，即RL=時(shí)U4AV= 假設(shè)RL取10uf那么取RL=100仿真波形如下圖濾波效果并不明顯假設(shè)取 時(shí)由圖可以看出濾波后的電壓脈動(dòng)明顯減小并且平均值得到很大提高?？紤]到電網(wǎng)電壓的波動(dòng)范圍電容的耐壓值應(yīng)大于。在半波整流中為獲得

11、較好的濾波效果，電容容量應(yīng)選的大一些，本設(shè)計(jì)采用100uf的電容足以滿(mǎn)足需要。濾波電路及濾波后的波形如圖.2所示參數(shù)選取為了獲得比擬好的濾波效果，在設(shè)計(jì)中應(yīng)選取濾波電容的容量滿(mǎn)足RC=(35)T/2的條件。其中：T = 20ms是50Hz交流電壓的周期。穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路的功能說(shuō)明穩(wěn)壓電路的作用是當(dāng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)，負(fù)載和溫度變化時(shí)，維持輸出直流電壓穩(wěn)定。 電路采用三端集成穩(wěn)壓器電路方案，電路原理圖如圖4所示。其中IC為三端集成穩(wěn)壓器。晶體管T，阻R3，和電容器C組成軟啟動(dòng)電路。電阻R4和二極管D組成電壓補(bǔ)償電路。電容C2為輸出濾波電容。三端集成穩(wěn)壓器LM317及其調(diào)壓原理。圖4中IC采用了LM31

12、7系列三端集成穩(wěn)壓器，其輸出電壓調(diào)節(jié)范圍可達(dá)1.2537 V，輸出電流可達(dá)1.5 A，內(nèi)部帶有過(guò)載保護(hù)電路，具有穩(wěn)壓精度高、工作可靠等特點(diǎn)。其輸出電壓的調(diào)節(jié)原理如圖5所示。由于LM317的2，3腳之間的電壓U32為一穩(wěn)定的基準(zhǔn)電壓(1.25 V)，故有：其中，R1為固定電阻，故調(diào)節(jié)R2可以調(diào)節(jié)輸出電壓UO，并且UO的最小值為1.25 V。圖.1輸出電壓可調(diào)的直流穩(wěn)壓電源電路原理圖實(shí)際電路與上圖有一點(diǎn)區(qū)別，不過(guò)原理都是一樣。4.4.2二極管穩(wěn)壓電路和串聯(lián)型穩(wěn)壓電路由穩(wěn)壓管和限流電阻組成的穩(wěn)壓電路是一種最簡(jiǎn)單的直流穩(wěn)壓電源，如下圖.1所示：圖.1它利用穩(wěn)壓管所起的電流調(diào)試作用，通過(guò)限流電阻上電壓或

13、電流的變化進(jìn)行補(bǔ)償，來(lái)到達(dá)穩(wěn)壓的目的。但是穩(wěn)壓管輸出電流小，輸出電壓不可調(diào)，不能滿(mǎn)足很多場(chǎng)合的需要。串聯(lián)型穩(wěn)壓電路以穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路為根底，利用晶體管的電流放大作用，增大反應(yīng)電流，在電路中引入負(fù)反應(yīng)是輸出電壓更加穩(wěn)定，并且通過(guò)改變反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)使輸出電壓可調(diào)。電路如圖.2所示圖.2LM317 的工作原理本設(shè)計(jì)采用的是集成穩(wěn)壓器LM317， LM317作為輸出電壓可變的集成三端穩(wěn)壓塊，是一種使用方便、應(yīng)用廣泛的集成穩(wěn)壓塊。317系列穩(wěn)壓塊的型號(hào)很多：例如LM317HVH、W317L等。電子愛(ài)好者經(jīng)常用317穩(wěn)壓塊制作輸出電壓可變的穩(wěn)壓電源。穩(wěn)壓電源的輸出電壓可用下式計(jì)算，Vo1.251R2/R1。僅

14、僅從公式本身看，R1、R2的電阻值可以隨意設(shè)定。然而作為穩(wěn)壓電源的輸出電壓計(jì)算公式，R1和R2的阻值是不能隨意設(shè)定的。317穩(wěn)壓塊的輸出電壓變化范圍是Vo1.25V37V高輸出電壓的317穩(wěn)壓塊如LM317HVA、LM317HVK等，其輸出電壓變化范圍是Vo1.25V45V，所以R2/R1的比值范圍只能是028.6。在應(yīng)用中，為了電路的穩(wěn)定工作，在一般情況下，還需要接二極管作為保護(hù)電路，防止電路中的電容放電時(shí)的高壓把317燒壞。數(shù)字電壓顯示LED/LED顯示A/D轉(zhuǎn)換器。ICL7107是高性能、低功耗的三位半A/D轉(zhuǎn)換電路。它包含有七段譯碼器、顯示驅(qū)動(dòng)、參考源和時(shí)鐘系統(tǒng)。ICL7107可直接驅(qū)

15、動(dòng)發(fā)光二極管LED。采用兩個(gè)MAN6710數(shù)碼管進(jìn)行數(shù)字電壓顯示。在本電路中，數(shù)字電壓顯示表接在可變電壓輸出端，可以直接讀出所調(diào)電壓的值，節(jié)省了再利用萬(wàn)用表測(cè)量電壓的過(guò)程。它方便、簡(jiǎn)潔，而且具有廣泛的利用面。圖3 LM7107外形5 單元電路的級(jí)聯(lián)設(shè)計(jì)將電源變壓器，整流，濾波和穩(wěn)壓電路依照?qǐng)D3所示的順序，采用直接耦合的方式連接，就構(gòu)成了完整的直流可變穩(wěn)壓電源的原理圖，如附錄圖1所示。6 設(shè)計(jì)總結(jié)通過(guò)為期一周的課程設(shè)計(jì)，我深刻體會(huì)到了自己知識(shí)的匱乏。我深深的感覺(jué)到自己知識(shí)的缺乏，自己原來(lái)所學(xué)的東西只是一個(gè)外表性的，理論性的，而且是理想化的。根本不知道在現(xiàn)實(shí)中還存在有很多問(wèn)題。真正的能將自己的所學(xué)

16、知識(shí)轉(zhuǎn)化為實(shí)際所用才是最大的收獲，也就是說(shuō)真正的能夠做到學(xué)為所用才是更主要的。設(shè)計(jì)一個(gè)很簡(jiǎn)單的電路，所要考慮的問(wèn)題，要比考試的時(shí)候考慮的多的多。 本設(shè)計(jì)主要利用電源變壓器、整流二極管、濾波電容及集成穩(wěn)壓器可調(diào)式來(lái)設(shè)計(jì)同時(shí)輸出5V，9V，12V電壓直流穩(wěn)壓電源和可變電壓輸出電源。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用元器件較少；系統(tǒng)的可靠性好，其精度高，本錢(qián)低，便于維修，且可作為一個(gè)獨(dú)立的模塊為其他電子設(shè)備提供電能。在本設(shè)計(jì)中還利用了LM7107作為模數(shù)轉(zhuǎn)換器，對(duì)LM317調(diào)出來(lái)的電壓進(jìn)行測(cè)量。由于現(xiàn)在的集成芯片的集成度都很高，整個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換的電路都很簡(jiǎn)單，主要由一片LM7107和兩個(gè)MAN6710數(shù)碼管組成。它可以對(duì)

17、人們所需電壓進(jìn)行直接觀察、調(diào)變，這樣就節(jié)省了調(diào)電壓和測(cè)電壓之間的很多過(guò)程，而且它可以在一定范圍內(nèi)變動(dòng)電壓，擁有很廣泛的實(shí)際用途?？傊?，通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，不僅使我對(duì)所學(xué)過(guò)的知識(shí)有了一個(gè)新的認(rèn)識(shí)。而且提高了我考慮問(wèn)題，分析問(wèn)題的全面性以及動(dòng)手操作能力。使我的綜合能力有了一個(gè)很大的提高。參考文獻(xiàn)1 ?實(shí)用電子電路手冊(cè)數(shù)字電路分冊(cè)?.北京:高等教育出版社,19912 康華光.電子技術(shù)根底:模擬局部. 北京:高等教育出版社,19883 郁漢琪.數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)及課題設(shè)計(jì). 北京:高等教育出版社,1995附 錄一、設(shè)計(jì)電路圖1設(shè)計(jì)電路二、三端穩(wěn)壓器的外形和方框圖三、三端穩(wěn)壓器的簡(jiǎn)介三端穩(wěn)壓器，主要有兩種，

18、一種輸出電壓是固定的，稱(chēng)為固定輸出三端穩(wěn)壓器，另一種輸出電壓是可調(diào)的，稱(chēng)為可調(diào)輸出三端穩(wěn)太器，其根本原理相同，均采用 HYPERLINK :/baike.baidu /view/1544753.htm t _blank 串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。在線性集成穩(wěn)壓器中，由于三端穩(wěn)壓器只有三個(gè)引出端子，具有外接元件少，使用方便，性能穩(wěn)定，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，因而得到廣泛應(yīng)用。固定三端穩(wěn)壓器的類(lèi)別三端穩(wěn)壓器的通用產(chǎn)品有78系列下電源和79系列負(fù)電源，輸出電壓由具體型號(hào)中的后面兩個(gè)數(shù)字代表，有5V，6V，8V，9V，12V，15V，18V，24V等檔次。輸出電流以78或79后面加字母來(lái)區(qū)分L表示0.1；AM表示0.5

19、A，無(wú)字母表示1.5A，如78L05表求5V 0.1A。三端可調(diào)電壓穩(wěn)壓器 1主要特點(diǎn)：三端可調(diào)電壓穩(wěn)壓器可分為正壓輸出和負(fù)壓輸出兩種。 使用方便，只需外接兩個(gè)電阻就可以在一定范圍內(nèi)確定輸出電壓。 各項(xiàng)性能指標(biāo)都優(yōu)于三端固定電壓成穩(wěn)壓器。 具有全過(guò)載保護(hù)功能，包括限電流、過(guò)熱和平安穩(wěn)壓器區(qū)域的保護(hù)。即使調(diào)節(jié)端懸空，所有的保護(hù)電路依然有效。 總之，三端可調(diào)電壓穩(wěn)壓器是一種使用方便、應(yīng)用廣泛的穩(wěn)壓集成電路。四、三端穩(wěn)壓器使用考前須知在使用時(shí)必須注意：(VI)和(Vo)之間的關(guān)系，以7805為例，該三端穩(wěn)壓器的固定輸出電壓是5V，而輸入電壓至少大于7V，這樣輸入/輸出之間有23V及以上的壓差。使調(diào)整

20、管保證工作在放大區(qū)。但壓差取得大時(shí)，又會(huì)增加集成塊的功耗，所以，兩者應(yīng)兼顧，即既保證在最大負(fù)載電流時(shí)調(diào)整管不進(jìn)入飽和，又不致于功耗偏大。另外一般在三端穩(wěn)壓器的輸入輸出端接一個(gè)二極管，用來(lái)防止輸入端短路時(shí),輸出端存儲(chǔ)的電荷通過(guò)穩(wěn)壓器,而損壞器件。五、三端穩(wěn)壓器用途及常見(jiàn)型號(hào)一般穩(wěn)壓管和穩(wěn)壓三級(jí)管的用途是一樣的，都用于控制板電路的穩(wěn)壓以便使電壓過(guò)高燒毀電路。電子產(chǎn)品中常見(jiàn)到的三端 穩(wěn)壓 集成電路有正電壓輸出的78 系列和負(fù)電壓輸出的79系列。故名思義，三端IC是指這種穩(wěn)壓用的集成電路 只有三條 引腳輸出，分別是輸入端、 接地端 和 輸出端。它的樣子象是普通的三極管，TO- 220 的標(biāo)準(zhǔn)封裝，也有9013樣子電子產(chǎn)品中常見(jiàn)到的三端 穩(wěn)壓 集成電路有正電壓輸出的78 系列和負(fù)電壓輸出的79系列。故名思義，三端IC是指這種穩(wěn)壓用的集成電路 只有三條 引腳輸出，分別是輸入端、 接地端 和 輸出端。它的樣子象是普通的三極管，TO- 220 的標(biāo)準(zhǔn)封裝，也有9013樣子的TO-92 封裝。 用 78/79系列三端穩(wěn)壓IC 來(lái)組成穩(wěn)壓電源所需的外圍元件極少，電路內(nèi)部還有過(guò)流、過(guò)熱及調(diào)整管的保護(hù)電路，使用起來(lái)可靠 、方便 ，而且價(jià)格廉價(jià)。該系列集成穩(wěn)壓IC型號(hào)中的78或79后面的數(shù)字代表該三端集成穩(wěn)壓電路的輸出電壓，如7806表示輸出電壓為正6V，7909