直流穩(wěn)定電源設(shè)計(jì)制作人某某題目直流穩(wěn)定電源的設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)

直流穩(wěn)定電源設(shè)計(jì)制作人:某某題目：直流穩(wěn)定電源的設(shè)計(jì)一、任務(wù)：設(shè)計(jì)并制作交流變換為直流的穩(wěn)定電源。二、要求：1．基本要求（1）穩(wěn)壓電源在輸入電壓220V、50Hz、電壓變化范圍+15%?―20%條件下：a.輸出電壓可調(diào)范圍為+9V?+12Vb.最大輸出電流為L(zhǎng)5Ac.電壓調(diào)整率0.2%（輸入電壓220V變化范圍+15%?－20%下，空載到滿載）d.負(fù)載調(diào)整率1%（最低輸入電壓下，滿載）e.紋波電壓（峰-峰值）5mV（最低輸入電壓下，滿載）f.效率40%（輸出電壓9V、輸入電壓220V下，滿載）g.具有過流及短路保護(hù)功能（2）穩(wěn)流電源在輸入電壓固定為+12V的條件下：a.輸出電流：4?20mA可調(diào)b.負(fù)載調(diào)整率1%（輸入電壓+12V、負(fù)載電阻由200?300變化時(shí)，輸出電流為20mA時(shí)的相對(duì)變化率）（3）DC-DC變換器在輸入電壓為+9V?+12V條件下：a.輸出電壓為+100V,輸出電流為10mAb.電壓調(diào)整率1%（輸入電壓變化范圍+9V?+12V）c.負(fù)載調(diào)整率1%（輸入電壓+12V下，空載到滿載）d.紋波電壓（峰-峰值）100mV（輸入電壓+9V下，滿載）2.發(fā)揮部分（1）擴(kuò)充功能a.排除短路故障后，自動(dòng)恢復(fù)為正常狀態(tài)b.過熱保護(hù)c.防止開、關(guān)機(jī)時(shí)產(chǎn)生的過沖（2）提高穩(wěn)壓電源的技術(shù)指標(biāo)a.提高電壓調(diào)整率和負(fù)載調(diào)整率b.擴(kuò)大輸出電壓調(diào)節(jié)范圍和提高最大輸出電流值（3）改善DC-DC變換器a.提高效率（在100V、100mA下）b.提高輸出電壓（4）用數(shù)字顯示輸出電壓和輸出電流.三，穩(wěn)壓電源的研究背景本電源在市場(chǎng)上很有應(yīng)用前景，可以作為收音機(jī)或掌機(jī)的外接電源，也可以用作手機(jī)電池的充電器，功率高點(diǎn)的還作為小型電視或其他家用電器的電源。直流穩(wěn)壓電源是電子技術(shù)常用的儀器之一，它現(xiàn)在廣泛的應(yīng)用在學(xué)校教學(xué)，科學(xué)研究等領(lǐng)域，是電子設(shè)計(jì)人員進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作和科學(xué)研究必不可少的電子儀器。在日常的電子電路中，供電電源常常要用到穩(wěn)壓直流電源。所以，穩(wěn)壓直流電源具有非常重要的研究意義。在日常生活中，很多家用電器或者產(chǎn)品都要用到穩(wěn)壓直流電源供電。但是在實(shí)際生活中，我們的家庭用電都是用到的交流電網(wǎng)。這就需要通過變壓，整流，濾波，穩(wěn)壓電路來將交流電轉(zhuǎn)換成穩(wěn)壓的直流電，供家用電器使用。變壓器可以將的交流電轉(zhuǎn)換成適合用電器的低壓交流電。整流器由二極管組成，用于濾去整流輸出電壓中的紋波。四、課題的設(shè)計(jì).■■■■■■■本系統(tǒng)利用的穩(wěn)壓及其電壓可調(diào)的功能，通過旋轉(zhuǎn)接在調(diào)整腳的電位器，實(shí)現(xiàn)輸出電壓在內(nèi)連續(xù)可調(diào)，調(diào)整精度較高。的電壓調(diào)整電路圖如圖所示。R1R1220RRV1POT的3電1壓7調(diào)整原理電路圖如圖所示，通過調(diào)整可調(diào)電阻的阻值，就可以調(diào)整輸出電壓的大小。所以，如果希望調(diào)整的精度高，可調(diào)電阻的調(diào)整精度也要高。.方案的設(shè)計(jì)思路：a輸出電壓調(diào)節(jié)范圍的制定（經(jīng)小組協(xié)商確定其調(diào)節(jié)范圍為至）v利用集成穩(wěn)壓芯片為核4，通過變壓器之后整流濾波再穩(wěn)壓輸出穩(wěn)定的直流電。再用數(shù)字顯示電壓表頭（內(nèi)含芯片），表頭的供電也是用制作的穩(wěn)壓電源提供。方案系統(tǒng)框圖如圖3所示。圖3方案三系統(tǒng)框圖芯片的選擇理由1是7可調(diào)節(jié)三端正電穩(wěn)壓器，在輸出電壓的范圍是的時(shí)候能夠提供超過的電流，此穩(wěn)壓器非常容易使用，只要兩個(gè)外部電阻來設(shè)置輸出電壓。此外，還使用內(nèi)部限流，熱關(guān)斷和安全工作區(qū)補(bǔ)償從而使之能防止燒斷保險(xiǎn)絲。是應(yīng)用很廣泛的集成電路之一。它不僅能構(gòu)成三端穩(wěn)壓電路的最簡(jiǎn)單形式，同時(shí)輸出電壓具有可調(diào)的功能。此外，它還有眾多的優(yōu)點(diǎn)，例如，調(diào)壓范圍寬，穩(wěn)壓性能好，噪聲低，紋波抑制比高。它的主要性能參數(shù)如下：TOC\o"1-5"\h\z輸出電壓：3輸出電流：1保護(hù)電路：芯片內(nèi)部有過熱，過流，短路保護(hù)電路；最大輸入輸出電壓差：；最小輸入輸出電壓差：b整流，濾波，穩(wěn)壓，保護(hù)，變換，穩(wěn)流，表頭供電等電路的設(shè)計(jì)C）整流電路整流電路的任務(wù)是將交流電變換成直流電。完成這一任務(wù)主要是靠二極管的單向?qū)щ娮饔?，因此二極管是構(gòu)成整流電路的關(guān)鍵元件。在小功率整流電路中，常見的集中整流電路有單相半波、全波、橋式和倍壓整流電路。本設(shè)計(jì)采用單相橋式整流電路。單相橋式整流電路是工程上最常用的單相整流電路。在工作時(shí)，電路中的四只二極管都是作為開關(guān)運(yùn)用，當(dāng)正半周時(shí)，二極管、導(dǎo)通（2截止），在負(fù)載電阻上得到正弦波的正半周；當(dāng)負(fù)半周時(shí)，二極管2導(dǎo)通（、

截止），在負(fù)載電阻上得到正弦波的負(fù)半周。在負(fù)載電阻上正、負(fù)半周經(jīng)過合成，得到的是同一個(gè)方向的單向脈動(dòng)電壓。橋式整流電路原理圖如圖6所示。圖6橋式整流電路原理圖選擇二極管要依據(jù)二極管的反向耐壓和正向電流F由于濾波電容的容量愈大，二極管導(dǎo)通角愈小，通過二極管脈沖電流的幅度愈大，因此，整流管的幅值電流必須加以考慮。流過整流管的平均電流：I1D■-2Ii■IR2IR2■IR1■Iadj■0.01AD分別為式中為穩(wěn)壓器的輸入電流，分別為流過、2以及調(diào)整端的電流，則:考慮到電容充電電流的沖擊，正向電流一般取平均電流的?倍。二極管最大反向電壓:Udmax-2U2-百i式中為電源變壓器次級(jí)電壓有效值，為整流輸出電壓即穩(wěn)壓器輸入電壓。為了保證穩(wěn)壓器穩(wěn)定運(yùn)行，輸入電壓與輸出電壓之差一般在?范圍，取0得：UB1.2U-1.2(U-10)H12B1.2Udmax■i■o■o設(shè)計(jì)時(shí)可考慮一定的余量。根據(jù)計(jì)算，的二極管符合設(shè)計(jì)要求，可以用作整流橋。()濾波電路采用電容濾波電路。由于電容在電路中也是起到儲(chǔ)存能量的作用，并聯(lián)的電容器在電源供給的電壓升高時(shí)，能夠把部分能量?jī)?chǔ)存起來，而當(dāng)電源電壓減低的時(shí)候，就能把能量釋放出來，是負(fù)載電壓比較平滑穩(wěn)定，也就是電容也有平波的作用。電容濾波電路比較簡(jiǎn)單，而且負(fù)載直流電壓比較高，紋波也比較少，適用于負(fù)載電壓較高，負(fù)載變動(dòng)不大的場(chǎng)合，也減輕了電路設(shè)計(jì)和實(shí)際焊接的工作。電容濾波電路原理圖如圖9所示。圖9電容濾波電路經(jīng)過濾波，電路的電壓、電流波形如圖10所示。濾波電解電容的選擇原則是：取其放電時(shí)間常數(shù)大于充電周期的?倍，其耐壓值必須大于脈動(dòng)電壓峰值。對(duì)于橋式整流電路來說，脈動(dòng)電壓峰值為u的充電周期等于交流電源周期的一半，即三，式中為整流后的等效負(fù)載電阻，經(jīng)過考慮，本設(shè)計(jì)取為0設(shè)電容兩端初始電壓為零，并假定時(shí)接通電路，輸入電壓為正半周，當(dāng)由零上升時(shí)，1導(dǎo)通，被充電，同時(shí)電流經(jīng)1向負(fù)載電阻供電。忽略二極管正向壓降和變壓器內(nèi)阻，電容充電時(shí)間常數(shù)近似為零，因此-c在達(dá)到最大值時(shí)，也達(dá)到最大值，然后下降，此時(shí)，>2截止，電容向負(fù)載電阻放電，由于放電時(shí)間常數(shù)T一般較大，電容電壓按指數(shù)規(guī)律緩慢下降，當(dāng)下降到時(shí)，2導(dǎo)通，電容再次被充電，輸出電壓增大，以后重復(fù)上述充放電過程。其輸出電壓波形近似為一鋸齒波直流電壓，使負(fù)載電壓的波動(dòng)大為減小.()穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路是整個(gè)設(shè)計(jì)之中一個(gè)很重要的組成部分，幾乎所有的電子設(shè)備都需要穩(wěn)定的直流電源供電才能正常工作。所以，研究和熟悉穩(wěn)壓電路的組成和設(shè)計(jì)具有非常重要的意義。穩(wěn)壓電路主要用于提供更加穩(wěn)定的直流帶能源。考慮到整流濾波電路的輸出電壓和理想的直流電源還是有相當(dāng)?shù)木嚯x，主要是存在兩方面的問題：第一方面，但負(fù)載電流變化的時(shí)候，因?yàn)檎鳛V波電路存在一定的內(nèi)阻，所以輸出的直流電壓將有可能隨之發(fā)生變化。第二方面，由于電網(wǎng)電壓并不穩(wěn)定，當(dāng)電網(wǎng)電壓發(fā)生波動(dòng)時(shí)，整流電路的輸出電壓直接與變壓器副邊電壓有關(guān)，因此輸出直流電壓也相應(yīng)的發(fā)生變化。因此，在設(shè)計(jì)中，采用三端集成穩(wěn)壓器來實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定電壓的功能。其中，調(diào)整管接在輸入端和輸出端之間。當(dāng)電網(wǎng)電壓或負(fù)載電流波動(dòng)時(shí)，調(diào)整自身的集-射壓降使輸出電壓基本保持不變。放大短路將基準(zhǔn)電壓與從輸出端得到的采樣電壓進(jìn)行比較，然后再放大并送到調(diào)整管的基極。放大倍數(shù)越大，則穩(wěn)定性能越好。由于三端集成穩(wěn)壓器是串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路的一種，而串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路的輸出電壓和基準(zhǔn)電壓成正比，因此，基準(zhǔn)電壓的穩(wěn)定性將直接影響穩(wěn)壓電路的輸出電壓的穩(wěn)定性。采樣電路由兩個(gè)分壓電阻組成，它將輸出電壓變化量的一步份送到放大電路的輸入端。啟動(dòng)電路的作用是在剛接通電流輸入電壓的時(shí)候，是調(diào)整管、放大電路和基準(zhǔn)電源等建立各自的工作電路，而當(dāng)穩(wěn)壓電路正常工作是啟動(dòng)電路被斷開，影響穩(wěn)壓電路的性能。保護(hù)電路主要起到限流保護(hù)，過熱保護(hù)和過壓保護(hù)的作用。穩(wěn)壓部分的電路原理圖如圖11所示。R3200R圖R3200R圖11穩(wěn)壓電路原理圖穩(wěn)壓電源的輸出電壓可用下式計(jì)算：匕.1.25(1BR2)3僅僅從公式本身看，、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，和的阻值是不能隨意設(shè)定的。1腳之間為電壓基準(zhǔn)。為保證穩(wěn)壓器的輸出性能，應(yīng)小于歐姆。改變阻值即可調(diào)整穩(wěn)壓電壓值。5用于保護(hù)。首先穩(wěn)壓塊的輸出電壓變化范圍是=一（高輸出電壓的穩(wěn)壓塊如、等，其輸出電壓變化范圍是o—）V所以的比值范圍只能是一。它的使用非常簡(jiǎn)單，僅需兩個(gè)外接電阻來設(shè)置輸出電壓。此外它的線性調(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。內(nèi)置有過載保護(hù)、安全區(qū)保護(hù)等多種保護(hù)電路。屬于深度負(fù)反饋的穩(wěn)壓電路，其功耗比較大，所以有必要討論一下穩(wěn)壓模塊的散熱問題。穩(wěn)壓器的最大允許功耗取決于芯片的最高結(jié)溫當(dāng)JM時(shí)穩(wěn)壓器才能正常工作。因此，穩(wěn)壓器的散熱能力愈強(qiáng)結(jié)溫就愈低，它所能承受的功率也愈大。穩(wěn)壓器的散熱能力取決于它的熱阻給半導(dǎo)體器件加散熱片后可減小總熱阻。若令0表示從結(jié)到器件外殼的熱阻，0表示從器件外殼到散熱片表面的熱阻，0表示從結(jié)到散熱片表面的熱阻，則e0一。若令一表示散熱片到周圍空氣的熱阻，」表示加散熱片后結(jié)到空氣的總熱阻，則e'ee。設(shè)集成穩(wěn)壓器的最高允許結(jié)溫為，最高環(huán)境溫度為，加散熱器JMAM后器件的功耗為，則有關(guān)系式：T■TT■TPD■JMRAM■赳RAM■‘ia'id所以器件的最大功耗必須滿足PDMWPD。過流保護(hù)電路的過流保護(hù)原理圖如圖12所示。為取樣小電阻。當(dāng)電源工作時(shí)，穩(wěn)壓器輸出端輸出正向直流電壓，電機(jī)開始啟動(dòng)。由于直流電機(jī)啟動(dòng)瞬時(shí)電流較大約為額定電流的?倍）流過小電阻6并經(jīng)對(duì)充電。通過設(shè)定、的值，使充電時(shí)間T大于電機(jī)啟動(dòng)時(shí)間6,處于截止?fàn)顟B(tài)，電機(jī)啟動(dòng)到穩(wěn)定狀態(tài)后，電流恢復(fù)到工作電流。一旦電機(jī)發(fā)生短路或堵轉(zhuǎn)，使電容兩端電壓達(dá)到的導(dǎo)通電壓，則導(dǎo)通，強(qiáng)制穩(wěn)壓器的輸出電壓降為基準(zhǔn)電壓^電機(jī)啟動(dòng)時(shí)必須滿足充電時(shí)間T大于啟動(dòng)時(shí)間6,不導(dǎo)通，電機(jī)才能正常啟動(dòng)。由于啟動(dòng)電流很大，一般是額定

電流的倍，可看成不變，設(shè)為1=I。根據(jù)圖5可得0以下公式：U■RC（du4）au

R5■44~dtc4i.i.iR5R4由于45所以冷因此約等于。此時(shí)為一階零狀態(tài)輸入響應(yīng)，求解得：■1UR4■iR5（1?eR4C4）假設(shè)電容的電壓達(dá)到為充電時(shí)間「得:■■R404■■R4041n去■IR5設(shè)電機(jī)負(fù)荷在額定狀態(tài)下運(yùn)行，電機(jī)電流I已經(jīng)穩(wěn)定。電機(jī)短路或堵轉(zhuǎn)后，電流突然增大到短路電流I，電容開始充電。考慮一定的設(shè)計(jì)余量，取保護(hù)電流設(shè)定值II，GS式（同樣成立此為一階全響應(yīng)方程，初始條件（）=Ic4+0R強(qiáng)制分量（8）=I求解得：…八丁萬■J,

Uc4■IcR5■R5(Io■I)e知假設(shè)%增大到導(dǎo)通電壓的充電時(shí)間為「，則J必須小于允許短路時(shí)間即：RI■RI■‘■R4c4ln"^）5c■要使保護(hù)起到作用，8）必須大于7即：

R50.7R5If-c(b.5)表頭供電電路用集成穩(wěn)壓模塊制作一個(gè)的電源，然后用一只三極管，兩只電阻，一個(gè)電感來進(jìn)行信號(hào)放大，把芯片3腳的振蕩信號(hào)串接一個(gè)一的電阻連接到三極管“B”極，在三極管“廣’極串接一個(gè)電阻(為了保護(hù))和一個(gè)電感(提高交流放大倍數(shù))，在正常工作時(shí)，三極管的“C”極電壓為一為最好。這樣，在三極管的“C”極有放大的交流信號(hào)，把這個(gè)信號(hào)通過只電容和支二極管，構(gòu)成倍壓整流電路，可以得到負(fù)電壓供給C的26腳使用。D3表頭正負(fù)供電電路()穩(wěn)流電路本電路的穩(wěn)流模塊采用了集成穩(wěn)壓電源構(gòu)成的可調(diào)式穩(wěn)流電路，將上一級(jí)產(chǎn)生的穩(wěn)定電壓轉(zhuǎn)化成輸出端的的穩(wěn)定電流，有穩(wěn)壓源供電，利用三極管的輸出特

性設(shè)計(jì)，46組成三極管的偏置穩(wěn)壓電路，利用二極管的穩(wěn)壓作用，三極管可得到穩(wěn)定偏置電流b就有穩(wěn)定的集電極電流B=的大小不受輸入電壓和負(fù)載電阻變化的影響，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定輸出可調(diào)電流的題目要求。RV23.90K25K1N4007宰D4RV3RV23.90K25K1N4007宰D4RV31N4007穩(wěn)流電路原理圖變化電路

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