可调直流稳压电源0v--15v

《电子技术》课程设计报告课题名称直流可变稳压电源的设计学院昆明学院专业机械设计制造及其自动化班级机制四班姓名学号436424时间2013年7月1号—7月9号摘要本文设计的是量程为在0~15V可调的直流稳压电源，其最功率要求15W以上，测量直流稳压电源的纹波系数，并具有过压保护。并且采用三端集成稳压器电路，用输出电压可调且内部有过载保护的三端集成稳压器，输出电压调整范围较宽，设计一电压补偿电路可实现输出电压从0V起连续可调，该稳压电源具有性能稳定.结构简单.电压、电流指标精度高.调节方便等优点·。关键词：整流，稳压，数控，可调，补偿电压，过压保护。AbstractIsdesignedinthispaperrangeisbetween0~15vadjustabledcregulatedpowersupply,itsmostmorethan15wpowerrequirements,measuretheripplecoefficientofdcregulatedpowersupply,withovervoltageprotection.Adoptedandintegratedthree-terminalvoltageregulatorcircuit,theoutputvoltageisadjustableandhasoverloadprotectionintegratedthree-terminalvoltageregulator,awiderangeofoutputvoltage,avoltagecompensationcircuitisdesignedtoachievecontinuousadjustableoutputvoltagefrom0V,theregulatedpowersupplywithstableperformance.Simplestructure.Thehighprecisionofvoltage,currentindicators.Theadvantagesofconvenientadjustmentist.Keywords:rectifier,regulator,numericalcontrol,adjustable,offsetvoltage,overvoltageprotection.目录第一章.设计目的..................................2第二章.总体设计思路..............................22.1直流稳压电源设计思路................................22.1.1..........................................................22.1.2采用三端可调集成稳压器电路的方案..........................3第三章电路方案及其计算过程........................33.1整流电路模块..........................................33.2滤波电路模块..........................................63.3稳压电路模块.........................................103.4补偿电路模块.........................................113.5计算过程.............................................113.6设计电路原理图.......................................14第四章软件的仿真与调试...........................144.1无补偿电压的MULTISIM仿真与调试......................144.2有补偿电压的MULTISIM仿真与调试......................154.3纹波系数.............................................164.4源程序代码...........................................16第五章课程设计心的体会...........................16参考文献.........................................17附录.............................................17谢词.............................................17第一章．设计目的一、设计任务与要求1、用集成芯片制作一个0～15V的直流电源。2、功率要求15W以上。3、测量直流稳压电源的纹波系数。4、具有过压保护。二、扩展功能要求@电源的可调范围增至0——30V@具备过流保护。第二章．总体设计思路2.1直流稳压电源设计思路2.1.1直流可变稳压电源一般由整流变压器，整流电路，滤波器，稳压环节和计数显示电路组成如下图a所示。图a稳压电源实际思路图（1）首先将交流电源电压变为符合整流需要的电压。（2）将交流电压变换为单向脉冲电压，直流脉动电压经过滤波电路变成平滑的、脉动小的直流电压，即滤除交流成分，保留直流成分，滤波电路一般有电容组成，其作用是把脉动直流电压中的大部分纹波加以滤除，以得到较平滑的直流电压。（3）稳压电路就是在交流电源电压波动火负载变动时使直流输出电压稳定。（3）稳压电路(1)整流电路（2）滤波电路（4）在稳压电路中加入补偿电压实现可以从0v开始调节。为了实现可以从0v—30v调节，扩展电路中，在加入电源的基准电压用一个固定增益的运算放大器U1跟一个可调电阻R7提供。U1的放大倍数约为2倍，根据公式A=（R2+R3）/R2，15V的基准电压大约能放大到超过30V。（5）为了使电路实现过流，过压保护，我们用可调节集成稳压电路实现。由于我们要的输出电压在0v—30v，因此我们选择LM713AH（1.25v—37v）。2.1.2采用三端可调集成稳压器电路的方案。它采用输出电压可调且内部有过载保护的三端集成稳压器，输出电压调整范围宽，此稳压器的基准电压是1.25V，而要求电压从0V起连续可调，因此需要设计电压补偿电路才可实现输出如图b所示。图b稳压器的设计图框第三章．电路方案及其计算过程3.1整流电路模块该模块主要利用二极管的单向导电性组成整流电路，将交流电压变换为单方向脉动电压。实现方法主要有以下三种。◆方案一：单相半波整流电路T1D1R1U1U2-+IdIo+-Uo+Ud-（a）电路图整流滤波电路可调式集成稳压器电压补偿电路输出电压U2U0Ud（b）波形图图1单相半波整流电路在变压器次级电压U2为正的半个周期内（如图1（a）中所示上正下负），二极管导通，在RL上得到一个极性为上正下负的电压；而在U2为负的半个周期内，二极管反向偏置，电流基本上等于0。所以在负载上的电压U2的极性是单方向的（如图1（b）所示）。正半周内Uo=U2，Ud=0；负半周内Uo=0。Ud=U2。由此可见，由于二极管的单向导电作用，把变压器次级的交流电压变换为单向脉动电压，达到了整流的目的。其优点是结构简单，使用的元件少，但也有明显的缺点：输出电压脉动大，直流成分比较低；变压器有半个周期不导电，利用率低；变压器含有直流部分，容易饱和。只能用于输出功率较小，负载要求不高的场合。◆方案二：单相全波整流(a)电路图T1TS_PQ4_10R1750ΩD11N1202CD21N1202CId1IoId2Uo+-U1+-+-U2U2U2IoUoOtOtOt(b)波形图图2全波整流电路全波是利用具有中心抽头的变压器与两个二极管配合，使两个二极管在正、负半周轮流导电，而且二者流过RL的电流保持同一方向，从而使正、负半周在负载上均有输出电压。电路如图2（a）所示。正半周内D1导通，D2截止，在负载RL上得到的电压极性为上正下负；负半周内，D1截止，D2导通，在负载上得到的电压仍为上正下负，与正半周相同。全波整流波形如图2（b）。全波整流的输出电压时半波整流的两倍，输出波形的脉动成分比半波整流时有所下降。全波整流电路在负半周时二极管承受的反向电压较高，其最大值等于222U，且电路中每个线圈只有一半时间通过电流，所以变压器利用率不高。◆方案三：单相桥式整流单相桥式整流电路如图3（a）。由图可见，U2正半周时D1、D4导通，D3、D2截止，在负载电阻RL上形成上正下负的脉动电压；而在U2负半周时，D2、D3导通，D1、D4截止，在RL上仍形成上正下负的脉动电压。如果忽略二极管内阻，有Uo≈U2。桥式整流电路波形如图3（b）所示。正负半周均有电流流过负载，而且电路方向是一致的，因而输出电压的直流成分提高，脉动成分降低。单相桥式整流电路主要参数：输出直流电压O(AV)U,脉动系数S，二极管正向平均电流ID(AV),二极管最大反向峰值电压URM。桥式整流电路解决了单相整流电路存在的缺点，用一次级线圈的变压器，达到了全波整流的目的。因此选用方案三单相桥式整流。D31B4B421243T2NLT_PQ_4_10RU1+-U2Io+-Uo(a)电路图U2IoUoO00(b)波形图图3单相桥式整流电路3.2滤波电路模块该模块实现降低输出电压的脉动成分，尽量保留直流成分的功能。利用电容和电感的滤波作用达到降低交流保留直流成分的目的。◆方案一：电容滤波T1NLT_PQ_4_10D11B4B421243R1U1U2Uc(a)电路图CU(b)滤波后输出的波形图4单相桥式整流电容滤波电路如图4所示为单相桥式整流电容滤波电路。利用电容的储能特性，使波形平滑，提高直流分量，减小输出波纹，其输出波形如图4（b）所示。电容滤波有以下特点：①加入滤波电容后，输出电压的直流成分提高，脉动成分减小。②电容滤波放电时间常数（L=RC）越大，放电过程越慢，输出直流电压越高，纹波越小，效果越好。为了获得较好的滤波效果，一般选择电容值满足LRC(3～5)/2T，此时，输出电压的平均值=1.2O2UU。③电容滤波电路的输出电压随输出电流的增大而减小，所以电容滤波适合于负载电流变化不大的场合。◆方案二：电感滤波单相桥式整流电感滤波电路如图5，利用电感不能突变的特性，使输出电流波形平滑，从而使输出电压波形也平滑，提高直流分量，减小输出纹波。T1NLT_PQ_4_10D11B4B421243R1U1U2L1Uo（a）电路Li滤波前滤波后t(c)滤波后的输出波形图5单相桥式整流电感电路方案三：复式滤波复式滤波电路由电阻和电容，电阻和电感或电感和电容组合成的滤波。几种常见的复式滤波电路如图6所示。图6（a）所示为RC型滤波电路，这种电路的缺点是在R上有压降，因而需要提高变压器次级电压；同时，整流管的冲击电流仍然较大，这种电路知识和小电流负载的场合。（b）所示为LC型滤波电路，这种滤波电路的优点是：简单经济，能兼起限制浪涌电流的作用，滤波效果较好。其缺点是带负载能力差，滤波电路有功率损耗。它适合负载电流小，纹波系数小的场合。（c）所示为LC倒L型滤波电路，整流后输出的脉动直流经过电感，交流成分被削弱，再经过C滤波后，可在负载上获得更加平滑的直流电压。这种滤波电路的优点是：滤波效果好，几乎没有直流损耗。其缺点是低频时电感体积大，成本高。C1R2C2R3C3C4C5R4R5L2L3(a)RC型滤波(b)LC型滤波(c)LC倒L型滤波图6常见复式滤波电路综合考虑，由于在小功率电源中电容滤波最为常见，，满足本设计要求，故选择方案一。3.3稳压电路模板在设计中，常利用电容器两端的电压不能突变和流过电感器的电流不能突变的特点，将电容器和负载电容并联或电容器与负载电阻串联，以达到使输出波形基本平滑的目的。选择电容滤波电路后，直流输出电压：Uo1=(1.1