直流稳压电源课程设计

电子技术课程设计课题名称：直流稳压电源专业名称：电气工程及自动化学生班级：140483学生姓名：孙国太周佳武指导老师：杨谊华1课程设计任务书直流稳压电源（一）设计目的1、学习直流稳压电源的设计方法；2、研究直流稳压电源的设计方案；3、掌握直流稳压电源的稳压系数；（二）设计要求和技术指标1、技术指标：要求电源输出电压为12V，输入电压为交流220V，最大输出电流为Iomax=500mA，稳压系数Sr≤5%。2、设计基本要求1).设计一个能输出12V的直流稳压电源；2).拟定设计步骤和测试方案；3).根据设计要求和技术指标设计好电路，选好元件及参数；4).要求绘出原理图，并用Proteus仿真；5).在万能板上制作一台直流稳压电源；6).测量直流稳压电源的稳压系数；7).具有过流保护。8).用三端稳压器W7800系列。9).撰写设计报告。（三）设计提示1、参数测量2集成电路选W7812稳压器。测量稳压系数：在负载电流为最大时，分别测得输入交流比220V增大和减小10%的输出Δvo，并将其中最大一个代入公式计算Sr，当负载不变时，Sr=ΔVoVI/ΔVIVO。2、实验仪器设备数字万用表、万能板、示波器3、设计用主要器件变压器、整流二极管、稳压二极管、集成稳压器（W7812）、电容、电阻若干。（四）设计总结1、总结直流稳压电源的设计方法和运用到的主要知识点，对设计方案进行比较。2、总结直流稳压电源主要参数的测试方法。3目目录录第第一一章章绪绪论论············································4第二章电路设计3.1直流稳压电源的基本原理······································53.2降压变压器··················································53.3整流电路····················································63.4滤波电路····················································83.5稳压电路····················································83.6保护电路····················································93.7原理图，PCB和proteus仿真····································93.8元器件选择和电路参数计算说明································10第三章制作和调试3.1制作·······················································113.2注意事项·····················································113.2测试·························································113.2.1空载检查测试···········································123.2.2负载检查测试···········································123.2.3质量指标测试···········································13第四章总结和体会4.1总结心得··················································14附录·················································15参考文献···································154第一章绪论为加强对元器件的认识，培养运用基本知识进行简单电路设计的能力，扎实基础理论，我们现初次进行模电课程设计。半导体直流稳压电源的设计和测试作为此次课程设计的课题，我们采用一般意义上的设计方案，即通过电源变压器、整流、滤波和稳压电路这四部分的有机组合来最终实现本次课程设计所要达到的目标。本设计所涉及的知识：方案论证，产品说明，原理说明，安装工艺，调试与测试，焊接技术，元件清单，操作说明。为了全面介绍科学实验研究的技术方法，在加强的直接实验方法的同时，力求使学生尽快掌握当前先进科学技术，本课题设计使用了AltiumDesigner，Proteus等工具。通过本课题的设计，能够加深对电路理论知识的理解和掌握，更主要的是学习和掌握科学实验研究方法。学会运用理论和实验两种研究方法，解决实际问题能力，更培养了我们掌握电子技术的科学实验规律，实验技术，测量技术等实验研究方法，使其具有独立实验研究的能力，以便在未来的工作中开拓创新。5第二章电路的设计2．1直流稳压电源的基本原理直流稳压电源电路框图如图1所示。从图中可知，系统由降压变压器、整流器、滤波器、稳压器和保护电路共五个部分组成。图2.1.1直流稳压电源的电路框图直流稳压电源一般由电源变压器T、整流滤波电路及稳压电路所组成，基本框图如图2.1.2各部分的作用：图2.1.2整流与稳压过程2．2降压变压器降压变压器将电网220V、50Hz交流输入电压降压后变为所需的约18V交流电压，同时还可以起到直流电源与电网的隔离作用。图2.2.1直流稳压电源变压器电路62．3整流电路一、单相整流电路（一）半波整流电路单相半波整流电路如下图(a)所示，图中Tr为电源变压器，用来将市电220V交流电压变换为整流电路所要求的交流低电压，同时保证直流电源与市电电源有良好的隔离。设V为整流二极管，令它为理想二极管，RL为要求直流供电的负载等效电阻。由图可见，负载上得到单方向的脉动电压，由于电路只在u2的正半周有输出，所以称为半波整流电路。半波整流电路结构简单，使用元件少，但整流效率低，输出电压脉动大，因此，它只使用于要求不高的场合。（二）桥式整流电路为了克服半波整流的缺点，常采用桥式整流电路，如下图所示，图中V1、V2、V3、V4四只整流二极管接成电桥形式，故称为桥式整流。1.工作原理和输出波形设变压器二次电压u2=21/2U2sinωt，波形如电压、电流波形图(a)所示。在u2的正半周，即a点为正，b点为负时，V1、V3承受正向电压而导通，此时有电流流过RL，电流路径为a→V1→RL→V3→b，此时V2、V4因反偏而截止，负载RL上得到一个半波电压，如电压、电流波形图(b)中的0～π段所示。若略去二极管的正向压降，则uO≈u2。7电压、电流波形在u2的负半周，即a点为负b点为正时，V1、V3因反偏而截止，V2、V4正偏而导通，此时有电流流过RL，电流路径为b→V2→RL→V4→a。这时RL上得到一个与0～π段相同的半波电压如电压、电流波形图(b)中的π～2π段所示，若略去二极管的正向压降，uＯ≈－u2。由此可见，在交流电压u2的整个周期始终有同方向的电流流过负载电阻RL，故RL上得到单方向全波脉动的直流电压。可见，桥式整流电路输出电压为半波整流电路输出电压的两倍，所以桥式整流电路输出电压平均值为uＯ=2×0.45U2=0.9U2。桥式整流电路中，由于每两只二极管只导通半个周期，故流过每只二极管的平均电流仅为负载电流的一半，在u2的正半周，V1、V3导通时，可将它们看成短路，这样V2、V4就并联在u2上，其承受的反向峰值电压为URＭ=21/2U2。同理，V2、V4导通时，V1、V3截止，其承受的反向峰值电压也为URＭ=21/2U2。二极管承受电压的波形如电压、电流波形图(d)所示。由上图可见，在交流电压u2的整个周期始终有同方向的电流流过负载电阻RL，故RL上得到单方向全波脉动的直流电压。可见，桥式整流电路输出电压为半波整流电路输出电压的两倍。桥式整流电路与半波整流电路相比较，其输出电压UO提高，脉动成分减小了。因此，采用二极管桥式整流电路进行整流，将变压器变换后的交流电压转变为单向的脉动直流电压，使输出电压高，脉动系数小（纹波电压小），提高整流效率。82．4滤波电路整流电路将交流电变为脉动直流电，但其中含有大量的交流成分（称为纹波电压）。应在整流电路的后面加接滤波电路，滤去交流成分。(一)电容滤波1.电路和工作原理设电容两端初始电压为零，并假定t=0时接通电路，u2为正半周，当u2由零上升时，V1、V3导通，C被充电，同时电流经V1、V3向负载电阻供电。忽略二极管正向压降和变压器内阻，电容充电时间常数近似为零，因此uo=uc≈u2，在u2达到最大值时，uc也达到最大值，然后u2下降，此时，ucu2，V1、V3截止，电容C向负载电阻RL放电，由于放电时间常数τ=RLC一般较大，电容电压uc按指数规律缓慢下降，当下降到|u2|uc时，V2、V4导通，电容C再次被充电，输出电压增大，以后重复上述充放电过程。其输出电压波形近似为一锯齿波直流电压。电容滤波电路对整流部分输出的脉动直流进行平滑处理，使它成为一个含交流成分很小的、更加平滑的直流电压。即滤波部分实际上是一个性能较好的低通滤波器，且其截止频率一定是低于整流输出电压基波频率的。虽然电容C1取得越大，脉动系数S就越小，脉动成分就小，但一般取RLC1=2)5~3(TT为交流电网电压的周期（ms20501T）。电容滤波电路的优点是在输出电流IO不高时，体积小，成本低。电容滤波适用于负载电压较高，负载变动不大的场合。2．5稳压电路稳压器为电源的核心部分。尽管经过整流滤波后的直流电压，可以充当某些电子电路的电源，但是其电压值的稳定性很差，它受温度、负载、电网电压波动等因素的影响很大。因此还必须有稳压电路，以维持输出直流电压的基本稳定。图5为直流稳压电源稳压器电路，通过三端可调线性集成稳压器W7812的稳压，输出电压在输入电网波动±10%、输出负载变化以及温度波动几种情况下仍然可以保持不变。9图2.5.1直流稳压电源稳压器电路2．6保护电路对于一个功能完善的稳压电源来说，必须有一套完整可靠的保护电路，在串联稳压电路中，若使用不慎，负载电流过大或输出短路的情况是可能发生的。此时，W7812内部调整管的功耗将剧增，尤其是在短路的情况下，全部输入电压都加到调整管两端，这就会使调整管的功耗超过它的极限功耗PCM而损坏调整管，所以必须采用合适的过流保护电路。直流稳压电源保护电路如图3.5.1所示。图3.6.1直流稳压电源三极管过流保护电路2.7原理图根据前面所述的，可以设计出下述供电电路图：102.8元器件选择和电路参数计算说明一．变压器的选择1）确定变压器副边电流I2∵Ii=Io又副边电流I2=(1.5～2)Io取Io=Iomax=500mA则I2=2*0.5A=1A2）选择变压器的功率11变压器的输出功率：PoI2*U2=12W由于变压器的效率η=0.7，所以变压器原边输入功率P1=P2/η=17.2W，为留有余地，选用功率为20W的变压器。二．滤波电路中滤波电容的选择根据：RC≥（3～5）T∕2而R≈Ui∕Io∴C约为2000uF电容的耐压要大于VU7.181.112222，考虑到交流电源电压的波动，故滤波电容C取容量为2200uF，耐压为V25的电解电容。注意：因为大容量电解电容有一定的绕制电感分布电感，易引起自激振荡，形成高频干扰，所以稳压器的输入、输出端常并入瓷介质小容量电容用来抵消电感效应，抑制高频干扰。三、选择集成稳压器我们需要得到的是输出为12V的直流稳压电源。固选择W7812三端固定式正电压输出集成稳压器；W7812三端固定式电压输出集成稳压器。第三章制作和调试3.1制作对电路进行组装：按照自己设计的电路，在面包板上插接元器件并焊接。焊接完毕后，应对照电路图仔细检查，看是否有错接、漏接、虚焊的现象。对安装完成的电路板的参数及工作状态进行测量，以便提供调整电