直流稳压电源设计论文40298

模拟电路课程设计报告设计课题：直流稳压电源设计专业班级：学生姓名：学号：指导教师：设计时间：直流稳压电源设计一、设计任务和要求1．输出电压可调：Uo=+3V～+9V2．最大输出电流：Iomax=800mA3．输出电压变化量：ΔVop_p≤5mV4.稳压系数：SV≤3103二、方案设计和论证稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四个部分组成，如图1所示。+电源+整流+滤波+稳压+u1u2u3uIU0_变压器_电路_电路_电路_（a）稳压电源的组成框图u1u2u3uIU00t0t0t0t0t（b）整流和稳压过程图1稳压电源的组成框图及整流和稳压过程方案一：单相半波整流电路：单相半波整流简单，使用器件少，它只对交流电的一半波形整流，只要横轴上面的半波或者只要下面的半波。但由于只利用了交流电的一半波形，所以整流效率不高，而且整流电压的脉动较大，无滤波电路时，整流电压的直流分量较小，Vo=0.45Vi，变压器的利用率低。方案二：单相全波整流电路：使用的整流器件较半波整流时多一倍，整流电压脉动较小，比半波整流小一半。无滤波电路时的输出电压Vo=0.9Vi，变压器的利用率比半波整流时高。变压器二次绕组需中心抽头。整流器件所承受的反向电压较高。方案三：单相桥式整流电路：使用的整流器件较全波整流时多一倍，整流电压脉动和全波整流相同，每个器件所承受的反向电压为电源电压峰值，变压器利用率较全波整流电路高。综合3种方案的优缺点:决定选用方案三。三、单元电路设计和参数计算整流电路采用桥式整流电路，电路如图2所示。在u2的正半周内，二极管D1、D2导通，D3、D4截止；u2的负半周内，D3、D4导通，D1、D2截止。正负半周内部都有电流流过的负载电阻RL，且方向是一致的。电路的输出波形如图3所示。在桥式整流电路中，每个二极管都只在半个周期内导电，所以流过每个二极管的平均电流等于输出电流的平均值的一半，即。电路中的每只二极管承受的最大反向电压为22U(U2是变压器副边电压有效值)。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和负载电阻串联，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=(1.1～1.2)U2，直流输出电流：（I2是变压器副边电流的有效值。），稳压电路可选集成三端稳压器电路。总体原理电路见图4。121ofII2~5.121IIot023422Ut0234ou22U图2整流电路图3输出波形图3．1选择集成三端稳压器因为要求输出电压可调，所以选择三端可调式集成稳压器。可调式集成稳压器，常见主要有CW317、CW337、LM317、LM337。317系列稳压器输出连续可调的正电压，337系列稳压器输出连可调的负电压，可调范围为1.2V~37V，最大输出电流maxOI为1.5A。稳压内部含有过流、过热保护电路，具有安全可靠，性能优良、不易损坏、使用方便等优点。其电压调整率和电流调整率均优于固定式集成稳压构成的可调电压稳压电源。LM317系列和lM337系列的引脚功能相同，管脚图和典型电路如图4和图5.图4管脚图图5典型电路输出电压表达式为:11125.1RRPUo式中，1.25是集成稳压块输出端和调整端之间的固有参考电压REFV，此电压加于给定电阻1R两端，将产生一个恒定电流通过输出电压调节电位器1RP，电阻1R常取值240~120，在这里，因为只买到10K的电位器，再串联一个R2，根据LM317输出电压表达式，取：R1=2.2k,R2=2k。我们1RP一般使用精密电位器，和其并联的电容器C可进一步减小输出电压的纹波。图中加入了二极管D，用于防止输出端短路时10µF大电容放电倒灌入三端稳压器而被损坏。LM317其特性参数：输出电压可调范围：1.2V～37V输出负载电流：1.5A输入和输出工作压差ΔU=Ui-Uo：3～40V能满足设计要求,故选用LM317组成稳压电路。3．2选择电源变压器图4稳压电路原理图电源变压器的作用是将来自电网的220V交流电压u1变换为整流电路所需要的交流电压u2。电源变压器的效率为：其中：2P是变压器副边的功率，1P是变压器原边的功率。一般小型变压器的效率如表1所示：表1小型变压器的效率副边功率2PVA10VA30~10VA80~30VA200~80效率0.60.70.80.85因此，当算出了副边功率2P后，就可以根据上表算出原边功率1P。由于LM317的输入电压和输出电压差的最小值VUUoI3min，输入电压和输出电压差的最大值VUUoI40max，故LM317的输入电压范围为：maxminminmax)()(oIoIoIoUUUUUUU即VVUVVI40339VUVI4312VUUin111.1121.1Im2，取VU122变压器副边电流：AIIo8.0max2，取AI12，因此，变压器副边输出功率：WUIP12222由于变压器的效率7.0，所以变压器原边输入功率WPP1.1721，为留有余地，选用功率为W20的变压器。3．3选用整流二极管和滤波电容由于：VUURM1712222，AI8.0max0。IN4001的反向击穿电压VURM50，额定工作电流max01IAID，故整流二极管选用IN4001。3．4滤波电容根据300103,5,12,9vppISmVUVUVU，和公式12PP常数常数oITIIvUUUUS00可求得：VSUUUUvIpopI2.2103912005.030所以，滤波电容：uFFUTIUtICIIc3636003636.02.2215018.02max0电容的耐压要大于VU1712222，故滤波电容C取容量为F4700，耐压为V25的电解电容。四、总原理图及元器件清单1．总原理图、PCB图1．元件清单元件序列型号元件参数值数量备注Ji变压器12V1实际输入电压大于12VD1D2D3D4D5D6二极管1N4001VURM50，1A6也可用1N4007D7发光二极管1FUSH熔断丝1A1C1C2电解电容4700uF/25V2C5电解电容0．1uF1C9电解电容1uF/25V1C7电解电容10uF/25V1SW开关1R3电阻2．2kΩ1R4电阻1K1R1电阻2kΩ1R2电位器10K1U三稳压器LM317可调范围1.2V~37V1五、安装和调试(使用multisim调试)按PCB图所示，制作好电路板。安装时，先安装比较小的元件，所以先安装整流电路，再安装稳压电路，最后再装上滤波电路（电容）。安装时要注意，二极管和电解电容的极性不要接反。经检查无误后，才将电源变压器和整流滤波电路连接，通电后，用万用表检查整流后输出LM317输入端电压UI的极性，若UI的极性为负，则说明整流电路没有接对，此时若接入稳压电路，就会损坏集成稳压器。然后接通电源，调节RW的值，若输出电压满足设计指标，说明稳压电源中各级电路都能正常工作，此时就可以进行各项指标的测试。因在multisim没有LM317元件，故用同一系列的LM117代替。电位器R2取最大值时，Uo=9.088V↑电位器R2取最小值时,Uo=2.983V↑电位器在0到10K之间，输出电压连续可调：约为3V~9V。六、性能测试和分析1．输出电压和最大输出电流的测试测试电路如图5所示。一般情自耦变压器Io电流表况下，稳压器正常工作时，其输出被测I电流oI要小于最大输出电流maxoI，~220V稳压UoV电压表RL取AI6.00，可算出RL=20Ω，电路工作时LR上消耗的功率为：WIUPooL3.67.09故LR取额定功率为10W，阻值为图5稳压电源性能指标的测试电路20Ω的电位器。测试时，先使20LR，交流输入电压为220V，用数字电压表测量的电压值就是Uo。然后慢慢调小LR，直到Uo的值下降5%，此时流经LR的电流就是maxoI，记下maxoI后，要马上调大LR的值，以减小稳压器的功耗。R5（RL）=20欧姆，Uo=8.78V,Io=438.979mA↑Uo下降5%（8.332V）时，Io=846.644mA,即Iomax=Io.↑2．纹波电压的测试用示波器观察Uo的峰峰值，（此时Y通道输入信号采用交流耦合AC），测量ΔUop-p的值（约几mV）。由示波器得出：ΔUop-p=106。845uV3．稳压系数的测量按图5所示连接电路，在VU2201时，测出稳压电源的输出电压Uo。然后调节自耦变压器使输入电压VU2421，测出稳压电源对应的输出电压Uo1；再调节自耦变压器使输入电压VU1981，测出稳压电源的输出电压Uo2。则稳压系数为：ooooovUUUUUUUS2111198242220ooovUUUS215因为，在本调试中，无法得到自耦变压器，所以只能把电压归算到降压器的输出电压(Ui):U1=198V,Ui=10.8VU1=220V,Ui=12.0VU1=242V,Ui=13.2VUi=12时，Uo=8.726V↑Ui=10.8V时，Uo=8.72V↑Ui=13.2V时，Uo=8.740V↑所以，稳压系数：726.8720.8740.83vS=0.0022设计要求测试结果误差分析Uo=+3V～+9V2.983V~9.088V0.01%Iomax=800mA846.644mA0.05%ΔVop_p≤5mV106。845uV106．845uV〈〈5mVSV≤31030.00222%在允许的误差范围内，本设计已达到要求。七、结论和心得经过一个多月的努力，终天完成的这个设计。从选题到画图制板花了差不多一个星期的时间，后面的调试占了大部分的时间。由于没有找到示波器，所以调试时，除了测试电压电流用到实物外，其他参数测试只能在仿真软件下进行的。在这里选用了multisim进行仿真，虽然multisim不是很难学，但由于自己对multisim还没有熟练的掌握，仿真过程中还是会有一定的误差。在实际做成的电路板中,由于买不到等值参数的元件，测量出来的性能指标参数难免会有一定的误差,对元件封装的不了解，也造成了铜板的浪费。第一次做成的板子，由于没有注意到protel给出的LM317的原理图管脚，花费了大量的时间去调试。正确的管脚为:1脚为调整，2脚为输出，3脚为输入。焊板的时候，不要对着3D来焊，应以PCB为基准。3D图虽然形象的把电路板模拟出来了，但和实物还有有很大的差别的，特别是二极管，电解电容，极性错乱，而且有很多图没有样板。还有，12V的变压器输入的电压会比12V高一些的。虽然输出电压增加或减少由LM317的调整脚上的串联电位器（R2）来控制，但是并联在LM317调整脚和输出脚上的电阻R1也可改变输出电压的最小值。本次的课程设计，培养了我们综合使用课本理论解决实际问题的能力；我觉得课程设计对我们的帮助是很大的，它需要我们将学过的理论知识和实际系统地联系起来，加强我们对学过的知识的实际使用能力！在设计的过程中还培养出了我们的团队精神，同学们共同协作，解决了许多个人无法解决的问题；在今后的学习过程中我们会更加努力和团结。但是由于水平有限，我们的课程设计难免会有一些错误和误差，还望老师批评指正。八、参考文献[1]华成英童诗白，模拟电子技术基础，北京，高等教育出版社，2006[2]陈大钦,电子技术基础实验，北京，华中理工大学电子学教研室,2007[3]夏路易石宗义,电路原理图和电路板设计教程，北京，北京希望电子出版社，2002[4]LM317资料致谢在本次设计中感谢老师以及同学们在设计中对我们的指导和帮助！物理和电子信息工程系模拟电路课程设计成绩评定表专业：电气工程及其自动化班级：07电气1班学号：姓名：课题名称设计任务和要求设计报告成绩电子作品成绩课程设计成绩指导教师：2009年月日