直流稳压电源设计

《模拟电子》课程设计1课程设计报告课程名称：模拟电子技术设计课目：直流稳压电源所在系别：电气自动化班级：电气1005班姓名：李文领学号：0401100528指导老师：徐鸿鹏2011-6-16《模拟电子》课程设计2设计题目：直流稳压电源的设计一、引言二、设计目的三、设计任务和要求四、设计步骤五、总体设计思路六、实验设备及原器件七、测试要求八、电路调试九、注意事项十、此电路的误差分析十一、心得体会十三、结束语《模拟电子》课程设计3一引言直流稳压电源一般由电源变压器，整流滤波电路及稳压电路所组成。变压器把市电交流电压变为所需要的低压交流电。整流器把交流电变为直流电。经滤波后，稳压器再把不稳定的直流电压变为稳定的直流电压输出。本设计主要采用直流稳压构成集成稳压电路，通过变压，整流，滤波，稳压过程将220V交流电，变为稳定的直流电，并实现电压可在6-13V可调。二设计目的1.学会基本理论在实践中综合应用的初步经验，掌握模电设计的基本方法，设计步骤培养综合设计能力。2.学会直流稳压电源的设计方法和性能指标的测试方法。3.培养实践技能，提高分析和解决你实际问题的能力。三、设计任务及要求1.设计并制作一个连续可调直流稳压电源，主要技术指标要求：①输出电压可调：Uo=+6V~+9V②最大输出电流：Iomax=800mA③输出电压变化量：△Uo≤15mV④稳压系数：Sv≤0.0032.设计电路结构选择电路元件，计算确定元件参数，画出实用原理图。《模拟电子》课程设计4四、设计步骤1.电路图设计（1）确定目标：设计整个系统是由那些模块组成，各个模块之间的信号传输，并画出直流稳压电源方框图。（2）系统分析：根据系统功能，选择各模块所用电路形势。（3）参数选择：根据系统指标的要求，确定各模块电路中元件的参数。（4）总电路图：连接各模块电路。2.电路安装、调试（1）为提高学生的动手能力，学生自行设计印刷电路板，并焊接。（2）在每个模块电路的输入端加一信号，测试输出端信号，以验证每个模块能否达到所规定的指标。（3）重点测试稳压电路的稳压系数。（4）将各模块电路连接起来，整机调试，并测量该系统的各项指标。五、总体设计思路1.（1）电网供电电压交流220V50Hz，要获得低压直流输出，首先必须采用电源变压器将电网电压降低获得所需要焦炉电压。（2）降压后的交流电压，通过整流电路便成单向直流电，但其幅度变化大。（3）脉动大的直流须经过滤波电路变成平滑，脉动小的直流电，即将交流成分滤掉，保留其直流成分。（4）滤波后的直流电压，再通过稳压电路稳压，便可得到基本不受外界影响的稳定直流稳压电压输出，供给负载RL。2.直流稳压电源原理直流稳压电源是一种将220V工频交流电转换成稳压输出的直流电压的装置，它需要变压、整流、滤波、稳压四个环节才能完成。见下图《模拟电子》课程设计5其中：（1）电源变压器：是降压变压器，它将电网220V交流电压变换成符合需要的交流电压，并送给整流电路，变压器的变化有变压器的副边电压确定。（2）整流电路：利用单向导电元件，把50Hz的正弦交流电变换成脉动的直流电。（3）滤波电路：可以将整流电路输出电压中的交流成分大部分加以滤除，从而得到比较平滑的直流电压。（4）稳压电路：稳压电路的功能是使输出的直流电压稳定，不随交流电网电压和负载的变化而变化。直流稳压电源设计思路。稳压电源一般由变压器、整流器和稳压器三大部分组成，变压器把市电交流电压变为所需要的低压交流电。整流器把交流电变为直流电。经滤波后，稳压器再把不稳定的直流电压变为稳定的直流电压输出。①电网交流电压220V（有效值）50HZ，需获得低压直流输出，首先应采用电压变压器将电网电压降低获得所需交流电压。②通过整流电路将降压后的交流电压变为单项直流电，但此时其幅度变化大，（脉动大）。③利用滤波电路进一步将电流变为平滑脉动小的直流电。④通过稳压电路的稳压，得到基本不要外界影响的稳定直流电压输出供给负载。2.直流稳压电源的原理图1方框图《模拟电子》课程设计6图1直流稳压电源原理图2各模块电路TR1ACVolts+218(+)图三①单相桥式整流滤波电路BR1DF005MC82000u图四《模拟电子》课程设计7在二极管导通期间，e2向负载电阻Rfz提供电流的同时，向电容器C充电，一直充到最大值。e2达到最大值以后逐渐下降；而电容器两端电压不能突然变化，仍然保持较高电压。这时，D受反向电压，不能导通，于是Uc便通过负载电阻Rfz放电。由于C和Rfz较大，放电速度很慢，在e2下降期间里，电容器C上的电压降得不多。当e2下一个周期来到并升高到大于Uc时，又再次对电容器充电。如此重复，电容器C两端（即负载电阻Rfz：两端）便保持了一个较平稳的电压，在波形图上呈现出比较平滑的波形。图5-10（a）（b）中分别示出半波整流和全波整流时电容滤波前后的输出波形。显然，电容量越大，滤波效果越好，输出波形越趋于平滑，输出电压也越高。但是，电容量达到一定值以后，再加大电容量对提高滤波效果已无明显作用。通常应根据负载电用和输出电说的大小选择最佳电容量。电容器的耐压值一般取的1．5倍。表5-3中列出带有滤波器的整流电路中各电压的关系。表一、输出电流2A左右1A左右0.5-1A左右0.1-0.5A100-50mA50mA以下滤波电容4000u2000u1000u500u200u-500u200u表二、《模拟电子》课程设计8输入交流电压（有效值）负载开路时的输出电压带负载时的输出电压每管承受的最大反向电压半波整流全波整流桥式整流E2E2+E2E2约0.6E2约1.2E2约1.2E2采用电容滤波的整流电路，输出电压随输出电流变化较大，这对于变化负载（如乙类推挽电路）来说是很不利的。②直流稳压电源电路交流电经过整流可以变成直流电，但是它的电压是不稳定的：供电电压的变化或用电电流的变化，都能引起电源电压的波动。要获得稳定不变的直流电源，还必须再增加稳压电路。要了解稳压电路的工作，得从稳压管说起。有“特异功能”的二极管稳压管一般三极管都是正向导通，反向截止；加在二极管上的反向电压、如果超过二极管的承受能力，二极管就要击穿损毁。但是有一种二极管，它的正向特性与普通二极管相同，而反向特性却比较特殊：当反向电压加到一定程度时，虽然管子呈现击穿状态，通过较大电流，却不损毁，并且这种现象的重复性很好；反过来着，只要管子处在击穿状态，尽管流过管子的电在变化很大，而管子两端的电压却变化极小起到稳压作用。这种特殊的二极管叫稳压管。稳压管的型号有2CW、2DW等系列，它的电路符号如图5－17所示。稳压管的稳压特性，可用图5一18所示伏安特性曲线很清楚地表示出来。《模拟电子》课程设计9稳压管是利用反向击多区的稳压特性进行工作的，因此、稳压管在电路中要反向连接。稳压管的反向击穿电压称为稳定电压、不同类型稳压管的稳定电压也不一样，某一型号的稳压管的稳压值固定在口定范围。例如：2CW11的稳压值是3.2伏到4．5伏，其中某一只管子的稳压值可能是3．5伏，另一只管子则可能是4，2伏。在实际应用中，如果选择不到稳压值符合需要的稳压管，可以选用稳压值较低的稳压管，然后串联一办或几只硅二极管“枕垫”，把稳定电压提高到所需数值。这是利用硅二极管的正向压降为0．6～0．7伏的特点来进行稳压的。因此，二极管在电路中必须正向连接，这是与稳压管不同的。稳压管稳压性能的好坏，可以用它的动态电阻r来表示：显然，对于同样的电流变化量ΔI，稳压管两端的电压变化量ΔU越小，动态电阻越小，稳压管性能就越好。稳压管的动态电阻是随工作电流变化的，工作电流越大。动态电阻越小。因此，为使稳压效果好，工作电流要选得合。工作电流选得大些，可以减小动态电阻，但不能超过管子的最大允许电流（或最大耗散功率）。各种型号管子的工作电流和最大允许电流，可以从手册中查到。稳压管的稳定性能受温度影响，当温度变化时，它的稳定电压也要发生变化，常用稳定电压的温度系数来表示这种性能例如2CW19型稳压管的稳定电压Uw=12伏，温度系数为0.095%℃，说明温度每升高1℃，其稳定电压升高11.4毫伏。为提高电路的稳定性能，往往采用适当的温度补偿措施。在稳定性能要求很高时，需使用具有温度补偿的稳压，如2DW7A、2DW7W、2DW7C等。稳压管选用:3V~18V《模拟电子》课程设计10稳压电源的技术指标可以分为两大类：一类是特性指标，如输出电压、输出电滤及电压调节范围；另一类是质量指标，反映一个稳压电源的优劣，包括稳定度、等效内阻（输出电阻）、纹波电压及温度系数等。对稳压电源的性能，主要有以下四个万面的要求1．稳定性好2.输出电阻小3.电压温度系数小4.输出电压纹波小整流电路厂采用二极管单相全波整流电路，电路图如下所示。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。正半周内部都有电流流过的负载电阻RL，且方向是一致的。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平均值的一半。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=（1.1~1.2）U2，稳压电路可选集成三段稳压器电路。三端可调式集成稳压器的引脚及其应用见图四。.《模拟电子》课程设计11图5（a）可调式三端稳压器D11N4001C610uC7100nVI3VO2ADJ1U4LM317LR3240R5240C9100uD21N4001D2(K)RV18k图5（b）稳压部分电路在图三中，R３与RV２组成输出电压调节电路，RV２为精密可调电位器。电容C９可以进一步消除纹波，电容C７还能起到相位补偿作用，以防止电路产生自激振荡。电容C９与RV２并联组成滤波电路，电位器RV２两端的纹波电压通过电容C2旁路掉，以减小输出电压中的纹波。3．4数字显示部分本次设计的数字显示部分主要是以数字电压表的设计原理来实现输出电压的实时显示，由于输出的电压是模拟量，而驱动数码管显示电压需要的是数字量，这就涉及到从模拟到数字的转换，然的再利用外部时钟进行计数，再通过译码器将其显示出来。如果采用分立元件来实现这些，电路就变得非常复杂为实现，而且可靠性低，我们这里采用将A\D转换与数码显示集成一起的芯片TC7107，它将模拟的数字电路集成在一个有40个功能端的电路LM317123《模拟电子》课程设计12内，只须少量的外部元件就可以构成数字显示电路，其引脚图见图五。VBUFF28CAZ29VIN+31VIN-30ACOM32VINT27CREF+34CREF-33VREF+36VREF-35V+1V-26D12C13B14A15F16G17E18D29C210B211A212F213G225E214D315B316C324A323F317G322E318AB419POL20GND21OSC140OSC239OSC338TEST37U5TC7107图6．TC7107引脚图TC7107是一个广泛应用的集成电路，它包含3又2分之1Ａ／Ｄ转换器，可直接驱动ＬＥＤ数码管，内部设有参考电压，独立模拟开关，逻辑控制，自动调零等。其引脚功能为：第一脚是供电，正确电压是DC5V。第36脚是基准电压，正确数值是100mV，第26引脚是负电源引脚，正确电压数值是负的，在－3V至－5V都认为正常，但是不能是正电压，也不能是零电压。芯片第31引脚是信号输入引脚，可以输入±199.9mV的电压。在一开始，可以把它接地，造成“0”信号输入，以方便测试。它们是0.22uF,47K,0.47uF阻容网络，这三个元件属于芯片工作的积分网络，不能使用磁片电容。芯片的33和34脚接的104电容也不能使用磁片电容。芯片的电源地是21脚，模拟地是32脚，信号地是30脚，基准地是35脚，通常使用情况下，这4个引脚都接地。输出电压可调范围：1.2V~37V输出负载电流：1.5A输入与输出工作压差