电子CAD设计报告规范文档—12V双极性电源的设计

V12双极性稳压电源电子线路CAD综合训练课程设计报告题目12V双极性稳压电路学号3110431031班级电子112班学生赵锐指导教师杨媛2013年V12双极性稳压电源2目录1设计任务及要求...............................................................................................................................32直流稳压电源...................................................................................................................................33电路设计...........................................................................................................................................43.1变压器....................................................................................................................................43.2整流电路................................................................................................................................53.3滤波电路...............................................................................................................................63.4稳压电路...............................................................................................................................84PCB设计........................................................................................................................................104.1AltiumDesignerwinter09简介.........................................................................................104.2原理图的绘制.......................................................................................................................114.3PCB封装的添加与绘制......................................................................................................114.4元器件排版PCB的生成...................................................................................................124.5布线、覆铜及DRC检查..................................................................................................125仿真.................................................................................................................................................165.1Multisim简介......................................................................................................................165.2Multisim对所设计电路进行仿真......................................................................................165.3仿真结果.............................................................................................................................176总结.................................................................................................................................................18参考文献............................................................................................................................................19V12双极性稳压电源31设计任务及要求设计一个输入220V交流电压，经双路变压（两路16V）、整流、双路稳压后输出±12V直流电压电源。完成电路原理设计，元件选取及参数计算，并完成PCB制板，进行软件仿真。2直流稳压电源在电子电路及设备中，一般都需要稳定的直流电源供电，提供这种稳定的直流电能的电源就是直流稳压电源。直流稳压电源在电源技术中占有十分重要的地位。它由变压、整流、滤波、稳压四部分电路组成，如图1-1所示：图1-1直流电源的方框图（1）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，变压器的变比由变压器的副边电压确定。（2）整流电路，整流电路将交流电压变换成脉动的直流电压。再经滤波电路滤除较大的纹波成分，输出纹波较小的直流电压。常用的整流滤波电路有全波整流滤波、桥式整流滤波等。（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。常用的集成稳压器有固定式三端稳压器与可调式三端稳压器。T工频交流脉动直流直流整流滤波稳压负载V12双极性稳压电源43电路设计整体原理图如图3-1所示：图3-1整体电路原理图3.1变压器按设计要求，变压器为220V输入双路16V输出，考虑到负载功率的问题，应该选择功率较大的变压器，本设计中选定EI型全铜变压器220V转16V交流35W电感变压器。35W已经完全满足设计要求和安全功率。原理图和PCB封装分别如图3-2和图3-3所示：图3-2变压器原理图图3-3变压器PCB封装V12双极性稳压电源53.2整流电路本次设计采用单相桥式整流电路，它由四只二极管组成，其构成原则就是保证在变压器副边电压2u的整个周期内，负载上的电压和电流方向始终不变。整流桥如图3-4所示图3-4单相桥式整流路在u2的正半周内，二极管D1、D3导通，D2、D4截止；u2的负半周内，D2、D4导通，D1、D3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3-5所示：图3-5整流电路输出波形V12双极性稳压电源6（1）输出电压平均值ttdUAVosin21u02)(（3-1）解得22)(o9.022uUUAV（3-2）V16U2则V4.14uAV0（3-3）（2）输出电流平均值LLAVoAVRURu2o9.0I（3-4）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AD0DI21I（3-5）电路中的每只二极管承受的最大反向电压为2U2=22.6V(U2是变压器副边电压有效值)。V6.22U2U2反（3-6）在实际电路中，考虑到电网电压的波动范围为%10，故在选用二极管时，至少应该有10%的余量，选择最大整流电流FI和最高反向工作电压RMU分别为：21.1IFAVoI（3-7）86.241.121.1U2RM反UUV（3-8）根据FI和RMU可以确定二极管，本次选用1N4002，其最大整流电流为1.0A，最大反向电压100V，最大功耗3W，它完全符合设计要求。3.3滤波电路整流电路的输出电压虽然是单一方向的，但是还含有较大的交流成分，不能直接用于大多数电子电路及设备的电源。因此，在整流后，还需要设计一个滤波电路来将脉动直流电压变为平滑的直流电压。滤波电路有许多种形式，常见的有：电容滤波电路、电感滤波电路、LC滤波电路以及RC或LC型滤波电路。表3-1为各种滤波电路的性能比较。V12双极性稳压电源7表3-1各种滤波电路性能的比较滤波电路常用于滤去整流输出电压中的纹波。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。在本设计中，选用最简单易行的电容滤波电路。如图3-1中，电容C1到C8都为滤波电容。其中小电容C3，C4，C7，C8一方面能消除PCB导线感抗对电源的影响，防止自激震荡；另一方面也能滤去电压中的高频部分。直流输出电压：210U2.1~1u(3-9)直流输出电流：3~1.1II201(3-10)2I是变压器副边电流的有效值。RLC(LR为负载阻值)越大，电容器放电越慢，输出电压平均值越大。一般可选放电时间常数RLC大于C的充电周期(3~5)倍。对桥式整流来说,C的充电周期等于交流电网周期的一半，即sHZf02.05011T(3-11)(3~5)2LTRC，设计选取s05.02T*5CRL(3-12)式3-12中，T为电容的充电周期，RL为负载电阻，2.19A1U2.1IUR20101L(3-13)F2.6F0026.02R5TCL(3-14)性能类型电容滤波电感滤波LC滤波RC或LC型滤波2AV0Uu1.20.90.91.2小大大小适用场合小电流负载大电流负载适应性较强小电流负载V12双极性稳压电源8由于采用电解电容，考虑到电网电压的波动范围为10%，电容的耐压值应大于V82.24U21.12。结合上面的数据，本次设计选取了电解电容C1，C2，C5，C6，耐压值25V，3uF；C3，C4，C7，C8为陶瓷电容，容值0.1uF。3.4稳压电路虽然整流滤波电路能将正弦电流电压转化为较为平滑的直流电压，但是，一方面，由于输出电压平均值取决于变压器副边电压有效值，所以当电网电压波动时，输出电压平均值将随之波动；另一方面，由于整流滤波电路内阻的存在，当负载变化时，内阻的电压随之改变，于是输出电压平均值也就随之产生