电子技术课程设计-串联型连续可调直流稳压正电源电路.doc

18 电子技术课程设计电 子 技 术课 程 设 计成绩评定表设计课题 ： 串联型连续可调直流稳压正电源电路 学院名称 ： 专业班级 ： 学生姓名 ： 学 号 ： 指导教师 ： 设计地点 ： 31-225 设计时间 ： 2014-7-72014-7-14 指导教师意见：成绩: 签名： 年 月 日0 电 子 技 术课 程 设 计课程设计名称： 串联型连续可调直流稳压正电源电路 专 业 班 级 ： 学 生 姓 名 ： 学 号 ： 指 导 教 师 ： 课程设计地点： 31-225 课程设计时间： 2014-7-72014-7-14 电子技术 课程设计任务书学生姓名专业班级学号题 目串联型连续可调直流稳压正电源电路课题性质工程设计课题来源自拟指导教师 主要内容（参数）运用电子技术知识设计一个串联型连续可调直流稳压正电源电路，设计任务和要求如下：1输出直流电压1.510v可调；2输出电流iom=300ma；（有电流扩展功能）;3稳压系数sr0.05；4具有过流保护功能。任务要求（进度）第1-2天：熟悉课程设计任务及要求，查阅技术资料，确定设计方案。第3-4天：按照确定的方案设计单元电路。要求画出单元电路图，元件及元件参数选择要有依据，各单元电路的设计要有详细论述。第5-6天：撰写课程设计报告。要求内容完整、图表清晰、文理流畅、格式规范、方案合理、设计正确，篇幅合理。主要参考资料1 康华光电子技术基础（模拟部分）（第5版）m北京：高等教育出版社，20042 阎石数字电子技术基础（第5版）m北京：高等教育出版社，20063 陈光明.电子技术书课程设计与综合实训m北京航空航天出版社. 2007审查意见系（教研室）主任签字： 年 月 日 目 录 前言51串联型连续可调直流稳压正电源5 1.1设计方案5 1.2设计所需要元件72设计原理8 2.1电源变压部分9 2.2桥式整流电路部分10 2.3电容滤波电路部分11 2.4直流稳压电路部分12 2.5原理及计算143电路仿真154电路连接测试16 4.1使用仪器16 4.2.测试结果165设计体会17 参考文献19 串联型连续可调直流稳压正电源电路引言 随着社会的发展，科学技术的不断进步，对电子产品的性能要求也更高。我们做为21世纪的一名学电子的大学生，不仅要将理论知识学会，更应该将其应用与我们的日常生活中去，使理论与实践很好的结合起来。电子课程设计是电子技术学习中的一个非常重要的实践环节，能够真正体现我们是否完全吸收了所学的知识。目前，各种直流电源产品充斥着市场，电源技术已经比较成熟。然而，基于成本的考虑，对于电源性能要求不是很高的场合，可采用带有过流保护的集成稳压电路，同样能满足产品的要求。本次设计的题目为设计一串联型可调直流稳压正电源：先是经过家用交流电源流过变压器得到一个大约十五伏的电压u1，然后u1经过一个桥堆进行整流在桥堆的输出端加两个电容c1、c2进行滤波，滤波后再通过lm7812（具体参数参照手册）输出一个固定的12v电压，这样就可以在一路输出固定的电压。在lm7812的输出端加一个电阻r3，调整端加一个固定电阻r1和一电位器r2，这样输出的电压就可以在512v范围内可调。经过自己对试验原理的全面贯彻，以及相关技术的掌握，和反复的调试，经过自己的不断的努力，老师的耐心的指导，终于把这个串联型输出直流稳压输出正电源电路设计出来了。1串联型连续可调直流稳压正电源1.1 设计方案本电路由四部分组成：变压电路、整流电路、滤波电路、稳压电路。（1）变压电路：本电路使用的降压电路是单相交流变压器，选用电压和功率依照后级电路的设计需求而定。 （2） 整流电路：整流电路的主要作用是把经过变压器降压后的交流电通过整流变成单个方向的直流电。但是这种直流电的幅值变化很大。它主要是通过二极管的截止和导通来实现的。常见的整流电路主要有半波整流电路、桥式整流电路等。我们选取桥式整流电路实现设计中的整流功能。（3） 半波整流： 桥式整流：然而单相桥式整流电路与半波整流电路相比，在相同的变压器副边电压下，对二极管的参数要求式一样的，并且还具有输出电压高、变压器利用率高、脉动小、见笑了输出电压的脉动等优点，因此在次设计中我选用单相桥式整流电路。（4） 滤波电路：经整流后的电压仍具有较大的交流分量，不能直接输出变为直流电源，必须通过滤波电路将交流分量滤掉。尽量保留其输出中的直流分量，才能获得比较平滑的直流分量，使之波形变得平滑，接近理想的的直流电源。（5）稳压电路：因为要求输出电压可调，所以选择三端可调式集成稳压器。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。 本实验电路采用输出电压可调且内部有过载保护功能的三端集成稳压器（lm317），一端输出固定12v，另一端设计输出电压512v连续可调。该电路所用器件较少且组装方便。电路原理图如图1.1所示。图1.1 实验电路原理图1.2 设计所需要元件（1）lm317可调式集成三端稳压管lm317，有三条引脚输出，分别是调节端、输出端和输入端，采用to-220的标准封装，外部引脚图如图1.2a所示。调节1脚调节端电压，其输出端电压范围为：12v37v可调，其芯片内有过渡、过热和安全工作区保护，最大输出电流为15a。典型电路如图1.2b所示，通过改变r2的值改变输出电压。图1.2a lm317外部引脚图 图1.2b lm317典型电路2设计原理 220v交流市电先被引入变压器中进行变压，本系统中采用的是24v变压器，故得到24v交流电接入图中，经d1、d2、d3、d4组成的桥式整流电路后可得到只有正半周期的连续波形，经c1、c2大电容滤波，可得到纹波较大的直流电压，在经过小电容滤去高频噪声后就可分别送至各个三端稳压管的输入，在三端稳压管的输出端即可得到对应所需的稳定直流电压，同理在三端稳压管的输出端接入两个电容分别是为了滤去高频噪声和减小纹波，最后在三端稳压管的输出端得到电压稳定，波纹、噪声很小的直流电。可调式集成三端稳压管lm317t调节变阻器r1的值阻即可改变输出的电压值。串联型连续可调直流稳压正电源电路图如图2所示。 图2 串联型连续可调直流稳压正电源电路图2.1 电源变压部分 电源变压器的作用是将电网220v的交流电压vi变换成整流滤波电路所需要的交流电压v2，原理图如图2.1。见公式（21）变压器副边p2与原边的功率p1比为 （21）式中，为变压器的效率。一般小型变压器的效率如表1所示。表1小型变压器的效率图2.1变压器原理图2.2整流电路部分 半波整流电路的利用率低，一般不采用。 全波整流电路由于变压器副线圈的接线较复杂，在实际中叶一般不采用。桥式整流电路电路工作原理:利用二极管正向导通反向截止的工作原理，当u2为正半周时二极管d1、d3导通,d2、d4截止当u2为负半周时二极管d2、d4导通,d1、d3截止。而流过负载的电流的方向是一致的,在负载形成单方向的全波脉动电压。从而实现将交流的电压变为直流电压。主要参数：uo=0.9*ui脉动系数:s=0.67选管原则:if1/2io、ur1.414u2结构简单性能优越，绝大多数整流电路采用桥式整流电路，所以本次工程训练采用桥式整流。 整流电路将交流电压u变成脉动的直流电压。再经滤波电路滤除较大的文波成分，输出文波较小的直流电压。常用的整流滤波电路有全正波整流滤波、桥式整流滤波。我们采用的是桥式整流电路。 四个整流二极管组成单相桥式整流电路，将交流电压.v2变成脉动直流电压，如图2.2a所示,得到输出电压ud,波形图如图2.2b所示。再经过滤波电容c滤除波纹，输出直流电压v3。v3与直流电压v2的有效值v2的关系如下公式（12） v3=(1.11.2)v2（12）每只二极管承受的最大反向电压vrm如下公式（13）所示vrm=2v2 （13）图2.2b电源变压和全桥滤波整流电路图2.2b全桥整流电路波形图2.3电容滤波电路部分整流滤波的电路的输出电压是单一方向的，但是含有较大的交流成分，不能适应大多数电子电路及设备的需要。因此在整流后，还需要用滤波电路将脉动的直流电压变为平滑的直流电压，需要滤波电路。脉动大的直流电压须经过滤波电路滤波变成平滑的脉动小的直流电压，滤波电路的作用是将整流电路输出的单向脉动电压中的交流成分滤掉，负载电流较小的多采用电容滤波电路，负载电流较大的多采用电感滤波电路，对滤波要求高的多采用电容、电感和电阻组成的复杂滤波电路。电网电压的波动范围一般在10左右，滤波电路的输出电压在电网电压和负载电流变化时都降随之改变，因而它的输出电压不稳定。 滤波电路主要有：电容滤波、rc-型滤波、lv-型滤波、l滤波，lc滤波，其中最简单的滤波电路是电容器，其优点：电路简单，负载直流电压较高，纹波也较小，适用于小电流。用大电容电解电容并联即可实现，所以我们采用的就是电容滤波电路。电容滤波电路如图2.3所示，其功能已经能满足本系统的需求。图2.3电容滤波电路2.4 直流稳压电路部分 经过滤波后的输出电流电压仍然存在较大的波纹，而且交流电网电压容许有起伏，随着电网电压的起伏输出电压也会随之变动。此外，经过滤波后输出的直流电压也负载的大小有关，当负载加重的时候，由于输出的电流能力有限，使得输出的电流电压下级。因此，当需要稳定的直流电压的时候，在整流、滤波电路后通常需要配有稳压电路。稳压是该设计方案的主要，也是关键部分。根据设计要求的性能指标，选择可调试三端稳压器。 可调式三端稳压管lm317，外部典型电路如图2.4a所示，其中电阻r2与电位器r1组成输出电压调节器，输出电压uo的表达式如下公式（24）所示：u0=125(1+r1r2)（24） 式中r2一般取120240，r1为精密可调电位器。改变r1的值即可改变输出电压。电容c1可进一步消除纹波，还可起到相位补偿的作用，以防止自激振荡d5用in4148。图2.4 a 外部典型电路图2.4b 直流稳压电路原理图 工作原理：设负载不变，当输入电压u1升高时，因而uo随之增大，即稳压管端电压uz增大吗。 由图2.4c所示稳压管伏安特性可知，稳压管电压微小增大，使流过稳压管的电流idz急剧增大，ir随之增大，以致电阻r上的压降ur增大，从而抵消了ui的升高，时输出电压uo基本不变。同理当输入电压ui降低时，各值的变化与上述相反，从而使得输出电压稳定。 图2.4d 稳压管伏安特性 如图2.4e为带调整管的稳压电路，由于电路中引入了电压负反馈，因而可以稳定输出电压图2.4e带调整管的稳压电路图 2.5 原理及计算 选择变压器时，根据变压器副边输出的功率p2来选取变压器。由公式（12）可得变压器副边的输出电压v2与稳压器输入电压v3的关系。v2的值不能取大，v2越大，稳压器的压差越大，功耗也就越大。一般取v2v3min/1.1，i2imaxo。本系统中输入电压的范围是13vv342v。副边电压v213/1.1v，取v2=12v，副边电流i2iomax=1a，则变压器副边输出功率p2v2i2=12w，由表1可知变压器效率为=0.7，则原边输入p1p2/=17.1w。选用的变压器的功率大于此值即可。 整流二极管d选用1n4007，其承受的最大反向电压为1000v，if=1a。满足6vrm2v2，if=imaxo条件。 滤波电容c的容量可由纹波电压vpop-和稳压系数sv来确定。已知，v0=11v，v3=13v，vpop-=5m，sv=3103，由式（25a）计算稳压器的输入电压变化量v1dd-（25a）代入计算得3vd=1.97v，由下式（25b）可得电容c的容量（25b） 其中，t电容c放电时间，t=2/t=0.01s，ic电容c放电电流，可取ic=iomax=1a，则c=5076f，电容的耐压值应大于2v2=16.92v。故取2只3300f/50v电容并联。 通过前面的计算，已经得到了所有元件的参数。这样就得到完整的连续可调稳压电源电路图。这里计算的其实都还只是初步的参数，实际组装完毕后应该仔细测量电源的各项指标是否符合要求，各部分元件工作是否正常。如果发现问题，应该根据实际情况作出调整。根据调整的结果来修正原理图中的电路参数，最终完成稳压电源的设计。3电路仿真 电路设计图如3.1和3.2所示，由变压器降压后连接一个桥堆整流，再并联三个电容作为滤波作用，再连接一个稳压器，稳压器的调整端串联一个电位器和一个电阻，与稳压器并联一个三极管c极与稳压器输入端相连b极与输出端相连，稳压器输出端在串联相互两个并联的电容，同时一个稳压二极管与稳压管并联。设稳压管公共端电流为i1，则输出电压为u0=（1+（r3+r4）u1+i1r2通常，i1为几毫安。由于i1是稳压器自身的参数，当其变化时将影响输出电压，实用电路中可用电压跟随器与取样电压隔离。此时稳压管的输出电压u1作为基准电压，等于r2和r3、r4电位器阻值上的电压值和，所以输出电压为 ud2*（r1+r2+r3)/(r4+r3)u0(r1+r2+r3)/r4*ud2图3.1 最小输出电压仿真图图3.2最大输出电压仿真图4电路测试4.1使用仪器 使用的仪器有：vc9808数字万用表，直流散热小风扇。4.2测试结果 1.使用数字万用表+20v档测量可得的输出电压从1.73v到10.15v连续可调。使用散热风扇测试。测试结果为：当风扇两端电压为1.73v时，流过风扇的电流为0.01ma。当风扇两端的电压为4.83v时，流过风扇的电流为0.03ma。当风扇两端的电压为6.68v时，流过风扇的电流为0.03ma。当风扇两端的电压为8.03v时，流过风扇的电流为0.04ma。当风扇两端的电压为9.04v时，流过风扇的电流为0.05ma。当风扇两端的电压为10.15v时，流过风扇的电流为0.05ma。测试结果均满足设计的基本要求。 2. 调试稳压系数 由仿真可知，当输入有效值为220v、电位器阻值为100k、空载时输出电压为2.386v；其他条件不变，使输入电压为242v(增大10%)，输出电压为2.388v；其他条件不变，使输入电压为198v（减小10%），输出电压为2.383v；由此可知该电路的稳压系数为sr=uo/uiui/uo=（2.388-2.383）/（242-198）（220/2.386）100%=0.01050.05 因而稳压系数达到要求。5设计体会 通过这次设计，让我懂得了电子技术的魅力，特别是自己在完成任务的那一刻，终于看到了努力的成果，那种喜悦之情油然而生，顿时涌上心头。虽然比较顺利地完成了作业，但还有好多地方需要提高。比如，在电路布局布线方面还要加强锻炼，在焊接前要对每个元器件进行测量和性能测试，防止不必要的人为问题发生。最后就是要学会有理