直流稳压电源说明书

1、中北大学课程设计说明书学生姓名：张森文学 号：1106024241学院：仪器与电子学院专业：微电子科学与工程题目：直流稳压电源电路设计指导教师：王红亮 职称:副教授2014 年 1 月 5 日1、课程设计目的 12、 课 程 设 计 内 容 和 要求 12.1、 设计内容 12.2、设计要求 13、设计方案及实现情况 13.1、设计思路 13.2、 工作原理及框图 23.3、 硬件电路原理图 63.4、PCB版图设计 74、课程设计总结 85、参考文献 81、设计目的(1) 掌握电子电路的一般设计方法和设计流程；(2) 学习简单电路系统设计，掌握 Protel99或其它工具软件的使用方法；(3

2、) 了解直流稳压电源电路的基本原理及相关模块逻辑功能和使用方法；(4) 学习掌握硬件电路设计的全过程。2、设计内容和要求2.1、设计内容设计一个直流稳压电源。2.2、设计要求(1) 查阅所用器件技术资料，详细说明设计的直流稳压电源电路工作流程；(2) 输入交流220V ,f=50Hz ;输出3V12V线性变化且可调，输出电流W 1A(3) 稳压系数SrW 0.01纹波电压w 30mV(4) 具有过电流及短路保护功能3、设计方案及实现情况3.1、设计思路(1) 直流稳压电源的基本原理：线性稳压电源一般由电源变压器、整流、滤波电路及稳压电路组成，基本框图1所示:图1AC直流稳压电源的基本框图过程：

3、输入交流220V，整流一f=50Hz 后,滤输出显示波为了得到3V12V线性变化输出电压,必须先经过电源变压器将输入电压变为所需要的交流电压，然后经过整流电路变成单向直流电压，单向直流电压经过滤波电路后变成较平滑单向直流电压，最后经过稳压电路，得到的是稳定的输出电压，而且随输入交流电压或者负载电阻变 化都基本保持稳定3.2、工作原理及框图1、电源变压器：电源变压器T的作用是将电网220V的交流电压变换成整 流滤波电路所需要的交流电压 Ui。变压器的副边与原边的功率比为 P2/P仁n式中n为变压器的效率。这里的变压器是是降压变压器，将 220V, f=50Hz的交流 电压变换成符合所需的交流电压

4、。 此外，变压器还能将外输入电压与直流电源隔 离开。2、整流电路：将变压后的交流电压转变为单向脉动电压。 变换后的电压不能直接给负载供电，因为脉动电压有较大的纹波波动，会影响负载的性能指标。 整流电路有三相半波整流电路和三相桥式整流电路。三项桥式整流电路的输出平均电压高，电压脉动小，品质因数高，因此多用桥式整流电路。3、 滤波电路：将由整流电路输出的单向脉动电压进行平滑， 滤除掉大部分 交流，得到平滑的直流电压。滤波部分是个低通滤波器，通常有电容滤波、电感 滤波、电阻电容滤波等。4、稳压电路：尽管经过整流滤波后电压接近于直流电压， 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

5、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。（1）稳压电源性能指标及测试方法1、稳压系数：在负载电流、环境温度不变的情况下，输入电压的相对变化引起 输出电压的相对变化，即Uo UoUi Ui2、纹波电压：最大纹波电压 在额定输出电压和负载电流下， 输出电压的纹波 （包括噪声）的绝对值大小，通常以峰一峰值或有效值表示。纹波系数丫在额定负载电流下，输出纹波电压的有效值 Urms与输出直流电 压Uo之比U rmsUo100%（2）电路选择1、变压器电源变压器T的作用是将输入220V的交流电压变换成整流滤波电路所需要的交流电压Ui。根据需要，我们选取了 15V的变压器。2、整流

6、电路： 全波桥式整流电路全波桥式整流电路如图2所示，图中4个二极管接成电桥的形式，故有桥式整流之称。图3所示为该电路的简化画法1 =图2全波桥式整流电路图 3全波桥式整流电路简化画法该电路工作原理：参见图 2，设变压器次级电压U2=U2msint=U2si其 中U2m为其幅值，U2为有效值。在电压U2的正半周期时，二极管 Di、D3因受 正向偏压而导通，D2、D4因承受反向电压而截止；在电压 U2的负半周期时，二 极管因受D2、D4正向偏压而导通，Di、D3因承受反向电压而截止。U2和Ul的 波形如下图所示，显然，输入电压是双极性，而输出电压是单极性，且是全波波 形，输出电压与输入电压的幅值基

7、本相等。由理论分析可得，输出全波单向脉冲电压的平均值即直流分量为o图4全波整流电路的波形UL0=2U2m/二二红 U2P.9U2n其纹波系数为UlL0式中，Ul为谐波（只有偶次谐波）电压总有效值，其值应为Ul丫 二 uL2Wu； -ul。由公式通过计算可得 佚0.48由结果可见，全波整流电路的输出电压纹波比 半波整流电路小得多，但仍然较大，故需用滤波电路来滤除纹波电压。全波整流电路中的二极管安全工作条件为：a) 二极管的最大整流电流必须大于实际流过二极管平均电。由于4个二极 管是两两轮流导通的，因此有If Ido=O.5U lo/Rl=O.45U2/Rlb) 二极管的最大反向工作电压 Ur必须

8、大于二极管实际所承受的最大反向峰值电压Urm，即Ur Urm =U23、滤波电路：电感滤波是利用电感对脉动电流产生反电动势，阻碍电流变化来 实现的，电感越大，滤波效果越好。它一般用于负载电流大、对滤波要求不高的 场台。RC滤波电路是电阻和电容连接使用的滤波电路，由于电阻会降低一部分 直流电压，直流输出电压会减小，因此只适用于小电流电路。电容滤波是利用电 容的充放电作用使整流输出电压变得平稳，而且电压幅值升高，滤波效果好，适于各种整流电路。滤波电容的选择主要是种类和容量、 耐压值的确定。一般当整 流输出电流大时，必须用电解电容滤波稳压；输出电流小时，用一般电容或电解 电容滤波都可以。本题要求输出

9、电路为 1A，输出电流较大，故选用电解电容滤 波稳压。整流滤波电路对电容器的容量和耐压值要求不是太高，一般根据输出电流大小估算电容器的容量，输出电流大，容量就大；电流小，容量就小。但是， 容量太大会降低输出电压值，太小则会导致电压脉动大、 不稳定。耐压值一般取 所接电路工作电压的1.52倍，容量确定可参考表1。表1 输出电流和滤波电容容量的关系输出电流V; 3.C7V V(p p) I 6=37 n ViTrl); 3,07 V V(dc: 3.07 VI： 3.07mAI(p-p)s 69? 口區 J, 0 7 KiAKdcji 3.07 mft Fi-fl-l回吃C2=71 mF图8变阻器

10、0%时，仿真结果图D31N4(W2CiP u? : L Mil7HVH图7电路原理图(2) 仿真测试 变阻器阻值为0时输出电压3.07V，输出电流为3.07mA。见图8v(dc)! 15-d V-2. 16 UAJ(p qpju 7.7S3 nA TCrjg)； 2.l7uA iCdc)* 2. 3 7 uA Free. ； 100 HZ 变阻器阻值为720Q (50%)时输出电压7.69V，输出电流为7.69mA。见图9loonr就 i皿。Y: 7.69 VV(p)j* 1-SJidV (ws): 7.ft& Wg ?-M v 比?.9 mAIt嚼* 1 rtA I(rrra: 7.651

11、mA gj; U mA Frrq.: 190 H?vfr； i啤鼻帖V(dc)： K.fl V Ci 2. 15 uA Ito-Q): Il SiMii ttrms): _trms:戈.Its uA Hg； 2.16uAFreq, j IdQ Hur-T.drioDuF1W40O2OP:M2Key-AR3 IkD图9变阻器50%时，仿真结杲图 变阻器1440Q (100%)时输出电圧为123，输出电流为12.3mA。见图10 T V*$*r、F *V(dc)s KB V.Il 2.16 uAI(p-ps 15.3nA Krm?: 2. ： 2.15 UA Freq.: 100 Hz41 UOn

12、f1B4B4?GNDIOOuF100%VtrmjJis 0 V 就此)：L2.JVI： 12.3mA Itp-p)： 1.15UA1.44ikl忸1Z3V-! Vtou)： 1.15 fflV3 (rm*)； 0 A ICdC)： lilmA Freq.ii Ct 土*mF乐 2 1N4oa2GP.112；IMtIITHVHCJZj-100uF图10变阻器100%时，仿真结果图3.4、PCB版图设计图11 AD原理图图 12AD PCB 图4、课程设计总结在本次课程设计当中，需要我们熟悉元器件的特性以及应用方法。 虽然是在 书本上学到的，但在实际操作运用中还存在很多问题。比如仿真软件altiumdesigner (protel99s9，平常没怎么用过，一到用时手忙脚乱，经常出错。这次 课设，让我意识到了将学与用相结合，促进所学的灵活运用，才是重点。本次课 程设计，巩固了我们学习过的专业知识，也使我们把理论与实践从真正意义上相 结合了起来；考验了我们借助互联网络搜集、查阅相关文献资料，和组织材料的 综合能力；从中可以自我测验，认识到自己哪方面有欠缺、不足，以便于在日后 的学习中得以改进、提高。5、主要参