多路高精度直流稳压电源

-.z多路高精度直流稳压电源的设计一、设计目的1．学习根本理论在实践中综合运用的初步经历，掌握模拟电路设计的根本方法、设计步骤，培养综合设计与调试能力。2．学会直流稳压电源的设计方法和性能指标测试方法。3．培养实践技能，提高分析和解决实际问题的能力。二、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=+3V～+9V②最大输出电流：Ioma*=800mA③输出电压变化量：ΔUo≤15mV④稳压系数：SV≤0.0032．设计电路构造，选择电路元件，计算确定元件参数，画出实用原理电路图。3．自拟实验方法、步骤及数据表格，提出测试所需仪器及元器件的规格、数量，交指导教师审核。4.批准后，进实验室进展组装、调试，并测试其主要性能参数。三、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式。〔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到达所规定的指标。〔3〕重点测试稳压电路的稳压系数。〔4〕将各模块电路连起来，整机调试，并测量该系统的各项指标。四、总体设计思路1．直流稳压电源设计思路〔1〕电网供电电压交流220V(有效值)50Hz，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交流电压。〔2〕降压后的交流电压，通过整流电路变成单向直流电，但其幅度变化大〔即脉动大〕。〔3〕脉动大的直流电压须经过滤波电路变成平滑，脉动小的直流电，即将交流成份滤掉，保存其直流成份。〔4〕滤波后的直流电压，再通过稳压电路稳压，便可得到根本不受外界影响的稳定直流电压输出，供应负载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，见图1。图1直流稳压电源方框图其中：〔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，变压器的变比由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局部加以滤除，从而得到比拟平滑的直流电压。〔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。整流电路常采用二极管单相全波整流电路，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。电路的输出波形如下图。图2整流电路及输出波形图在桥式整流电路中，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(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与负载电阻串联，以到达使输出波形根本平滑的目的。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3。图3稳压电路原理图3．设计方法简介〔1〕根据设计所要求的性能指标，选择集成三端稳压器。图4LM317管脚和典型电路图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*围为1.2V~37V，最大输出电流为1.5A。稳压内部含有过流、过热保护电路，具有平安可靠，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系列的引脚功能一样，管脚图和典型电路如图4.输出电压表达式为:式中，1.25是集成稳压块输出端与调整端之间的固有参考电压，此电压加于给定电阻两端，将产生一个恒定电流通过输出电压调节电位器，电阻常取值，一般使用精细电位器，与其并联的电容器C可进一步减小输出电压的纹波。图中参加了二极管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*围：1.2V～37V输出负载电流：1.5A输入与输出工作压差ΔU=Ui-Uo：3～40V能满足设计要求,应选用LM317组成稳压电路。〔2〕选择电源变压器1〕确定副边电压U2:根据性能指标要求：Uomin=3VUoma*=9V又∵Ui-Uoma*≥(Ui-Uo)minUi-Uoin≤(Ui-Uo)ma*其中：〔Ui-Uoin〕min=3V，(Ui-Uo)ma*=40V∴12V≤Ui≤43V此*围中可任选：Ui=14V=Uo1根据Uo1=(1.1～1.2)U2可得变压的副边电压：2〕确定变压器副边电流I2∵Io1=Io又副边电流I2=(1.5～2)IO1取IO=IOma*=800mA则I2=1.5＊0.8A=1.2A3〕选择变压器的功率变压器的输出功率：Po>I2U2=14.4W〔3〕选择整流电路中的二极管∵变压器的副边电压U2=12V∴桥式整流电路中的二极管承受的最高反向电压为：桥式整流电路中二极管承受的最高平均电流为：查手册选整流二极管IN4001，其参数为：反向击穿电压UBR=50V>17V最大整流电流IF=1A>0.4A〔4〕滤波电路中滤波电容的选择滤波电容的大小可用式求得。1〕求ΔUi:根据稳压电路的的稳压系数的定义：设计要求ΔUo≤15mV，SV≤0.003Uo=+3V～+9VUi=14V代入上式，则可求得ΔUi2〕滤波电容C设定Io=Ioma*=0.8A，t=0.01S则可求得C。电路中滤波电容承受的最高电压为，所以所选电容器的耐压应大于17V。注意：因为大容量电解电容有一定的绕制电感分布电感，易引起自激振荡，形成高频干扰，所以稳压器的输入、输出端常并入瓷介质小容量电容用来抵消电感效应，抑制高频干扰。五、实验设备及元器件1.万用表2.示波器3.交流毫伏表4.稳压芯片LM317，7805等六、测试要求1．测试并记录电路中各环节的输出波形。2．测量稳压电源输出电压的调整*围及最大输出电流。3．测量输出电阻Ro。4．测量稳压系数。用改变输入交流电压的方法，模拟Ui的变化，测出对应的输出直流电压的变化，则可算出稳压系数SV.〔注意：用调压器使220V交流改变±10％。即ΔUi=44V〕5．用毫伏表可测量输出直流电压中的交流纹波电压大小，并用示波器观察、记录其波形。6．分析测量结果，并讨论提出改良意见。七、设计报告要求1．设计目的。2．设计指标。3．总体设计框图，并说明每个模块所实现的功能。4．功能模块，可有多个方案，并进展方案论证与比拟，要有详细的原理说明。5．总电路图设计，有原理说明。6．实现仪器，工具。7．分析测量结果，并讨论提出改良意