多路输出直流稳压电源

中南民族大学课程设计题目多路输出直流稳压电源学院计算机科学学院专业自动化班级一班姓名指导教师2023年6月20日电子技术课程设计任务书设计题目：多路输出直流稳压电源学生姓名：专业班级：自动化一班学号：指导教师签名：2023年6月20日一、设计条件1．可选元件〔或自备元件〕：变压器〔±15V/15W〕： 一只整流二极管或整流桥： 假设干电阻、电容、电位器： 假设干三端集成稳压器： 假设干2．可用仪器：万用表，示波器，毫伏表，信号发生器，直流稳压源二、设计任务及要求1．设计任务根据技术要求和条件，完成对多路输出直流稳压电源的设计、装配与调试。变压器变压器滤波稳压AC220V±12V、±5V、+3V~+18V直流输出2．设计要求〔1〕将220V/50Hz交流电源转换为五路直流稳压电源输出：±12V/1A；±5V/1A；可调节+3V~+18V/1A。〔2〕选择电路方案，完成对确定方案电路的设计。计算电路元件参数，选择元件，画出总体电路原理图，阐述根本原理。〔用Proteus或MultiSim软件完成仿真〕〔3〕安装调试并按规定格式写出课程设计报告书。三、时间安排1．第10周：布置设计任务，讲解设计要求、实施方案、设计报告等要求。完成选题。2．第10~14周：完成资料查阅、设计、仿真。3．第15~16周：制作与调试，完成课程设计报告撰写。4．第16~17周：提交课程设计报告，课程设计验收，辩论。目录摘要11绪论22技术指标及要求22.1设计任务及要求22.1.1设计任务22.1.2设计要求22.2设计思想23方案论证及整体电路工作原理33.1方案论证33.1.1变压器33.1.2整流33.1.3集成稳压片33.2整体电路工作原理34单元电路设计：计算、元器件选择及电路图44.1可调电压电路电阻的计算44.2电源变压器的计算44.3整流桥及滤波电容的计算45测试结果及与理论指标比照分析65.1输出电压65.2测试结果与理论指标分析66整体电路图、元件及器件明细76.1整体电路图76.2元件及器件明细77成果评价、设计特点、存在的问题及改良意见87.1成果的评价87.2本设计的特点97.3存在的问题和改良的意见9参考文献9摘要直流稳压电源一般是由电源变压器、整流、滤涉及稳压电路所组成。变压器把市电交流电压变为所需要的低压交流电。整流电路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，本次设计主要使用了LM317、7805、7905、7812和7912等集成电路，实现输出±5V、±12V电压及一路+3V~+18V可调电压。稳压电路采用集成稳压器。关键词变压；整流；滤波；稳压1绪论人类社会已经进入信息化时代，信息社会的开展离不开电子产品的开展。而现代电子产品又离不开电源，如果没有一个好的直流电源，我们的大多数的电子产品将无法使用。在实际电路中，需要的大多数是大于等于3V和小于18V的直流电，我们不可能去买干电池去满足这一要求。为此，我们的电子产品一定需要一个能把市电转变成我们所需要的直流电的稳压电源。由于不同的电子产品可能需要不同的电源，设计可调电源就会使需不同电源的电子产品得到与它匹配的电源，从而使得它能正常工作，使它的工作效率到达最高。电源的优劣将会决定电子产品的使用寿命，因此，我们需要的是高质量的直流电源。交流电网220V的电压通过电源变压器将变为需要的电压值，然后通过整流电路将交流电压变成脉动的直流电压。由于此脉动的直流电压还含有较大的纹波，必须通过滤波电路加以滤波，从而得到平滑的直流电压。但这样的电压还是会随电网电压波动、负载和温度等的变化而变化。因而在整流、滤波电路之后，还须接稳压电路，保证输出的直流电压稳定。此次集成直流电源的课程设计，要求输出±5、±12V以及3～18V连续可调的电压。要能顺利完成者一设计，这就需要不仅熟悉了解课本上的知识，还要学会将理论知识应用到实践中，并学会利用书籍资料来帮助自己。2技术指标及要求2.1设计任务及要求2.1.1设计任务根据任务书的要求，需要设计降压、整流、滤涉及稳压等环节，稳压环节还需要一种可调节电压电路，完成对多路输出直流稳压电源的设计、装配与调试。变压器变压器整流滤波稳压AC220V±12V、±5V、+稳压3V~+18V直流输出2.1.2设计要求〔1〕设计一个多路输出直流稳压电源，可将220V/50Hz交流电转换为多路直流稳压电源，输出：±12V/1A，±5V/1A，一组可调电压+3~+18V/1A。〔2〕选择电路方案，确定电路方案的设计。计算电路元件参数与元件选择、并画出总体电路原理图，阐述根本原理。2.2设计思想本次设计首先采用变压器把220V交流电变成所需要的电压；整流，利用二极管的单向导电性，可以设计出把交流电变成直流电的电路；再根据电容的滤波作用，输出纹波较小的直流电，从而得到平滑的直流电压；最后通过稳压块的稳压作用，就可以得到输出稳定的直流电。3方案论证及整体电路工作原理3.1方案论证论证变压器、整流和集成稳压片的选择。3.1.1变压器根据设计要求，输出最大电源为+18V/1A，因此，输出的最大功率为18W。另外，为了输出正、负电压，所以可以选择220V/±15V/18W的变压器。3.1.2整流因为选择了三端输出的变压器，所以整流桥可以选择单桥整流桥或由四个二极管构成整流。选择单桥整流的电路和四个二极管的效果一样，但是单桥整流桥所需经费要高。从电路的结构和经济两方面出发，最后决定选择了由四个二极管构成整流较好。3.1.3集成稳压片由设计要求知，要输出±5V，±12V，+3~+18V。方案一：采用LM317及LM337分别组成独立的可调电压源。LM317可调式三端稳压器电源能够连续输出可调的直流电压，不过它只能允许可调的正电压，稳压器内部含有过流，过热保护电路；由一个电阻〔R〕和一个可变电位器()组成电压输出调节电路，输出电压为：[1]。LM337输出为负的可调电压，采用两个独立的变压器分别和LM317及LM337组装，操作比拟简单。方案二：采用LM317可调式三端稳压器以及LM78XX、79XX系列稳压电源。同方案一中，LM317可以输出3~18V的正相电压且稳压器内部含有过流，过热保护电路，而LM7805和LM7905可以分别输出稳定的+5V和-5V、LM7812和LM7912可以分别输出+12和-12V，相较方案一而言，此电路在制作上难度有所下降而且原理结构简单，此电源就选用了LM317以及LM78XX、79XX系列稳压电源。3.2整体电路工作原理根据交流电变成直流电的原理，该设计问题按先后顺序可分为变压电路、整流电路、滤波电路、稳压电路，其流程图如图1所示。电源变压器整流电路电源变压器整流电路滤波电路稳压电路220VVO图1流程图4单元电路设计：计算、元器件选择及电路图4.1可调电压电路电阻的计算图2为可调稳压电路。图2可调稳压电路为保证空载情况下输出电源稳定，R1不宜高于240Ω。取R1=200Ω。由LM317的性质可得：当输出为+3~+18V可调时，经计算得R2=280Ω，RV1min=0Ω,RV1max=2400Ω。实际上不可能到达这一要求，以防实际工作中出现误差，保存一定的余度。故取R2为选用一个500Ω的电位器，因此可调500Ω电位器可以满足R2=280Ω,RV1=2.5KΩ的可调电位器，由于资源有限，所以本设计就选用了5.1K的电位器并联上一个5.1K的电阻，其有效电阻了2.55KΩ的可调电位器，此值可满足RV1max=2400Ω的要求。4.2电源变压器的计算通常根据变压器的副边输出功率来选购变压器。因为LM317的输入电压的范围为：即：18V+3V≤Ui≤3V+40V21V≤Ui≤43VU2≥Uimin/1.2=17.5V取I2=1A，变压器副边输出功率P2≥I2U2=17.5W。变压器的效率η=0.7，那么原边输入功率P≥P2/η=25W。任务书给定变压器只有15W，故所有直流稳压源不能同时进行高功率输出。由上分析，输出电流为1A时，输出电压不可能大于12V。因此，可以选择15W/±15V的变压器。4.3整流及滤波电容的计算电路如图3所示。图3整流滤波电路整流采用由四个二极管1N4007构成整流，其特性参数为URM=2200V，而，那么URM满足要求。当单端输出时，IF=1A，Iomax=1A，那么能满足要求。因为稳压系数 式中，当Uo=18V，Ui=20V，ΔUop-p=10mV，SV=3×10-3那么 所以滤波电容为当Uo=12V，Ui=21V，ΔUop-p=10mV，SV=3×10-3那么 所以滤波电容为可调稳压电路电容C的耐压值应大于，不可调稳压电路电容C的耐压值应大于。由于在采购过程中只买到2个2200µF/50V、2个1000µF/25V电容，由于需要电容大小为2703µF，故实际由一个2200µF/25V和一个1000µF/25V电容并联而得，而构成3300µF/20V电容也并用于可调输出电路的滤波。5测试结果及与理论指标比照分析5.1输出电压输出电压测试结果如表1所示。表1输出电压结果理论值〔V〕+5+12+3~+18-5-12测试值〔V〕+5.07+12.16+3~+19.34-5.05-11.845.2测试结果与理论指标分析在实际电路中，电阻并不是理想电阻，导线和其它的元器件都不是理想的电子器件。在实际连接电路，虽是用万用表测着元器件和串、并联电阻使其尽量接近计算值，但使用的测量仪器有一定的测量误差。同时，在测量最后的输出结果时，测量结果也有一定的误差。所以，最后的测试值与理论指标之间有一定差异。误差分析如表2、表3所示。由表2可知：电压最大误差不超过1.5%，在误差范围之内。而可调输出包括理论要求输出范围，所以测试值符合理论值。由表3可知：电流的误差那么比拟大，经测试输出电流一旦大于0.9A稳压芯片的温度急剧升高，输出电压降低，芯片有烧坏的可能，使用这几个稳压芯片实际上无法满足输出1A电流的要求，而在低电流时那么工作状态良好，所以设计根本到达要求。表2误差分析理论值〔V〕+5+12+3~+18.94-5-12测试值〔V〕+5.07+12.16+3.00+19.34-5.05-11.84误差值〔V〕0.070.1600.40.050.161.4%1.33%0%2.1%1.0%1.33%表3不同电压输出下电流测量结果载输出电压负电流AV压电Ω载输出电压负电流AV压电Ω35.224.720.816.810.45.4+5.070.1440.2030.2430.3000.4810.903-5.05-0.144-0.204-0.244-0.301-0.485-0.922+12.160.3450.4880.5600.642-11.84-0.337-0.478-0.572-0.661+3.00.0850.1210.1450.1780.2870.546+9.00.2550.3620.4340.5350.287+18.00.3820.4940.5550.6340.8206整体电路图、元件及器件明细6.1整体电路图电路如图4所示。6.2元件及器件明细表4元器件清单序号元件器件明细1变压器±15V/15W1个2二极管1N40076个3LM3171个4L7805，L7905各1个5L7812，L7912各1个6电解电容2200μF，1000μF各2个7电解电容470μF2个8电解电容220μF2个9电解电容100μF2个10电解电容10μF2个11瓷片电容0.1μF7个12电位器500Ω、5.1K各1个13电阻200Ω1个10万用板一块11单排排针一排图4完整电路图7成果评价、设计特点、存在的问题及改良意见7.1成果的评价在这次的电源设计中，所测试的电压的结果根本到达设计要求的结果，电流没到达要求，这大概是买芯片的问题，达不到要求的电流。经过个人充分利用课余时间来学习《多路输出直流稳压电源》，让自己很好地理解和掌握了其知识！总的来说，这次设计算是比拟成功的设计。7.2本设计的特点本设计的特点是由220V的市电压由变压器转变成有效值15V的双通道输出电压，将输出的2个支路的输入端均并联到整流局部，得到输出波纹较大的正负两直流输出，由于电压波纹较大，要经过大电容的滤波，从而得到较稳定的直流输出，但是所得的电压不是我们任务设计的要求，所以还要经过稳压片稳压，才能得到符合的电压。选择正电压的直流输出端接到78XX系列的稳压片，经过稳压片的稳压作用，这样就可以进行5个端口的同时输出分别是+5V\-5V\+12V\-12V\-3~+18V的多路输出直流稳压电源。该电路具有其独特的特点，即为：结构简单，思路清晰，连接电路方便。实验原理简单,在使用LM7805、LM7905、LM7812、LM7912的电路中,用最少的元器件完成实验要求。7.3存在的问题和改良的意见当输出的电压较高时，纹波比拟大，影响了电源的质量。使得一些用电器不能到达理想的工作状态，比方功放，使用时可能杂音较大。因此，当一些用电器需要低纹波的电源时，此电源就不太适用。当要使用时，就需要改良电源，所取的滤波电容要取得大一点，对减小纹波有很大的作用。在设计完电路之后，当然是由我们自己动手进行焊板，在焊板中，我和大家同样遇到各种不同的问题，经过自己的一番努力，最后终于解决了，成功的做出实体。有时候虽然用电脑仿真放出来的效果很完美，到自己做实物的时候就遇到很多情况和仿真差异很大。有时时由于自己的操作问题，有时候是元器件问题。在这课程设计做实物过程中，我本人就遇到这样的问题：现象一：在设计电路时，用仿真软件画好电路图，却仿真不出来，经过认真的分析，电路图没有出现错误。解决方案：重新画电路图，重新画好后就可以了。原因：有时候是仿真软件的问题，本人在画其他电路图的时候也偶尔出现这样的问题。现象二：：LM7905的稳压片