集成直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計課程設(shè)計說明書

1、沈陽理工大學裝備工程學院課程設(shè)計說明書摘 要 隨著科技的發(fā)展，電氣、電子設(shè)備已經(jīng)廣泛的應用于日常、科研、學習等各個方面。電源作為電氣、電子設(shè)備必不可少的能源供應部件，需求日益增加，而且對電源的功能、穩(wěn)定性等各項指標也提出了更高的要求。對電源的研究和開發(fā)已經(jīng)成為新技術(shù)、新設(shè)備開發(fā)的重要環(huán)節(jié)，在推動科技發(fā)展中起著重要作用。本設(shè)計主要用串聯(lián)型穩(wěn)壓電路設(shè)計直流穩(wěn)壓電源，通過相關(guān)知識計算出各電路中各個器件的參數(shù)，使電路性能達到設(shè)計要求中的電壓調(diào)整率，電流調(diào)整率，負載調(diào)整率，紋波電壓等各種指標。關(guān)鍵詞：直流；穩(wěn)壓電源；串聯(lián)型線性穩(wěn)壓；開關(guān)式穩(wěn)壓電源目 錄1 緒 論12 設(shè)計任務22.1課程設(shè)計的目的及意義

2、22.2課程設(shè)計任務與要求22.3 實驗器材22.4課程設(shè)計技術(shù)指標23 集成直流穩(wěn)壓電源的工作原理43.1 集成直流穩(wěn)壓電源概述43.2 變壓部分43.3 整流部分43.4 濾波部分53.5 穩(wěn)壓部分54 電路設(shè)計與調(diào)試64.1 集成直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計與調(diào)試64.1.1集成直流穩(wěn)壓電源的參數(shù)計算原理64.1.2 集成直流穩(wěn)壓電源元器件的選擇64.1.3 集成直流穩(wěn)壓電源電路板實物圖75 實驗結(jié)果分析85.1 集成直流穩(wěn)壓電源電路分析85.1.1整流部分（電路第一部分）8 5.1.2集成穩(wěn)壓部分（電路第二部分）.85.2 集成直流穩(wěn)壓電源結(jié)果分析95.2.1 整流部分結(jié)果95.2.2濾波部分結(jié)

3、果95.2.3穩(wěn)壓部分結(jié)果105.3集成直流穩(wěn)壓電源總電路圖126 總結(jié)13致謝14參考文獻15iii1 緒 論 在電子電路及電子設(shè)備中，通常都需要電壓穩(wěn)定的直流電源供電，作為電子電路中必不可少的組成部分，它的作用之一是為各級電路中的三極管提供合適的偏置，其次是作為整個電子電路能量來源。它是由電源變壓器、整流、濾波和穩(wěn)壓電路等四部分組成。 電源變壓器將交流電網(wǎng)220v的電壓變?yōu)樗枰碾妷褐?，然后通過整流電路將交流電壓變成脈動的直流電壓。由于此脈動的直流電壓還含有較大的紋波，必須通過濾波電路加以濾除，從而得到平滑的直流電壓。但這樣的電壓還隨電網(wǎng)電壓波動（一般有10%左右的波動）、負載和溫度的變

4、化而變化。因而在整流、濾波電路之后，還需接穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓電路的作用是當電網(wǎng)電壓波動、負載和溫度變化時，維持輸出直流電壓穩(wěn)定。直流穩(wěn)壓電源的歷史可追溯到十九世紀，愛迪生發(fā)明電燈時，就曾考慮過穩(wěn)壓器，到二十世紀初，就有鐵磁穩(wěn)壓器以及相應的技術(shù)文獻，電子管問世不久，就有人設(shè)計了電子管直流穩(wěn)壓器，在四十年代后期，電子器件與磁飽和元件相結(jié)合，構(gòu)成了電子控制的磁飽和交流穩(wěn)壓器。五十年代晶體管的誕生使晶體管串聯(lián)調(diào)整穩(wěn)壓電源成了直流穩(wěn)壓電源的中心。六十年代后期，科研人員對穩(wěn)定電源技術(shù)做了新的總結(jié)，使開關(guān)電源，可控硅電源得到快速發(fā)展，與此同時，集成穩(wěn)壓器也不斷發(fā)展。直至今日，在直流穩(wěn)壓電源領(lǐng)域，以電子計算機為代

5、表的要求供電電壓低，電流大的電源大都由開關(guān)電源擔任，要求供電電壓高，電流大的設(shè)備的電源由可控硅電源代之，小電流、低電壓電源都采用集成穩(wěn)壓器?，F(xiàn)在社會在進步，社會在向前發(fā)展，只有掌握先進的技術(shù)，并有一定的動手能力和設(shè)計能力才能在激烈的社會大潮中站得住腳；所以我們選題直流穩(wěn)壓電源的目的，一方面加深對直流穩(wěn)壓電源了解；另一方面鞏固所學的知識，提高自己的動手制作能力和設(shè)計能力。同時為我們以后學習相關(guān)專業(yè)知識打下基礎(chǔ)和積累經(jīng)驗，并且對我們以后的工作也有幫助。2 設(shè)計任務2.1課程設(shè)計的目的及意義通過集成直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計，安裝和調(diào)試，要求學會： （1）選擇變壓器、整流二極管、濾波電容、集成穩(wěn)壓器及相關(guān)元

6、器件設(shè)計直流穩(wěn)壓電源； （2）掌握直流穩(wěn)壓電路的調(diào)試及主要技術(shù)指標的測試方法。2.2課程設(shè)計任務與要求1. 集成穩(wěn)壓電源的主要技術(shù)指標 （1）同時輸出15v電壓、輸出電流為500ma; （2）輸出紋波電壓小于5mv，穩(wěn)壓系數(shù)小于510(-3)，輸出內(nèi)阻小于0.1； （3）加輸出保護電路，最大輸出電流不超過2a。2. 設(shè)計要求 （1）電源變壓器只做理論設(shè)計。 （2）合理選擇集成穩(wěn)壓器及擴流三極管。 （3）保護電路擬采用限流型。 （4）完成全電路理論設(shè)計、安裝調(diào)試、繪制電路圖，自制印刷版。 （5）撰寫設(shè)計報告、調(diào)試總結(jié)報告。2.3 實驗器材計算機、示波器、pcb制作工具（包括：電烙鐵、剪刀、焊錫絲

7、、焊接劑、鑷子等其他焊接工具）、元器件：電阻、電位器、電容、穩(wěn)壓器、交流電源、電源接插件、ic插座、導線等等2.4課程設(shè)計技術(shù)指標（1） 對電路設(shè)計的技術(shù)指標按學生的學號給出，原則上為x.x。例如：學號為21號的學生，當你遇到有特殊指標要求時，如脈寬x.xms時，可視為2.1ms。如果是單學號的學生，整數(shù)位視為零值。（2） 需要調(diào)整參數(shù)的元器件要求使用可調(diào)參數(shù)器件，如電位器等。相關(guān)電路自行設(shè)計。（3） 修改后的電路應有防電源正負極短路的措施。3 集成直流穩(wěn)壓電源的工作原理3.1 集成直流穩(wěn)壓電源概述1直流穩(wěn)壓電源一般由電源變壓器t、整流、濾波電路及穩(wěn)壓電路所組成，基本框圖及其各路段的波形如圖3

8、.1所示。圖3.1 直流穩(wěn)壓電源基本框圖2直流電源的性能指標參數(shù) （1）輸入電壓ui 。 電源所要求的（交流）輸入電壓，在我國一般是220v、50hz的交流電。 （2）額定輸出電壓uo ,電源輸出穩(wěn)定的直流電壓值。 （3）最大輸出電流im。電源在額定輸出電壓uo ，所能提供的最大輸出電流。有時也用最大輸出功率pm 來表示。 （4）穩(wěn)壓系數(shù)sr 。當負載不變時，穩(wěn)壓電路輸出電壓的相對變化量與輸入電壓的相對變化量之比。 這次設(shè)計主要討論的是把電網(wǎng)電壓的單相交流電轉(zhuǎn)換為直流電源的方法及其原理、實現(xiàn)的電路及直流電源的性能指標。 3.2 變壓部分電源變壓器t的作用是將電網(wǎng)220v的交流電壓變換成整流濾波

9、電路所需要的交流電壓ui 。在本次設(shè)計中，為安全起見，直接使用二次電壓ui.3.3 整流部分 工作原理：整流濾波電路的作用是將ui變換成脈動的直流電壓。再經(jīng)濾波電路濾除波紋，輸出直流電壓ui。常用的整流濾波電路有全波整流濾波、橋式整流濾波、倍壓整流濾波。其中橋式整流電路由四只二極管組成的一個電橋，電橋的兩組相對節(jié)點分別接變壓器二次繞組和負載。這種電路有三種畫法，如下圖所示。在工作時，d1、d2與d3、d4輪流導通。在u2正半周，二極管d1和d2正向?qū)?，而d3、d4反向截止，形成負載電流i0，i0流通路徑為：ad1rld2ba，u0=u2；在u2的負半周，二極管d3和d4正向?qū)ǎ鴇1、d2

10、反向截止，形成負載電流i0，i0流通路徑為：bd3rld4ab， u0=u2。 由此可見，不論哪兩只二極管導通，負載電流的方向都始終保持不變。如電路圖3.3。圖3.3三種橋式整流電路3.4 濾波部分 經(jīng)過整流后，輸出電壓在正負方向上沒有變化，但輸出電壓波形仍然保持正弦波的形狀，起伏很大。為了能夠得到平滑的直流電壓波形，需要有濾波的措施。3.5 穩(wěn)壓部分 穩(wěn)壓部分就是利用w78系列和w79系列的芯片即可。需要注意的是，應在輸入端和公共端之間加上一個電容，其作用是防止自激振蕩的產(chǎn)生，提高三端集成穩(wěn)壓的性能，還應在輸出端和公共端之間加上一個電容以減少輸出紋波和低頻干擾。4 電路設(shè)計與調(diào)試4.1 集成

11、直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計與調(diào)試4.1.1集成直流穩(wěn)壓電源的參數(shù)計算原理 （1）穩(wěn)壓系數(shù)sr 穩(wěn)壓系數(shù)又稱為輸入穩(wěn)定系數(shù)，反映輸入電壓vi變化時輸出電壓vo維持不變的能力。sr越小，說明穩(wěn)壓性能越好。 (4.1) （2）電壓調(diào)整率sv sv 僅考慮由輸入電壓變化引起的輸出電壓相對變化量。 （3）電流調(diào)整率si si 僅由輸出電流的變化引起的輸出電壓的相對變化量。 （4）紋波抑制比sr sr是在輸入、輸出條件不變時，輸入紋波電壓的峰峰值vipp與輸出紋波電壓的 峰峰值vopp 之比。 其中穩(wěn)壓系數(shù)r的定義是負載固定是輸出電壓的相對變化量與穩(wěn)壓電路的輸入電壓的相對變化量之比。溫度系數(shù)sr是反映溫度變化對輸

12、出電壓的影響；輸出電阻ro是反映負載電流變化對輸出電壓的影響；波紋電壓是指穩(wěn)壓電路輸出端交流分量的有效值，它表示輸出電壓的微小波動。可見上述系數(shù)越小，輸出電壓越穩(wěn)定。 4.1.2 集成直流穩(wěn)壓電源元器件的選擇見表4.1表4.1 集成直流穩(wěn)壓電源元器件 電容 二極管 三端集成穩(wěn)壓器 100.10.33in4002lm7815lm79154.1.3 集成直流穩(wěn)壓電源電路板實物圖如圖4.1圖4.1集成直流穩(wěn)壓電源實物圖5 實驗結(jié)果分析5.1 集成直流穩(wěn)壓電源電路分析 直流穩(wěn)壓電源一般由電源變壓器，整流濾波電路及穩(wěn)壓電路所組成。電路中，首先將電網(wǎng)電壓利用變壓器得到合適的交流電壓，其次將降壓的交流電通過

13、整流電路變成單向的脈動電壓，這種直流電的脈動成分比較大，往往需要濾波電路將其中的脈動成分濾掉。得到較平滑的直流電。此時的電壓值還會受到電網(wǎng)電壓的波動和負載變化的影響，這樣的直流電源是不穩(wěn)定的，最后加上穩(wěn)壓電路部分，使輸出的直流電壓在電網(wǎng)電壓或負載電流發(fā)生變化時保持穩(wěn)定，從而得到穩(wěn)定的直流電壓。5.1.1整流部分（電路第一部分） 整流電路的作用是將交流降壓電路輸出的電壓較低的交流電轉(zhuǎn)換成單向脈動性直流電，這就是交流電的整流過程，整流電路主要由整流二極管組成。經(jīng)過整流電路之后的電壓已經(jīng)不是交流電壓，而是一種含有直流電壓和交流電壓的混合電壓。習慣上稱單向脈動性直流電壓。如圖5.1 圖5.1整流部分5

14、.1.2集成穩(wěn)壓器部分（電路第二部分） 使用三端集成穩(wěn)壓器我們應注意以下幾點：1. 由輸出電壓15v的設(shè)計要求，本方案的穩(wěn)壓電路采用兩個三端固定穩(wěn)壓器lm7815和lm7915系列三端式集成穩(wěn)壓器的輸出電壓是固定的，在使用中不能進行調(diào)整。2 .在使用中應注意防止輸人端對地短路、防止輸人端和輸出端反接、防止輸入端濾波電路斷路、防止輸出端與其他高電壓電路連接、防止穩(wěn)服器接地端開路等問題，以避免損壞穩(wěn)壓器。3. 三端穩(wěn)壓器是一個功率器件.應采取適當?shù)纳岽胧?，保證集成穩(wěn)壓器能夠在額定輸出電流下正常工作。5.2 集成直流穩(wěn)壓電源結(jié)果分析5.2.1 整流部分結(jié)果 二次側(cè)電壓經(jīng)整流后的波形圖為圖5.1圖5

15、.1二次側(cè)電壓經(jīng)整流后的波形圖5.2.2濾波部分結(jié)果 在直流電源上多是利用電抗元件對交流信號的電抗性質(zhì)，將電容器或電感器與負載電阻恰當連接而構(gòu)成濾波電路。電容有通高頻、阻低頻的作用，將其直接并在整流電路后面，可以讓高頻電流通過電容流回電源，從而減少了流入負載的高頻電流，降低了負載電壓的高頻成分，減小了脈動。濾波電路如圖5.2。圖5.2濾波部分電路圖該電路其實就是在整流電路的后邊加了電容，利用電容的充放電和整流后波形傳播的時間差，當使波形變得較為平緩，圓滑。濾波后的電路波形圖如圖5.3圖5.3濾波后的電路波形圖5.2.3穩(wěn)壓部分結(jié)果其電路圖如圖5.4所示圖5.4穩(wěn)壓部分電路圖電壓經(jīng)過穩(wěn)壓電路之后

16、波形如圖5.5圖5.5穩(wěn)壓后波形圖5.3集成直流穩(wěn)壓電源總電路圖設(shè)計后的電路圖如圖5.6圖5.6集成直流穩(wěn)壓電源電路圖6 總 結(jié)這次模擬電子技術(shù)課程設(shè)計，我和我們組的其他同學共同設(shè)計了這個集成直流穩(wěn)壓電源。在這個過程的開始，感覺真的很艱難，我們?nèi)D書館，查資料不過努力總算沒有白費，我們設(shè)計的集成直流穩(wěn)壓電源最后成功了。很高興，因為這是我做過的第一個課程設(shè)計，并且成功了。在這個過程中，設(shè)計是最難的部分，我認為。其次是焊接電路。焊接時候焊點是最基礎(chǔ)的，我的焊點自認為光滑圓潤，受到了老師的表揚。其次，把買回來的細小的元件一個一個的仔細的焊接到電路板上，再連上細細的導線，極大的考驗了我的耐心。通過這次設(shè)計，讓我們更進一步的了解到直流穩(wěn)壓電源的工作原理以及他的要求和性能指標。也讓我們認識到再次設(shè)計電路中所存在的問題；而通過不斷的努力去解決這些問題。在解決設(shè)計問題的同時我們也在其中有所收獲。致 謝本人的課程設(shè)計論文一直是在劉淑芳、韓雅菲老師們的悉心指導下進行的。劉淑芳老師治學態(tài)度嚴謹，學識淵博，為人和藹可親。并且在整個課程設(shè)計過程中不斷的對我的得到的結(jié)論進行總結(jié)，提出新的問題，使我接觸到了許多理論和實際上的新問題，使我做了許多有益的思考。在此表示誠摯的感謝和由衷的敬意。韓雅菲老師在論文寫作方面具有豐富的實踐經(jīng)驗，