模電 直流穩(wěn)壓電源的設計

1、精選文檔課程設計任務書學生姓名： 專業(yè)班級： 指導教師： 工作單位： 題 目: 直流穩(wěn)定電源 初始條件：LM317 OP07CP 三極管 穩(wěn)壓管 要求完成的主要任務: （包括課程設計工作量及其技術要求，以及說明書撰寫等具體要求）一、設計任務設計并制作交流變換為直流的穩(wěn)定電源。二、要求（1）穩(wěn)壓電源 在輸入電壓220V、50Hz、電壓變化范圍15%20%條件下：a輸出電壓可調(diào)范圍為+9V+12Vb最大輸出電流為1.5Ac電壓調(diào)整率0.2%（輸入電壓220V變化范圍15%20%下，空載到滿載）d負載調(diào)整率1%（最低輸入電壓下，滿載）e紋波電壓（峰-峰值）5mV（最低輸入電壓下，滿載）f效率40%（

2、輸出電壓9V、輸入電壓220V下，滿載）g具有過流及短路保護功能（2）穩(wěn)流電源 在輸入電壓固定為12V的條件下：a輸出電流：420mA可調(diào)b負載調(diào)整率1%（輸入電壓12V、負載電阻由200300變化時，輸出電流為20mA時的相對變化率）（3）DC-DC變換器 在輸入電壓為+9V+12V條件下：a輸出電壓為+100V，輸出電流為10mAb電壓調(diào)整率1%（輸入電壓變化范圍+9V+12V）c負載調(diào)整率1%（輸入電壓+12V下，空載到滿載）d紋波電壓（峰-峰值）100mV （輸入電壓+9V下，滿載）三、發(fā)揮部分（1）擴充功能a排除短路故障后，自動恢復為正常狀態(tài)b過熱保護c防止開、關機時產(chǎn)生的“過沖”（

3、2）提高穩(wěn)壓電源的技術指標a提高電壓調(diào)整率和負載調(diào)整率b擴大輸出電壓調(diào)節(jié)范圍和提高最大輸出電流值（3）改善DC-DC變換器a提高效率（在100V、100mA下）b提高輸出電壓（4）用數(shù)字顯示輸出電壓和輸出電流時間安排： 第18周：理論講解，電路設計，實物焊接及測試；第19周：答辯指導教師簽名： 年 月 日系主任（或責任教師）簽名： 年 月 日目錄1.緒論41.1實驗設計目的與意義41.2實驗要求41.2.1.設計任務41.2.2.實驗設計要求42. 方案設計52.1穩(wěn)壓電源的方案設計52.1.1直流穩(wěn)壓電源組成及工作原理52.1.2直流穩(wěn)壓電源的方案設計72.2穩(wěn)流電源的方案設計92.3.DC

4、-DC變換器的方案設計102.4整體電路圖123. 仿真與調(diào)試123.1穩(wěn)壓電源部分123.1.1輸出電壓的調(diào)試123.2穩(wěn)流電源部分143.2.1輸出電流的調(diào)試143.3DC-DC轉(zhuǎn)換器的調(diào)試154. 數(shù)據(jù)分析154.1穩(wěn)壓電路測試結果154.2穩(wěn)流電路測試結果164.3整體分析165. 總結與體會166. 實物制作177. 元件清單198. 參考文獻191.緒論1.1實驗設計目的與意義從這學期開始，我們學習了模擬電子技術基礎這一門課程，雖然也安排了相應的實驗課程，但絕大多數(shù)的同學們依舊停留在理論知識上，并不能將理論運用于實踐，所以這次模擬電子技術基礎設計課程為我們提供了一個很好的機會，讓我

5、們能自己設計并親自動手完成電子設計，能基本掌握常用電子電路的一般設計方法，提高自身設計能力和實驗技能，為將來畢業(yè)走向社會工作打下堅實的基礎。1.2實驗要求1.2.1.設計任務設計并制作交流變換為直流的穩(wěn)定電源。1.2.2.實驗設計要求（1）穩(wěn)壓電源 在輸入電壓220V、50Hz、電壓變化范圍15%20%條件下：a輸出電壓可調(diào)范圍為+9V+12Vb最大輸出電流為1.5Ac電壓調(diào)整率0.2%（輸入電壓220V變化范圍15%20%下，空載到滿載）d負載調(diào)整率1%（最低輸入電壓下，滿載）e紋波電壓（峰-峰值）5mV（最低輸入電壓下，滿載）f效率40%（輸出電壓9V、輸入電壓220V下，滿載）g具有過流

6、及短路保護功能（2）穩(wěn)流電源 在輸入電壓固定為12V的條件下：a輸出電流：420mA可調(diào)b負載調(diào)整率1%（輸入電壓12V、負載電阻由200300變化時，輸出電流為20mA時的相對變化率）（3）DC-DC變換器 在輸入電壓為+9V+12V條件下：a輸出電壓為+100V，輸出電流為10mAb電壓調(diào)整率1%（輸入電壓變化范圍+9V+12V）c負載調(diào)整率1%（輸入電壓+12V下，空載到滿載）d紋波電壓（峰-峰值）100mV （輸入電壓+9V下，滿載）1.2.3.發(fā)揮部分（1）擴充功能a排除短路故障后，自動恢復為正常狀態(tài)b過熱保護c防止開、關機時產(chǎn)生的“過沖”（2）提高穩(wěn)壓電源的技術指標a提高電壓調(diào)整率

7、和負載調(diào)整率b擴大輸出電壓調(diào)節(jié)范圍和提高最大輸出電流值（3）改善DC-DC變換器a提高效率（在100V、100mA下）b提高輸出電壓（4）用數(shù)字顯示輸出電壓和輸出電流2. 方案設計2.1穩(wěn)壓電源的方案設計2.1.1直流穩(wěn)壓電源組成及工作原理1. 直流穩(wěn)壓電源幾乎是所有電子設備不可缺少的。它由變壓器、整流器、濾波器和穩(wěn)壓器四個部分組成。如圖1所示： 圖12. 直流穩(wěn)壓電源各部分的工作原理。（1） 變壓器：將電網(wǎng)220V電壓變成我們所需要的電壓。（2） 整流器：利用二極管的單向?qū)щ娦?，把交流電壓變?yōu)槊}動直流電壓，一般采用橋式電路，工作原理如如2所示，波形變化如圖3、圖4所示： 圖2 圖3 輸入波形

8、 圖4 輸出波形（3） 濾波器：濾波電路利用電抗性元件對交流、直流阻抗的不同來實現(xiàn)濾波，常用的有電容濾波?？梢詫⒄麟娐份敵鲭妷褐械慕涣鞒煞执蟛糠旨右詾V除，使輸出電壓更加平滑。如圖5所示： 圖5 濾波后的波形（4）穩(wěn)壓器：使輸出的直流電壓穩(wěn)定，不隨交流電網(wǎng)電壓和負載的變化而變化。2.1.2直流穩(wěn)壓電源的方案設計方案一：三端穩(wěn)壓器LM317作基準電壓源構成穩(wěn)壓電路，可輸出連續(xù)可調(diào)的正電壓，可調(diào)范圍為1.237V，最大輸出電流為1.5A，滿足設計需要。并且穩(wěn)壓內(nèi)部含有過流、過熱保護電路，具有安全可靠，性能優(yōu)良、不易損壞、使用方便等優(yōu)點。電路如圖6所示： 圖6方案二：可調(diào)串聯(lián)型反饋式穩(wěn)壓電源。電路如

9、圖7所示： 圖7它經(jīng)過濾波后的部分由基準電壓、比較放大器、調(diào)整管、取樣電路最后加上限流式保護組成。由運放構成深度度負反饋電路，通過調(diào)節(jié)負反饋電阻的大小來調(diào)節(jié)輸出電壓，這里調(diào)節(jié)R3即可實現(xiàn)+9+12V輸出。限流式保護電路，當發(fā)生短路或過流時，調(diào)整管的電流超過額定值，限流式保護電路通過電路中的取樣電阻的反饋作用，起到使調(diào)整管基極電流分流的作用，從而達到限制輸出電流的目的。電路的穩(wěn)壓過程：當輸入電壓Vi增加，或負載電阻RL增大時，都使得Vo增加，于是Vf減小，Vo1減小，管壓降Vce增加，使VO基本保持不變。當輸入電壓Vi減小，或負載電阻RL減小時，使得Vo減小，于是Vf減小，VO1增加，管壓降Vc

10、e減小，使Vo基本保持不變。參數(shù)確定：該反饋放大器屬于電壓串聯(lián)負反饋，調(diào)整管的電路組態(tài)屬于射極跟隨器；如果運算放大器為理想的條件下，輸出電壓計算如下：Vo1=Av(VREF FVO)VOVO= VREF 由于理想運算放大器其開環(huán)增益無窮大，故反饋深度 >>1，有 Vo=VREF F= Vo=VREF=VZ 從上式可以看出，在基準電壓VZ確定后，改變可調(diào)電位器R2滑動觸點的位置，就能改變輸出電壓Vo的大小。顯然，當R2的滑動頭移至下端時，=0,還可看出，Vo最大，即： Vomax=Vz同理，R2的滑動頭移至上端時，Vo最小，及： Vomin= Vz所以 Vz<Vo< Vz

11、為了提高電源的穩(wěn)壓效果，首先是提高放大電路的增益；其次，應提高取樣系數(shù)n，減小信號電壓的損失；第三，基準電壓要穩(wěn)定，否則也會造成 Vo的不穩(wěn)定，而且基準電壓的不穩(wěn)定是不能由穩(wěn)壓電路的調(diào)整過程進行補償?shù)摹Ｕ{(diào)整管的調(diào)整作用是依靠輸出電壓和給定電壓之間的偏差來實現(xiàn)的，必須有偏差才能調(diào)整。如果絕對不變，調(diào)整管的電路參數(shù)也絕對不變，那么電路也就不能起著調(diào)整作用了，所以不可能達到絕對穩(wěn)定，只能基本穩(wěn)定。因此串聯(lián)負反饋型穩(wěn)壓電路是一個閉環(huán)有差的調(diào)整系統(tǒng)。穩(wěn)壓系數(shù)Sr為： Sr=可以看出，穩(wěn)壓系數(shù)Sr的大小主要決定于取樣比n和比較放大器的電壓增益Av，n和Av越大，Sr值越小，電源的穩(wěn)定程度越高。最后決定選擇

12、方案二因為其穩(wěn)壓性能較好，適合小電流，調(diào)節(jié)范圍寬廣。仿真電路如圖8所示： 圖8 2.2穩(wěn)流電源的方案設計方案一：用12V供電，依靠317的2、3兩端帶隙電壓恒定的特點，用R6與R7的阻值控制輸出電流的大小，達到輸出穩(wěn)定可調(diào)電流的目的。如圖9所示： 圖92.3 DC-DC變換器的方案設計方案一：采用UC3843芯片集成電路，精度高，但是點路過于復雜，元件多所以不易制作。如圖10所示： 圖10方案二：帶變壓器的開關電源。由于使用變壓器，可做到輸出電壓范圍寬，開關管占空比合適。如圖11所示： 圖11方案三：采用Boost型DC-DC升壓器。這種電路結構簡單，容易實現(xiàn)，但輸入輸出電壓比太大，占空比大，

13、輸出電壓范圍小，難以達到較高的指標。如圖12所示： 圖12最終確定采用方案二，因為方案一電路太過復雜，使用元器件太多，方案三又難以達到較高的指標。2.4整體電路圖 圖133.仿真與調(diào)試3.1穩(wěn)壓電源部分3.1.1輸出電壓的調(diào)試1. 最小輸出電壓為8.816V滿足要求。 圖142. 中間可調(diào)。 圖153. 最大電壓輸出13.34V滿足要求。 圖163.1.2紋波電壓的調(diào)試,從圖中可以看出紋波電壓顯示247.391uv，遠小于5mv，滿足要求。 圖173.2穩(wěn)流電源部分3.2.1輸出電流的調(diào)試1. 最小輸出電流，仿真的最小輸出電流為3.117mA，小于4mA滿足要求。 圖182. 中間可調(diào)。 圖1

14、93. 最大輸出電流為20.045mA大于20mA，滿足要求。 圖203.3DC-DC轉(zhuǎn)換器的調(diào)試1. 輸入電壓為9V時輸出電壓為105.327V滿足要求。 圖214. 數(shù)據(jù)分析4.1穩(wěn)壓電路測試結果在輸入電壓220V、50Hz、電壓變化范圍15%20%條件下：1. 輸出電壓為8.816-12.341V，滿足要求912V可調(diào)。2. 紋波電壓為247.391uV。4.2穩(wěn)流電路測試結果穩(wěn)流電源 在輸入電壓固定為12V的條件下：1. 輸出電流為3.117-20.045mA可調(diào)。4.3整體分析這次的設計由測試數(shù)據(jù)可以看出基本成功，穩(wěn)壓電源、穩(wěn)流電源和DC-DC轉(zhuǎn)換器各個部分的調(diào)試結果都和要求相差不大

15、，但是仍然存在一些偏差，這是由于元件本身參數(shù)的誤差，設計方案也還有待改進的地方。5. 總結與體會在這次模電課設當中，遇到了很多的困難。首先是欠缺理論知識，其次是對仿真軟件的不熟悉，最后是在實物制作上缺乏技巧。剛開始的時候真的覺得摸不著頭腦，不知道該怎么辦，很多原理不清楚，后來經(jīng)過多方查閱資料和同學們的幫助，才有了思路，設計了幾種方案。但是仿真的時候也由于對仿真軟件的不熟悉，仿真了很多次也沒仿真出正確的結果，摸索了很久才慢慢熟悉，經(jīng)過多次的修改最終調(diào)試出了正確的結果。最后的難題就是實物的制作，在DC-DC轉(zhuǎn)換器里用的線圈要自己手工繞制而成，這對我們來說真的是一個很大的挑戰(zhàn)，因為對繞制線圈完全沒有

16、經(jīng)驗。花費了較多的時間，最后終于完成了整個課程設計。雖然比較艱難，但在這個過程也學到了很多的東西，學會了如何將理論運用到實踐，學會如何設計電子電路并焊接成實物，對仿真軟件也更加的熟悉，對將來的學習會有很大的幫助。同時此次課程設計也讓我發(fā)現(xiàn)了許多學習中的問題，今后，將更加努力學習，彌補漏洞，進一步提高自己。6. 實物制作 圖22 圖237. 元件清單元件數(shù)量OP07P11B4B42(6.2V穩(wěn)壓管)1固定電阻 1K歐1固定電阻 1.5K歐2固定電阻 100歐1固定電阻 900歐1固定電阻 92歐1固定電阻 8.7K歐1固定電阻 4.7K歐1固定電阻 1.5K歐1固定電阻680K歐1可變電阻500歐1可變電阻1K歐1電解電容470uF