直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)論

1、模擬電路課程設(shè)計(jì)報(bào)告設(shè)計(jì)課題： 直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì) 專業(yè)班級(jí)： 學(xué)生姓名： 學(xué)號(hào)： 指導(dǎo)教師： 設(shè)計(jì)時(shí)間： 課程設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)定表學(xué)期姓名專業(yè)班級(jí)課程名稱模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)題目直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)評(píng)定指標(biāo)分值得分知識(shí)創(chuàng)新性20理論正確性20內(nèi)容難易性15結(jié)合實(shí)際性10知識(shí)掌握程度15書寫規(guī)范性10工作量10總成績(jī)100評(píng)語(yǔ)：任課教師時(shí)間年月日備注目 錄TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc26498 一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 PAGEREF _Toc26498 1 HYPERLINK l _Toc13280 二、方案設(shè)計(jì)與論證 PAGEREF _Toc13280 1 HYP

2、ERLINK l _Toc16795 三、單元電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算 PAGEREF _Toc16795 2 HYPERLINK l _Toc13464 31選擇集成三端穩(wěn)壓器 PAGEREF _Toc13464 3 HYPERLINK l _Toc26881 32選擇電源變壓器 PAGEREF _Toc26881 3 HYPERLINK l _Toc15829 33選用整流二極管和濾波電容 PAGEREF _Toc15829 4 HYPERLINK l _Toc23200 34濾波電容 PAGEREF _Toc23200 4 HYPERLINK l _Toc7705 四、總原理圖及元器件清單 P

3、AGEREF _Toc7705 4 HYPERLINK l _Toc784 五、安裝與調(diào)試(使用multisim 調(diào)試) PAGEREF _Toc784 5 HYPERLINK l _Toc3896 六、性能測(cè)試與分析 PAGEREF _Toc3896 6 HYPERLINK l _Toc7684 七、結(jié)論與心得 PAGEREF _Toc7684 9 HYPERLINK l _Toc27266 八、參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc27266 9一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求1輸出電壓：Uo=15V2輸出電流：I=1A3輸出電壓變化量：Vop_p5mV4. 穩(wěn)壓系數(shù)：SV二、方案設(shè)計(jì)與論證穩(wěn)壓電源由電源變

4、壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路四個(gè)部分組成，如圖1所示。 + 電 源 + 整 流 + 濾 波 + 穩(wěn) 壓 + u1 u2 u3 uI U0 _ 變壓器 _ 電 路 _ 電 路 _ 電 路 _（a）穩(wěn)壓電源的組成框圖 u1 u2 u3 uI U0 0 t 0 t 0 t 0 t 0 t （b）整流與穩(wěn)壓過(guò)程圖1穩(wěn)壓電源的組成框圖及整流與穩(wěn)壓過(guò)程方案一：?jiǎn)蜗喟氩ㄕ麟娐罚簡(jiǎn)蜗喟氩ㄕ骱?jiǎn)單，使用器件少，它只對(duì)交流電的一半波形整流，只要橫軸上面的半波或者只要下面的半波。但由于只利用了交流電的一半波形，所以整流效率不高，而且整流電壓的脈動(dòng)較大，無(wú)濾波電路時(shí)，整流電壓的直流分量較小，Vo=0.45Vi

5、，變壓器的利用率低。 方案二：?jiǎn)蜗嗳ㄕ麟娐罚菏褂玫恼髌骷^半波整流時(shí)多一倍，整流電壓脈動(dòng)較小，比半波整流小一半。無(wú)濾波電路時(shí)的輸出電壓Vo=0.9Vi，變壓器的利用率比半波整流時(shí)高。變壓器二次繞組需中心抽頭。整流器件所承受的反向電壓較高。 方案三：?jiǎn)蜗鄻蚴秸麟娐罚菏褂玫恼髌骷^全波整流時(shí)多一倍，整流電壓脈動(dòng)與全波整流相同，每個(gè)器件所承受的反向電壓為電源電壓峰值，變壓器利用率較全波整流電路高。綜合3種方案的優(yōu)缺點(diǎn):決定選用方案三。三、單元電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算整流電路采用橋式整流電路，電路如圖2所示。在u2的正半周內(nèi)，二極管D1、D2導(dǎo)通，D3、D4截止；u2的負(fù)半周內(nèi)，D3、D4導(dǎo)通，D

6、1、D2截止。正負(fù)半周內(nèi)部都有電流流過(guò)的負(fù)載電阻RL，且方向是一致的。電路的輸出波形如圖3所示。圖2整流電路圖3輸出波形圖在橋式整流電路中，每個(gè)二極管都只在半個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)電，所以流過(guò)每個(gè)二極管的平均電流等于輸出電流的平均值的一半，即 。電路中的每只二極管承受的最大反向電壓為(U2是變壓器副邊電壓有效值)。在設(shè)計(jì)中，常利用電容器兩端的電壓不能突變和流過(guò)電感器的電流不能突變的特點(diǎn)，將電容器和負(fù)載電容并聯(lián)或電容器與負(fù)載電阻串聯(lián)，以達(dá)到使輸出波形基本平滑的目的。選擇電容濾波電路后，直流輸出電壓：Uo1=(1.11.2)U2，直流輸出電流： （I2是變壓器副邊電流的有效值。），穩(wěn)壓電路可選集成三端穩(wěn)壓器電

7、路?？傮w原理電路見(jiàn)圖4。圖4 穩(wěn)壓電路原理圖31選擇集成三端穩(wěn)壓器因?yàn)橐筝敵?5v，可選用7815,7915集成穩(wěn)壓器。32選擇電源變壓器 電源變壓器的作用是將來(lái)自電網(wǎng)的220V交流電壓u1變換為整流電路所需要的交流電壓u2。電源變壓器的效率為：其中：是變壓器副邊的功率，是變壓器原邊的功率。一般小型變壓器的效率如表1所示：表1 小型變壓器的效率 副邊功率 效率0.60.70.80.85 因此，當(dāng)算出了副邊功率后，就可以根據(jù)上表算出原邊功率。U2=15v+3v=18v;考慮電網(wǎng)電壓波動(dòng)10%U2=15 x1.1=16.5vUi：U2=220:16.5 由此得到變壓器變比為0.075 根據(jù)橋式濾

8、波的特點(diǎn)有：U1=1.2U2 由此得到U1=19.8v由于I2=（1.52)I1,則I2=1.5x1A=1.5A變壓器副邊功率：p=u2 x i2=16.5 x1.5w=24.75w變壓器的效率為0.70.8；則原邊功率pi35.36w。根據(jù)以上分析，可以選擇副邊電壓17v、輸出電流1.5A，功率為40w的變壓器33選用整流二極管和濾波電容ID=0.5IL=500（mA）所承受的最高反向電壓為URM=1.414U2=1.414 x 15=21.2v因此，可以選擇最大整流電流1A，反向工作峰值電壓為50v的整流二極管34濾波電容根據(jù)設(shè)計(jì)要求（取5倍工頻半周期）取RC=5 X T/2=5 x0.0

9、2/2=0.05s得濾波電容值為C=0.05/12=4.167mF電容器承受的最高電壓：Ucm=1.414 xU2=23.3v可以選用4.3mF/25v的電解電容器原理圖中c1、c2為電解電容，用于濾波；C3、c4容值為0.33F，用來(lái)防止自激振蕩；C5、c6容值為1F,用來(lái)消除高頻噪聲和改善輸出的瞬態(tài)特性，保證負(fù)載電流變化時(shí)不致引起Uo有較大波動(dòng)四、總原理圖及元器件清單1總原理圖、PCB圖元件清單元件序列型號(hào)元件參數(shù)值數(shù)量備注Ji變壓器17V2D1 D2 D3 D4 D5 D6D7二極管1N4001，1A8也可用1N4007C1 C2電解電容4.3mF/25V2C3 C4陶瓷電容330nF2

10、C5 C6電解電容1uF/25V2SW開(kāi)關(guān)1R1 R2電阻12k2U三穩(wěn)壓器LM7815+15V1U三穩(wěn)壓器LM7915-15V1五、安裝與調(diào)試(使用multisim 調(diào)試) 按PCB圖所示，制作好電路板。安裝時(shí)，先安裝比較小的元件，所以先安裝整流電路，再安裝穩(wěn)壓電路，最后再裝上濾波電路（電容）。安裝時(shí)要注意，二極管和電解電容的極性不要接反。經(jīng)檢查無(wú)誤后，才將電源變壓器與整流濾波電路連接，通電后，用萬(wàn)用表檢查整流后輸出LM7815輸入端電壓UI的極性，若UI的極性為負(fù)，則說(shuō)明整流電路沒(méi)有接對(duì)，此時(shí)若接入穩(wěn)壓電路， 就會(huì)損壞集成穩(wěn)壓器。然后接通電源，調(diào)節(jié)RW的值，若輸出電壓滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)，說(shuō)明穩(wěn)壓

11、電源中各級(jí)電路都能正常工作，此時(shí)就可以進(jìn)行各項(xiàng)指標(biāo)的測(cè)試。 六、性能測(cè)試與分析1輸出電壓與最大輸出電流的測(cè)試測(cè)試電路如圖5所示。一般情 自耦變壓器 Io 電流表況下，穩(wěn)壓器正常工作時(shí)，其輸出 被測(cè) I電流要小于最大輸出電流， 220V 穩(wěn)壓 Uo V 電壓表 RL取，可算出RL=15， 電路 工作時(shí)上消耗的功率為：故取額定功率為15W，阻值為 15的電位器。測(cè)試時(shí)，先使，交流輸入電壓為220V，用數(shù)字電壓表測(cè)量的電壓值就是Uo。 2穩(wěn)壓系數(shù)的測(cè)量 按圖5所示連接電路， 在時(shí)，測(cè)出穩(wěn)壓電源的輸出電壓Uo。然后調(diào)節(jié)自耦變壓器使輸入電壓，測(cè)出穩(wěn)壓電源對(duì)應(yīng)的輸出電壓Uo1 ；再調(diào)節(jié)自耦變壓器使輸入電壓

12、，測(cè)出穩(wěn)壓電源的輸出電壓Uo2。則穩(wěn)壓系數(shù)為： 因?yàn)?，在本調(diào)試中，無(wú)法得到自耦變壓器，所以只能把電壓歸算到降壓器的輸出電壓(Ui):U1=198V U1=242V 所以，穩(wěn)壓系數(shù)：=0.0032設(shè)計(jì)要求測(cè)試結(jié)果誤差分析Uo=15V14.71V 1.93%Iomax=1.0A0.980A2.0%SV0.00326%在允許的誤差范圍內(nèi)，本設(shè)計(jì)已達(dá)到要求。七、結(jié)論與心得經(jīng)過(guò)一個(gè)多月的努力，終天完成的這個(gè)設(shè)計(jì)。從選題到畫圖制板花了差不多一個(gè)星期的時(shí)間，后面的調(diào)試占了大部分的時(shí)間。由于沒(méi)有找到示波器，所以調(diào)試時(shí)，除了測(cè)試電壓電流用到實(shí)物外，其他參數(shù)測(cè)試只能在仿真軟件下進(jìn)行的。在這里選用了multisim進(jìn)行仿真，雖然multisim不是很難學(xué)，但由于自己對(duì)multisim還沒(méi)有熟練的掌握，仿真過(guò)程中還是會(huì)有一定的誤差。在實(shí)際做成的電路板中,由于買不到等值參數(shù)的元件，測(cè)量出來(lái)的性能指標(biāo)參數(shù)難免會(huì)有一定的誤差,對(duì)元件封裝的不了解，也造成了銅板的浪費(fèi)。本次的課程設(shè)計(jì)，培養(yǎng)了我們綜合應(yīng)用課本理論解決實(shí)際問(wèn)題的能力；我覺(jué)得課程設(shè)計(jì)對(duì)我們的幫助是很大的，它需要我們將學(xué)過(guò)的理論知識(shí)與實(shí)際系統(tǒng)地聯(lián)系起來(lái)，加強(qiáng)我們對(duì)學(xué)過(guò)的知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用能力！在設(shè)計(jì)的過(guò)程中還培養(yǎng)出了我們的團(tuán)隊(duì)精神，同學(xué)們共同協(xié)作，解決了許多個(gè)人無(wú)法解決的問(wèn)題；在今后的學(xué)習(xí)過(guò)程