直流穩(wěn)壓電源設(shè)計報告

..>2016年四川省TI杯大學(xué)生電子設(shè)計競賽培訓(xùn)直流穩(wěn)壓電源設(shè)計【第十一組】2016年7月12日..>摘要本設(shè)計實(shí)現(xiàn)了將交流電信號通過整流、濾波、穩(wěn)壓等模塊轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定可調(diào)直流電壓輸出。整個系統(tǒng)可以用實(shí)驗(yàn)箱提供+15V交流電源，實(shí)現(xiàn)了低功耗和便操作功能。整流電路采用單相橋式整流電路，不僅到達(dá)高效率使用輸入電壓的節(jié)能作用還有便于組裝、脈動小的優(yōu)點(diǎn)；濾波電路采用電解電容濾波電路，分別在整流濾波和穩(wěn)壓后加C1、C2、C3、C4實(shí)現(xiàn)頻率補(bǔ)償，防止高頻自激振蕩和抑制高頻干擾；為防止LM317輸出電壓短路，在該線路上參加IN3208二極管。經(jīng)過一系列的改善如：減小輸出電壓紋波系數(shù)，得到優(yōu)良的濾波效果等，使最終電路到達(dá)了設(shè)計要求。目錄1.系統(tǒng)方案..................................................................2簡單的并聯(lián)型穩(wěn)壓電源的論證與選擇........................................2固定式三端穩(wěn)壓器的論證與選擇............................................ 22系統(tǒng)理論分析與計算........................................................22.1整流電路的分析與計算....................................................22.1.1整流電路的分析........................................................22.1.2整流電路參數(shù)的計算....................................................22.1.3整流電路電路圖........................................................3濾波電路的分析與計算....................................................3濾波電路的分析........................................................32.2.2濾波電路參數(shù)的計算....................................................3濾波電路電路圖........................................................32.3穩(wěn)壓電路的計算分析與計算................................................42.3.1穩(wěn)壓電路的分析........................................................42.3.2穩(wěn)壓電路參數(shù)的計算....................................................42.3.3穩(wěn)壓電路電路圖........................................................43.電路設(shè)計圖與PCB板的制作..................................................53.1.電路的設(shè)計圖............................................................5PCB.板的制作流程.........................................................53.3.安裝與檢查..............................................................54.測試方案與測試結(jié)果........................................................5測試方案................................................................54.2測試條件與儀器..........................................................54.3測試結(jié)果及分析......................................................... 54.3.1.測試結(jié)果(數(shù)據(jù))........................................................64.3.2.測試分析與結(jié)論........................................................6附錄.1：電路實(shí)物圖..........................................................6附錄.2：參考文獻(xiàn)............................................................61系統(tǒng)方案小功率穩(wěn)壓電源由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路四個局部組成，如圖所示濾波電路整流電路負(fù)載穩(wěn)壓電路電源變壓器(a)(b)圖1.1(a)、(b)穩(wěn)壓電源的組成框圖級整流、穩(wěn)壓過程注意：因?yàn)楸敬卧O(shè)計中輸入供電為實(shí)驗(yàn)箱中的15交流電，故不存在電源變壓這一環(huán)節(jié)簡單的并聯(lián)型穩(wěn)壓電源的論證與選擇并聯(lián)型穩(wěn)壓電源的調(diào)整元件與負(fù)載并聯(lián)，因而具有極低的輸出電阻，動態(tài)特性好，電路簡單，具有自動保護(hù)功能，負(fù)載短路時調(diào)整管截止，可靠性高但效率低，尤其在小電流時調(diào)整管需承受很大的電流，損耗過大，因此本實(shí)驗(yàn)中不適合此方案。固定式三端穩(wěn)壓器的論證與選擇由固定式三端穩(wěn)壓器〔LM317〕輸出腳Vo輸入腳Vi和公共端組成。LM317是可調(diào)電壓穩(wěn)壓芯片，輸入端接電容可進(jìn)一步濾波，輸出端接電容可改善負(fù)載的瞬間影響，此電路比較穩(wěn)定，根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計要求，本設(shè)計采用方案二。2系統(tǒng)理論分析與計算2.1整流電路的分析與計算2.1.1整流電路的分析整流電路主要分為半波整流電路和全波整流電路。單相半波整流電路是最簡單的一種整流電路，單相半波整流電路所用二極管數(shù)量少，但由于它只利用了交流電壓的半個周期，所以輸出電壓低，交流分量大〔即脈動大〕，效率低。單相全波整流電路中最常用的是單相橋式整流電路，由四只二極管組成，在對二極管的參數(shù)要求一樣的情況下，其輸出電壓是半波整流電路的二倍，輸出電壓的脈動較半波整流電路減小很多。因此本次設(shè)計中采用單相橋式整流電路。2.1.2整流電路參數(shù)的計算在單項橋式整流電路中，因?yàn)槊恐欢O管只在輸入電壓的半個周期通過電流，所以每只二極管的平均電流只有負(fù)載上電流平均值的一半，本次設(shè)計中要求輸出電流最大為1A，即：負(fù)載電阻選20二極管承受的最大反向電壓：選擇二極管的最大整流電流和最高反向工作電壓分別為>>即選用4個IN4007二極管2.1.3整流電路電路圖如圖(圖2.1.3)濾波電路的分析與計算濾波電路的分析濾波電容容量較大，因而一般采用電解電容，在接線時要注意電解電容的正負(fù)極。電容濾波電路簡單易行，輸出電壓均值高，適用于負(fù)載電流較小且其變化也較小的場合。在大電流負(fù)載的情況下，由于負(fù)載很小，假設(shè)采用電容濾波，則電容容量勢必很大，而且整流二極管的沖擊電流也很大，不利于整流管和電容器的選擇，在此情況下應(yīng)當(dāng)采用電感濾波。當(dāng)單獨(dú)使用電容或電感進(jìn)展濾波，效果仍不理想時，可采用復(fù)式濾波電路。根據(jù)此次設(shè)計要求輸出電流最大為1A可知，本次設(shè)計采用電解電容濾波，為到達(dá)更好濾波效果在整流電路后并聯(lián)兩個電解電容。2.2.2濾波電路參數(shù)的計算當(dāng)時，電容的耐壓值電容因此選用一個容量為220uF、一個容量為100uF、耐壓為25V的電解電容并聯(lián)作為濾波電容2.2.3濾波電路電路圖2.3穩(wěn)壓電路的計算分析與計算2.3.1穩(wěn)壓電路的分析此次設(shè)計實(shí)驗(yàn)中要求采用LM317三端穩(wěn)壓器進(jìn)展實(shí)驗(yàn)，在整流濾波電路后再并聯(lián)一個電容用于抵消輸入線較長時的電感效應(yīng)，以防止電路產(chǎn)生自激振蕩，其容量較小，一般小于1uF,這里選用1uF。再于電路圖中添加一個電容用于消除輸出電壓中的高頻噪聲，可取小于1uF的電容，也可取幾微法甚至幾十微法的電容，以便輸出較大的脈沖電流，此處選用100uF的電解電容。由于輸出電壓為3~12V可調(diào)電壓，故需要再連接一個滑動電阻，得到可調(diào)節(jié)的輸出電壓。為了減小上的紋波電壓，可在其上并聯(lián)一個電容,但是，在輸出開路時，將向穩(wěn)壓器調(diào)整端放電，并使調(diào)整管發(fā)射極反偏，為了保護(hù)穩(wěn)壓器，可加二極管,提供一個放電回路，如圖所示。2.3.2穩(wěn)壓電路參數(shù)的計算輸出電壓：，選240，應(yīng)選擇的滑動變阻的參數(shù)計算與濾波電路中的二極管參數(shù)計算一樣，經(jīng)過計算可得到此處應(yīng)選用1N40072.3.3穩(wěn)壓電路電路圖圖3電路設(shè)計圖與PCB板的制作電路的設(shè)計圖如圖所示〔圖〕板的制作流程〔1〕準(zhǔn)備原理圖和網(wǎng)絡(luò)表〔2〕規(guī)劃電路板，設(shè)置參數(shù)〔3〕裝入網(wǎng)絡(luò)表，元件封裝〔4〕布置元件，手工調(diào)整〔5〕布線，手工調(diào)整〔6〕pcb文件存盤，save，打印輸出。并檢查打印出來的pcb圖是否完好〔7〕用溶液進(jìn)展腐蝕安裝與檢查對電路進(jìn)展組裝：按照自己設(shè)計的電路，在PCB板上焊接。焊接完畢后，應(yīng)對照電路仔細(xì)檢查，看是否有錯接、漏接、虛焊現(xiàn)象。對安裝完成的電路板的參數(shù)及工作狀態(tài)進(jìn)展測量，以便提供調(diào)整電路的依據(jù)，經(jīng)過反復(fù)的調(diào)整和測量，使電路的性能到達(dá)要求。4電路的調(diào)試與測試結(jié)果電路的調(diào)試〔1〕靜態(tài)調(diào)試連好電路板時，通電之前，應(yīng)該從以下幾個方面進(jìn)展檢測①對照原理圖，用萬用表檢測各個線路的接口是否完全接通，是否有短路、斷路或漏接的現(xiàn)象，如果有，應(yīng)該及時改好電路連線。②對照原理圖，檢查各元件是否接正確?！?〕動態(tài)調(diào)