集成直流穩(wěn)壓電源 課程設計

1、<p>　　電子 課程設計說明書</p><p>　　設計題目： 集成直流穩(wěn)壓電源 </p><p>　　專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 </p><p>　　年 級： 08級

2、 </p><p>　　學 號： </p><p>　　姓 名： </p><p>　　指導教師： </p><p>　

3、　2011年 1 月 </p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　引言………………………………………………………………………………………………1</p><p>　　1 設計任務與要求………………………………………………………………………</p><p>　　1.1 設計任務……………

4、……………………………………………………………………</p><p>　　1.2 設計要求…………………………………………………………………………………</p><p>　　2 設計原理及總體設計方案………………………………………………………… </p><p>　　2.1 設計原理………………………………………………………………………………… </p

5、><p>　　2.2 總體設計方案……………………………………………………………………………</p><p>　　3 單元電路設計與參數(shù)計算………………………………………………………… </p><p>　　3.1 選擇集成三端穩(wěn)壓器…………………………………………………………………</p><p>　　3.2 輸出電流擴充及保護電路的設計

6、…………………………………………………… </p><p>　　3.3 選擇整流濾波電路……………………………………………………………………… </p><p>　　3.4 選擇整流二極管和濾波電容………………………………………………………… </p><p>　　3.5 選擇電源變壓器………………………………………………………………………… </p&

7、gt;<p>　　4 總原理圖…………………………………………………………………………………… </p><p>　　5 安裝與調試………………………………………………………………………………… </p><p>　　6 結論與心得………………………………………………………………………………… </p><p>　　參考文獻………………

8、…………………………………………………………………… </p><p><b>　　引言</b></p><p>　　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。變壓器把市電交流電壓變?yōu)樗枰牡蛪航涣麟?，整流器把交流電變?yōu)橹绷麟姡?jīng)濾波后，穩(wěn)壓器再把不穩(wěn)定的直流電壓變?yōu)榉€(wěn)定的直流電壓輸出。本設計主要采用直流穩(wěn)壓構成集成穩(wěn)壓電路，通過變壓，整流，濾波

9、，穩(wěn)壓過程將220V交流電，變?yōu)榉€(wěn)定的直流電，并實現(xiàn)同時輸出±15V的直流電壓。</p><p>　　1 設計任務與要求</p><p><b>　　1.1設計任務</b></p><p>　?。?）同時輸出電壓：=±15V；輸出電流：=2A；</p><p>　?。?）輸出波紋電壓：<5mV

10、；穩(wěn)壓系數(shù)：<；</p><p>　　（3）輸出內(nèi)阻：<0.1;</p><p>　　(4) 加輸出保護電路，2A</p><p><b>　　1.2 設計要求</b></p><p>　?。?）電源變壓器只做理論要求；</p><p>　?。?）合理選擇集成穩(wěn)壓管及擴流三極管；<

11、;/p><p>　　（3）保護電路采用限流型；</p><p>　?。?）完成全電路設計、安裝調試、繪制電路圖、自制印刷板；</p><p>　?。?）撰寫設計報告、調試總結報告及使用說明書。</p><p>　　2 設計原理及方案圖</p><p>　　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

12、框圖和基本應用電路如圖2-1和圖2-2所示。各部分電路的作用如下：</p><p>　　圖2-1 直流穩(wěn)壓電源基本組成框圖 </p><p>　　圖2-2 直流穩(wěn)壓電源基本應用電路</p><p><b>　　2.1 設計原理</b></p><p><b>　?。?）電源變壓器：</b>&

13、lt;/p><p>　　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電路所需要的交流電壓Ui。變壓器副邊與原邊的功率比為</p><p><b>　　=η</b></p><p>　　式中η為變壓器的效率。一般小型變壓器的效率如表2-3所示。</p><p>　　表2-3 小型變壓器的效率</p>

14、<p>　　通過上表可以算出變壓器原邊的功率。</p><p><b>　　（2）整流濾波電路</b></p><p>　　整流電路將交流電壓Ui 變換成脈動的直流電壓。再經(jīng)濾波電路濾除紋波，輸出直流電壓Uo。</p><p>　　常用的整流濾波電路有全波整流電路、橋式整流電路、倍壓整流濾波電路如圖2-4（a）、（b）及（c）所示。

15、</p><p>　　圖2-4 幾種常見整流濾波電路 </p><p>　?。╝）全波整流電路：</p><p>　　使用的整流器件較半波整流時多一倍，整流電壓脈動較小，比半波整流小一半。無濾波電路時的輸出電壓Vo=0.9Vi，變壓器的利用率比半波整流時高。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。</p><p>　　（

16、b）橋式整流電路：</p><p>　　使用的整流器件較全波整流時多一倍，整流電壓脈動與全波整流相同，每個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。</p><p>　　（c）二倍壓整流電路：</p><p>　　倍壓整流電路一般用于高電壓、小電流（幾毫安一下）和負載變化不大的直流電源中。</p><p>　　上述三種

17、整流電路中濾波電容C滿足： </p><p>　　C = (~5)T/2 </p><p>　　式中T為輸出交流信號周期； 為整流濾波電路的等效負載電阻。</p><p>　　（3）三端集成穩(wěn)壓器</p><p>　　常用的集成穩(wěn)壓器有固定式三端穩(wěn)壓器與可調式三端穩(wěn)壓器（均屬電壓串聯(lián)型），下面分別介紹其典型應用。</p>

18、<p>　?、?固定式集成穩(wěn)壓器</p><p>　　正壓系列：78××系列，該系列穩(wěn)壓塊有過流、過熱和調整管安全工作區(qū)保護，以防過載而損壞。一般不需要外接元件即可工作，有時為改善性能也加少量元件。78××系列又分三個子系列，即78××、78M××和78L××。其差別只在輸出電流和外形，78×&

19、#215;輸出電流為1.5A，78M××輸出電流為0.5A，78L××輸出電流為0.1A。</p><p>　　負壓系列：79××系列與78××系列相比，除了輸出電壓極性、引腳定義不同外，其他特點都相同。</p><p>　　78××系列和79××系列的典型電路如圖2-5

20、（a）、（b）、（c）所示。</p><p>　　圖2-5 固定三端穩(wěn)壓器的典型應用</p><p>　?、?可調式三端集成穩(wěn)壓器</p><p>　　正壓系列：W317系列穩(wěn)壓塊能在輸出電壓為1.25V~37V的范圍內(nèi)連續(xù)可調，外接元件只需一個固定電阻和一只電位器。其芯片內(nèi)也有過流、過熱和安全工作區(qū)保護。最大輸出電路為1.5A。</p><p

21、>　　其典型如圖2-6所示，其中電阻R1 與電位器RP組成電壓輸出調節(jié)電器，輸出電壓U0的表達式為：</p><p>　　U0≈ 1.25（1+RP/R1）</p><p>　　式中，R1一般取值為（120~240歐），輸出端與調整壓差為穩(wěn)壓器的基準電壓（典型值為1.25V），所以流經(jīng)電阻 R1的泄放電流為5~10mA。</p><p>　　負壓系列：W337

22、系列，與W317系列相比，除了輸出電壓極性、引腳定義不同外，其他特點都相同。</p><p>　　圖2-6 可調式三端穩(wěn)壓器的典型應用 </p><p>　?、奂煞€(wěn)壓器的電流擴展</p><p>　　若想連續(xù)輸出1A以上的電流，可采用圖2-7所示的加接三極管增大電流的方法。圖中VT1稱為擴流功率管，應選大功率三極管。VT2為過流保護三極管，正常工作時該管為截止狀

23、態(tài)。三極管VT1的直流電流放大倍數(shù)β必須滿足β≥I1/I0。另外，I1的最大值由VT1的額定值決定，如需更大的電流，可把三極管接成達林頓管方式。</p><p>　　圖2-7 輸出電流擴展電路</p><p>　　可以得出輸出電流為：</p><p><b>　　IL=I0+I1 </b></p><p>　　但這時，三

24、端穩(wěn)壓器內(nèi)部過流保護電路已失去作用，必須在外部增加保護電路，這就是VT2和R2。當電流Ii和R2上產(chǎn)生的電壓降達到VT2的UBE2時，VT2導通，于是向VT1基極注入電流，使VT1關斷，從而達到限制電流的目的。保護電路的動作點是：</p><p>　　Ilmax≈Iimax= UBE2/R2</p><p>　　三極管的UBE2具有負溫度系數(shù)，設定R2數(shù)值時，必須考慮此溫度系數(shù)。</

25、p><p>　　以上通過采用外接功率管VT1的方法，達到擴流的目的，但這種方法會降低穩(wěn)壓精度，增加穩(wěn)壓器的輸入與輸出壓差，這對大電流的工作的電源是不利的。若希望穩(wěn)壓精度不變，可采用集成穩(wěn)壓器的并聯(lián)方法來擴大輸出電流。</p><p>　　2.2 總體設計方案</p><p>　　1、根據(jù)穩(wěn)壓電源的輸出電壓Uo、最大輸出電流Iomax，確定穩(wěn)壓器的型號及電路形式。<

26、;/p><p>　　2、根據(jù)穩(wěn)壓器的輸入電壓Uo，確定電源變壓器副邊電壓的有效值；根據(jù)穩(wěn)壓電源的最大輸出電流Iomax，確定流過電源變壓器副邊的電流和電源變壓器副邊的功率；根據(jù)，由相關資料查出變壓器的效率η，從而確定電源變壓器原邊的功率。然后根據(jù)所確定的參數(shù)，選擇電源變壓器。</p><p>　　3、確定整流二極管的正向平均電流、整流二極管的最大反向電壓和濾波電容的電容值和耐壓值。根據(jù)所確定的

27、參數(shù)，選擇整流二極管和濾波電容。</p><p>　　3 單元電路設計與參數(shù)計算</p><p>　　3.1 選擇集成三端穩(wěn)壓器</p><p>　　1、集成穩(wěn)壓器：由于要滿足輸出電壓Uo=±15V的設計要求，故由2.2節(jié)穩(wěn)壓電路原理可知本設計的穩(wěn)壓電路應采用兩個三端固定穩(wěn)壓器W7815和W7915構成集成穩(wěn)壓器。W7800和W7900系列三端式集成穩(wěn)壓

28、器的輸出電壓是固定的，在使用中不能進行調整。使用時應注意，為使調整管工作在放大區(qū)，必須使穩(wěn)壓器滿足，但考慮調整管功耗，也不宜過大，地端靜態(tài)電流= 8 mA。</p><p>　　W7815的主要參數(shù)有：輸出直流電壓Uo＝＋15V，最大輸出電流= 1.5A，電壓調整率 10mV/V，輸出電阻 ＝0.15Ω。圖3-1為W7815和W7915組成的正、負雙電壓輸出電路，輸出為±15V。</p>

29、<p>　　圖3-1 W7815和W7915組成的正、負雙電壓輸出電路，輸出為±15V</p><p>　　2、穩(wěn)壓電路的參數(shù)計算：</p><p>　　(1) 確定穩(wěn)壓電路的最低輸入直流電壓</p><p>　　≥［+()min] /0.9 </p><p>　　代入各指標，計算得：</p><p&

30、gt;　　≥[15+3]/0.9＝20V</p><p>　　故本設計中的取20V</p><p>　　(2) 確定電源變壓器副邊上半邊的電壓</p><p>　　=/1.2=20/1.2=16.7V </p><p>　　(3) 整流濾波電路的輸出電阻</p><p>　　7815地端靜態(tài)電流 = 8 mA，7815

31、最大輸出電流= 1.5A，整流濾波的輸出電流為: =+= 1.508A </p><p>　　于是整流濾波電路的輸出電阻為:=/=20/1.508=13.26</p><p>　　圖3-1中兩個0.33uF電容用于抵消輸入長接線的電感效應，防止自激，其容量較小，一般取小于1uF。兩個0.1uF電容用于改善負載的瞬態(tài)響應，消除高頻噪聲，可取小于

32、1uF，當負電源輸入斷開時，三端穩(wěn)壓器輸出將承受對地反壓。加保護管后，D6正偏導通，限制反壓為0.7 V，同理，D5保護正電源。</p><p>　　3.2 輸出電流擴充及保護電路的設計</p><p>　　由于輸出電流要求為=2A，但W7815，W7915的最大輸出電流只有1.5A，所以需要加輸出電流擴展及保護電路，輸出電流擴展及保護電路如圖3-2所示。</p><p

33、><b>　　圖3-2</b></p><p>　　與三端器件內(nèi)部調整管并聯(lián)，擴大輸出電流，選用三極管大功率三極管，負載較輕時截止；當負載電流增大,增大，導通分流，、構成短路保護，在正常狀態(tài)時截止，過流時導通，導通后減小，使減小，減小起到限流的作用。由于R中流過W7800的空載電流和部分負載電流，故其阻值不宜增大，一般約幾歐姆，這里取R=3。 </p><p>

34、　　故有： =/=/()=0.3/(2-1.5)=0.6</p><p>　　3.3 選擇整流濾波電路</p><p>　　由2.2節(jié)可知，綜合各方面的優(yōu)缺點對比，本設計選擇單相橋式整流電路更合理，且采用電容濾波，其電路圖如圖3-3所示。</p><p>　　圖3-3 橋式整流電路</p><p>　　在橋式整流電路中，每個二極管都只

35、在半個周期內(nèi)導電，所以流過每個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)。</p><p>　　3.4 選擇整流二極管和濾波電容</p><p>　　1、整流二極管的選擇：</p><p>　　由=16.7V，得每只整流二極管的最大反向電壓為： </p><p

36、>　　==1.414V=23.61V </p><p>　　通過每只二極管的平均電流ID為：</p><p>　　=0.5=0.51508mA=754mA</p><p>　　根據(jù)和進行選管，可選用1N4001硅整流二極管 50V/1A,</p><p>　　(=5uA,=1V,=50A)</p><p>

37、;　　2、濾波電容的選擇：</p><p>　　一般應使放電時間常數(shù)C大于電容C的充電周期(3～5)倍:</p><p>　　C=(3~5)T/2 </p><p>　　對橋式整流來說，C的充電周期等于交流電網(wǎng)周期的一半,即:</p><p>　　T=1/f=1/50=0.02s

38、 </p><p><b>　　電容的容值為： </b></p><p>　　C=(3~5)/=(3~5) 0.01/13.26F=(2262~3771)uF </p><p>　　電容的耐壓值為： </p><p>　　U>=1.11.41416.7V=25.98V

39、 </p><p>　　根據(jù)C與U可確定選取電容3300uf/35V型。</p><p>　　3.5 選擇電源變壓器</p><p>　　變壓器次級線圈電壓的有效值在前面已經(jīng)求出，變壓器次級線圈電流有效值比大，與的關系取決于電流脈沖波形的形狀，波形愈尖，有效值越大。一般取≈(1.5~2) 故有：</p><p>

40、;　　≈(1.5~2) =(1.5~2)2A=(3~4)A</p><p>　　變壓器副邊的功率為： </p><p>　　==2=216.7(3~4)=(100.2~133.6)VA</p><p>　　由功率比=η及2.2節(jié)圖2-3可查得應選副邊功率80~200VA，效率為0.85的電源變壓器。</p><p

41、><b>　　4 總原理圖</b></p><p>　　由第3節(jié)所選擇的各單元電路及其參數(shù)將其組成如圖4所示的總原理圖：:</p><p><b>　　圖4</b></p><p><b>　　5 安裝與調試</b></p><p>　　1、鑒于在仿真的過程中mult

42、isim與protel的元件庫中不能找到所必須的原件，故本次仿真采用proteus軟件，其仿真電路如圖5-1所示：</p><p><b>　　圖5-1</b></p><p>　　2、設置輸入電壓的參數(shù)進行仿真，當=220V時，測出其穩(wěn)壓端輸出電壓;當=250V時，測出此時穩(wěn)壓端輸出電壓；以此進行的計算，仿真如圖5-2、5-3。 </p>&l

43、t;p><b>　　圖5-2</b></p><p><b>　　對應輸出：</b></p><p><b>　　圖5-3</b></p><p>　　仿真表明當=220V時，輸出電壓=15.2V,輸出電流=1.98A（負載電阻=50）。</p><p>　　繼續(xù)調整輸入

44、電壓的值使=255V及=185V，仿真后會發(fā)現(xiàn)輸出電流電壓的值沒有變化，依然保持輸出電壓=15.2V,輸出電流=1.98A，故有此可算出穩(wěn)壓系數(shù)，由于，故此時的0，滿足設計要求。</p><p>　　設計誤差：==1.3</p><p><b>　　==1</b></p><p>　　3、用示波器測輸出電壓的紋波，即測定，仿真截圖如圖5-4所示

45、。</p><p>　　由仿真圖可以看出=300uV<5mV,滿足設計要求。</p><p>　　綜上所述，該設計的仿真調試結果為：</p><p>　　故在誤差允許的范圍內(nèi)，本設計已達設計要求。</p><p><b>　　6 結論與心得</b></p><p>　　經(jīng)過幾天的連續(xù)奮戰(zhàn)，

46、終天完成了這個設計。說實話，剛拿到這個題目感覺不是很難，因為題目就是一個簡單的穩(wěn)壓電源的設計而已，經(jīng)過變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓四個過程就能得到想要的結果?？稍谠O計的過程中卻發(fā)現(xiàn)有很多的問題解決不了，參數(shù)的精確計算、計算后對元件的選擇、以及仿真都是自己之前沒接觸到過的，感覺無從下手。后經(jīng)過參考資料，詢問同學對參數(shù)進行了計算，可最后的仿真又存在很大的問題，也因此糾纏了很久，因為只學過multisim以及protel的仿真，但在仿真連接電路的時

47、候發(fā)現(xiàn)兩個軟件都不能將該電路需要的所有元件找到，因此仿真也無法進行，不過聽同學說proteus中的元件庫中的元件很齊全，于是便采用了proteus仿真，由于之前沒學過這個軟件，因此只能臨時學一些皮毛，故在仿真的過程中難免會出現(xiàn)一些問題，特別是晶體管的選擇，因為其型號種類太多，所以總是很難選擇到適合該電路的晶體管，只能根據(jù)結果進行刪選，改換，因此仿真圖和原理圖相比有些出入。</p><p>　　本次電子技術課程設計

48、，培養(yǎng)了我綜合應用課本理論解決實際問題的能力；我覺得本次課程設計對自己動手解決問題的能力有很大的提高，要完成好設計需要自己將學過的理論知識與實際系統(tǒng)地聯(lián)系起來，能真正運用理論解決實際問題，那樣才能真正學到東西。</p><p>　　由于自己水平有限，該課程設計難免會有一些錯誤和誤差，還希望老師批評指正。</p><p><b>　　參考文獻 </b></p>

49、;<p>　　[1]康華光主編.《電子技術基礎》.北京:高等教育出版社.</p><p>　　[2]李萬臣主編.《模擬電子線路設計、仿真、編程與實踐》.哈爾濱:哈爾濱工程大學 </p><p><b>　　出版社.</b></p><p>　　[3]楊毅德主編.《模擬電路》.重慶:重慶大學出版社.</p><

50、p>　　[4]林紅,周鑫霞主編.《模擬電路基礎》.北京:清華大學出版社.</p><p>　　[5]謝紅主編.《模擬電子技術基礎》.哈爾濱:哈爾濱工程大學出版社.</p><p>　　[6]朱清慧，張鳳蕊主編.《Proteus教程--電子線路設計、制版與仿真 》.北京：清華大 </p><p><b>　　學出版社</b></p&