簡易直流穩(wěn)壓電源課程設(shè)計

1、<p><b>　　一、技術(shù)要求</b></p><p>　　主要技術(shù)指標(biāo)和要求：</p><p>　?。?）輸出直流電壓U0的調(diào)節(jié)范圍為3—12V，且連續(xù)可調(diào)；</p><p>　?。?）最大輸出電流ILM≤200mA；</p><p>　?。?）穩(wěn)壓系數(shù)Sr<10%；</p><p

2、>　?。?）具有過流保護(hù)功能。(選做)</p><p><b>　　二、 設(shè)計摘要</b></p><p>　　電源是各種電子、電氣設(shè)備工作的動力，是自動化不可或缺的組成部分。在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中主要采用交流電，而在電子線路和自動化控制中還需要穩(wěn)定的直流電。為了得到直流電除了直流發(fā)電機(jī)外多采用直流穩(wěn)壓電源，目前廣泛采用各種半導(dǎo)體直流電源。</p><

3、;p>　　本文設(shè)計的是輸出 3—12V 連續(xù)可調(diào)的直流穩(wěn)壓電源，最大輸出電流為200mA，而多數(shù)直流穩(wěn)壓電源都是利用電網(wǎng)的交流電經(jīng)過變壓、整流、濾波和穩(wěn)壓環(huán)節(jié)而獲得。所以采用LM317 集成器件。集成穩(wěn)壓器具有體積小，外接線路簡單、使用方便、工作可靠和通用性等優(yōu)點(diǎn)，因此在各種電子設(shè)備中應(yīng)用十分普遍。集成穩(wěn)壓器的種類很多，應(yīng)根據(jù)設(shè)備對直流電源的要求來進(jìn)行選擇。對于大多數(shù)電子儀器、設(shè)備和電子電路來說，通常是選用串聯(lián)線性集成穩(wěn)壓器。而在

4、這種類型的器件中，又以三端式穩(wěn)壓器應(yīng)用最為廣泛。</p><p>　　三、總體設(shè)計方案論證及選擇</p><p><b>　　1、總體設(shè)計思路</b></p><p>　　直流穩(wěn)壓電源一般由整流變壓器、整流電路、濾波電路以及穩(wěn)壓環(huán)節(jié)組成。</p><p>　?。?）選用合適的電源變壓器將電源電壓變換為符合整流所需要的電壓

5、；</p><p>　?。?）降壓后的交流電壓通過整流電路變換為單向脈動電壓，其整流元件(如二極管，晶閘管)所以能整流，是因?yàn)樗鼈兌季哂袉蜗驅(qū)щ姷墓餐匦裕?lt;/p><p>　?。?）整流后的電壓再經(jīng)過濾波器減小其脈動程度以符合負(fù)載的需要；</p><p>　?。?）將濾波后的直流電壓通過穩(wěn)壓電路以得到穩(wěn)定的直流輸出電壓。其作用是是在交流電源電壓波動或負(fù)載變動時，使

6、直流輸出電壓穩(wěn)定。</p><p><b>　　2、設(shè)計方案</b></p><p>　　方案一：有固定式三端穩(wěn)壓器構(gòu)成</p><p>　　該方案由固定式三端穩(wěn)壓器（7805、7905）組成的直流穩(wěn)壓電源與串聯(lián)式直流電源的工作原理基本相同，集成穩(wěn)壓器有三個端子：輸入、輸出、公共端。輸入端接整流電路，輸出端接負(fù)載；公共端接輸入輸出公共連接點(diǎn)。為

7、使它工作穩(wěn)定須在輸入輸出端之間并接一個電容，以解決輸入端因較長接線的電感效應(yīng)所產(chǎn)生的自激振蕩和輸出瞬態(tài)響應(yīng)的問題。選用該種集成穩(wěn)壓器具有安全可靠、接線簡單、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。但是為了符合設(shè)計要求，必須要將固定式三端穩(wěn)壓器（7805,7905）結(jié)合運(yùn)算放大器才能改造成輸出電壓可調(diào)的電路。</p><p>　　方案二：晶體管串聯(lián)式直流穩(wěn)壓電路</p><p>　　晶體管串聯(lián)式直流穩(wěn)壓電路。電路框

8、圖如下圖所示，該電路中，輸出電壓U0經(jīng)取樣電路取樣后得到取樣電壓，取樣電壓與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較得到誤差電壓，該誤差電壓對調(diào)整管的工作狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整，從而使輸出電壓發(fā)生變化，該變化與由于供電電壓U1發(fā)生變化引起的輸出電壓的變化正好相反，從而保證輸出電壓U0為恒定值(穩(wěn)壓值)。因輸出電壓要求從3V起實(shí)現(xiàn)連續(xù)可調(diào)，因此要在基準(zhǔn)電壓處設(shè)計輔助電源，用于控制輸出電壓能夠從3V開始調(diào)節(jié)。</p><p>　　方案三：采用A/D和

9、D/A設(shè)計（通過查資料獲知）</p><p>　　此方案控制部分采用單片機(jī)，原理框如下圖所示。A/D轉(zhuǎn)換之后經(jīng)過功率放大得到輸出電壓。然后再經(jīng)過單片機(jī)編程，一定程度上增加系統(tǒng)的靈活性。該電源穩(wěn)定好、精度高、波紋小、效率和密度比較高、可靠性也不錯且能夠輸出可調(diào)的直流電壓，其性能優(yōu)于傳統(tǒng)的可調(diào)直流穩(wěn)壓電源。</p><p>　　方案四：三端可調(diào)穩(wěn)壓電源設(shè)計</p><p&g

10、t;　　該方案由LM317可調(diào)式三端穩(wěn)壓器電源能夠連續(xù)輸出可調(diào)的直流電壓，它能連續(xù)可調(diào)的正電壓，穩(wěn)壓器內(nèi)部含有過流,過熱保護(hù)電路；由一個電阻(R)和一個可變電位器(RP)組成電壓輸出調(diào)節(jié)電路,同時為了達(dá)到設(shè)計要求，即輸出從3V，我們需要在可變電位器之前加上一個定值電阻R1, 以使輸出電壓能從3V開始。由基爾霍夫電壓定律可得V0=1.25[1+(R1+RP)/R]。</p><p>　　3、各種方案論證分析及選擇&

11、lt;/p><p>　　方案一：采用三端固定穩(wěn)壓電源，因?yàn)檫\(yùn)算放大器對輸出電流有一定的限制，通常情況下難以滿足輸出最大電流為200mA的要求，因此對運(yùn)算放大器的選擇有一定的限制。同時又因?yàn)?805、7905固定輸出5V電壓，并經(jīng)過運(yùn)放和分壓電阻調(diào)整后達(dá)到輸出端，由基爾霍夫電壓定律可得U0=(1+R2/R1)U05，后通過計算發(fā)現(xiàn)，使用固定集成穩(wěn)壓器78xx,79xx系列無法達(dá)到設(shè)計輸出起步為3V的要求(其最低輸出電壓

12、為5V)，因此，該方案不可取。 </p><p>　　方案二：根據(jù)要求電壓從3V起實(shí)現(xiàn)連續(xù)可調(diào)，因此要在基準(zhǔn)電壓處設(shè)計輔助電源，用于控制輸出電壓能夠從3V開始調(diào)節(jié)。再之單純的串聯(lián)式直流穩(wěn)壓電源電路很簡單，但增加輔助電源后，電路比較復(fù)雜，由于都采用分立元件，電路的可靠性難以保證。</p><p>　　方案三：采用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)功能電源穩(wěn)定性好、精度高，性能優(yōu)于傳統(tǒng)

13、的可調(diào)直流穩(wěn)壓電源，但是電路比較復(fù)雜，成本較高，使用于要求較高的場合。在實(shí)際中，如果對電路的要求不太高(這種情況較多)，多不考慮該種方案。</p><p>　　方案四：采用可調(diào)三端集成穩(wěn)壓電路，該穩(wěn)壓器的基準(zhǔn)電壓為 1.25V，通過R1的分壓調(diào)節(jié)電位器RP可實(shí)現(xiàn)電壓從3V起連續(xù)可調(diào)。所用元件較少，結(jié)構(gòu)簡單，成本較低，組裝方便且可靠性較高，此外，它的線性調(diào)整率和負(fù)載調(diào)整率也比標(biāo)準(zhǔn)的固定穩(wěn)壓器好，它能夠很好的滿足實(shí)際

14、中大多數(shù)情況下的要求。綜合各方案分析顯然最后一種方案較為合理。</p><p>　　四、設(shè)計方案原理框圖、總體電路原理圖及說明</p><p><b>　　1、原理框圖</b></p><p>　　下圖為直流穩(wěn)壓電源設(shè)計方案的原理框圖，它表示把交流電變換為直流電的過程。包括變壓電路、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路。</p><

15、p><b>　　2、總體電路圖</b></p><p><b>　　3、說明</b></p><p>　　如電路圖所示，在輸入端加上 220V 交流電壓經(jīng)過變壓器變壓之后得到合適的電壓；將降壓后的交流電壓通過整流電路變換為單向脈動電壓。其中的整流元件（晶體二極管）；整流后的單向脈動電壓經(jīng)濾波后減小了電壓的脈動程度，逐漸達(dá)到負(fù)載的需要；經(jīng)過濾

16、波后的電壓最后再由穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓之后將會輸出直流電 U0。而穩(wěn)壓環(huán)節(jié)是該方案的核心部分，根據(jù)要求輸出電壓從3V起可變輸出，而我們在穩(wěn)壓部分選用的 LM317輸出的基準(zhǔn)電壓為 1.25V，同時結(jié)合分壓電阻R1和可調(diào)電位器RP，實(shí)現(xiàn)電壓從 3V 起可連續(xù)輸出的功能。</p><p><b>　　五、單元電路設(shè)計</b></p><p><b>　　1、整流變壓電路

17、</b></p><p>　?、俟δ茏饔靡约霸韴D：電源變壓器是將來自電網(wǎng)的 220V 交流電壓變換為符合整流所需要的電壓。</p><p>　　②變壓器參數(shù)計算以及選?。涸O(shè)LM317 輸入電壓為Ui則</p><p>　　集成穩(wěn)壓器的輸出電壓應(yīng)與穩(wěn)壓電源要求的輸出電壓的大小及范圍相同。穩(wěn)壓器的最大允許電流，穩(wěn)壓器的輸入電壓范圍為：</p>

18、<p>　　式中，——最大輸出電壓；</p><p><b>　　——最小輸出電壓；</b></p><p>　　——穩(wěn)壓器的最小輸入電壓差；</p><p>　　——穩(wěn)壓器的最大輸入電壓差；</p><p>　　已知：U0min=3V ，U0max=12V </p><p>　　U

19、i-U0max≥（Ui-U0）min Ui-U0min≤（Ui-U0）max</p><p>　　即: Uomax+(Ui-Uo)max ≤ Ui ≤ Uomin+(Ui-Uo)max</p><p>　　其中:（Ui-U0）min=3V （Ui-U0）max=40V</p><p>　　計算得到15V≤Ui≤43V，穩(wěn)壓器的壓差不用過大，因

20、此選擇 Ui=15V。則變壓器副電壓 U≥Ui/1.2=12.5V 取 U=13V。變壓器上的繞組的壓降等因素，變壓器二次側(cè)電壓大約要高出10％(滿足穩(wěn)壓系數(shù)Sr<10%)，</p><p>　　即 13*(1+0.1)=14.3V， 故取 15V。</p><p>　　穩(wěn)壓器輸入輸出電流基本保持不變 Io≤200mA,按輸出電流較大時的情況考慮，則變壓器副電流有效值 I=200*(

21、1+0.1)=220mA。(考慮到穩(wěn)壓部分電路要消耗一些電流，大概為十幾毫安，變壓器副邊電流實(shí)際上應(yīng)稍大于220mA。)</p><p>　　這樣，計算出變壓器副邊輸出功率P2=UI=15*0.22=3.3W，取為4mA。通過查取參考資料，由下表：</p><p>　　得出變壓器原邊輸入功率P1≥P2/η =6.7W，故選用 規(guī)格為 20V/10W 的變壓器是比較合適的。</p>

22、;<p><b>　　2、整流電路</b></p><p>　?、俟δ茏饔靡约霸韴D：</p><p>　　在整流部分我們選用單相橋式整流a</p><p>　　電路，其電路圖如圖所示。我們+D1</p><p>　　先來分析該環(huán)節(jié)的工作情況。D4</p><p>　　在變

23、壓器二次側(cè)電壓u的正半周時~u RL</p><p>　　即a點(diǎn)電位高于b點(diǎn)電位，二極管D1和D3</p><p>　　D3導(dǎo)通，D2和D4截止，電流i1的通路-D2</p><p>　　是a D1 RL D3b。這時，b</p><p>　　負(fù)載電阻RL

24、上得到一個半波電壓。 單相橋式整流電路</p><p>　　在電壓u的負(fù)半周時，變壓器二次側(cè)則是上負(fù)下正D1和D3截止D2和D4導(dǎo)通。電流i2的通路是b D2 RL D4 a同樣在負(fù)載電阻上得到一個半波電壓。整流后的電壓電流的波形如圖所示</p><p>　　②相應(yīng)參數(shù)計算以及二極管選用</p><p>　　因

25、為變壓器的副邊電壓U=15V，所以橋式整流電路中的二極管承受的最高反向電壓為： I0max=200mA ，橋式整流電路中二極管承受的最高平均電流為：Id=I0/2=100mA，查教材《電工學(xué)·下-電子技術(shù)》附錄B：常用半導(dǎo)體分立器件的型號和參數(shù)，選用型號為2CZ55B二極管，其參數(shù)為：反向擊穿電壓URWM=50V，最大整流電流IOM=1A≥I0max，滿足電路要求。</p><p><b>　

26、　u0i0</b></p><p>　　整流后的波形如右圖所示：u0</p><p>　　i1i2i1i2</p><p><b>　　wt</b></p><p><b>　　整流后的波形</b></p><p><b>　　3、濾波電路&l

27、t;/b></p><p>　　Ui=15V ,Iimax =200mA </p><p>　　可得 RL=15/0.2=75Ω </p><p>　　又 RL*C≥（3—5）T/2，T=0.02S；</p><p>　　電容 C=（5*T）/（2RL）=667μ F。</p><p>　　選取電容常用值 C=1

28、000μ F。</p><p><b>　　4、穩(wěn)壓電路</b></p><p>　　根據(jù)內(nèi)部電路設(shè)計，流過 R1的電流I=5mA，R1=UR/I=3/0.005=600Ω ，考慮器件參數(shù)的分散性，實(shí)際I可能大于 5mA，因此 R1值應(yīng)小于600Ω 。所以R1=590Ω 。</p><p>　　D1和 D2分別是為了防止輸入短路和輸出短路時電容

29、器放電使得 LM317 損壞，查表得 IN4001的最大反向工作電壓為 50V，最大整流電流 1A，滿足電路的需要。</p><p>　　因此 D4、D6 均選擇IN4001。</p><p>　　另外 C2=0.33μ F C3=10μ F C4=1μ F。</p><p><b>　　六、收獲與體會</b></p><p

30、>　　我們用一周的時間設(shè)計一個可調(diào)直流穩(wěn)壓電源，這是我們第一次做課程設(shè)計，所以過程中難免從許多困難，結(jié)果會存在不足和紕漏。我們在設(shè)計之前，根據(jù)老師提前的講解，參考了許多相關(guān)的資料，在設(shè)計中又參考了課本上給出的相關(guān)原理圖，開始時我還不太明白電路是如何連接的，并且對其原理也不夠了解，但通過對所學(xué)知識更深入的學(xué)習(xí)和老師的答疑講解和幫助，明白其中的原理，理解了許多東西。一路走來，我收獲了知識，收獲了希望和努力后的成果。</p>

31、<p>　　這周的課程設(shè)計是以自己動手動腦，它將基本技能訓(xùn)練，基本工藝知識和創(chuàng)新啟蒙有機(jī)結(jié)合，培養(yǎng)我們的實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神。作為大學(xué)生，僅會書本理論是不夠的，基本的動手能力是一切工作和創(chuàng)造的基礎(chǔ)和必要條件。</p><p>　　通過這次課程設(shè)計，我發(fā)現(xiàn)了以往學(xué)習(xí)中的許多不足，我更加深深地體會到了自學(xué)和動手能力的重要性。比如我們在畫電路圖時，只好用Word來繪制電路圖，使用也比較麻煩，主要是沒有學(xué)過繪

32、制電路圖軟件。</p><p>　　大學(xué)中很多東西都是要靠自己去學(xué)的，我們應(yīng)該抽時間好好的學(xué)習(xí)那些對我來說很有用的軟件。比如CAD、Photoshop 等，對子自己學(xué)的這個專業(yè)是相當(dāng)重要的。自學(xué)是我們學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)好一門課、一門專業(yè)重要的一種能力。一個擁有很強(qiáng)自學(xué)能力的人，他在某種程度上可以比那些自學(xué)能力相對弱的人更容易成功。因?yàn)橐粋€自學(xué)能力強(qiáng)的人，可以很快地掌握一項(xiàng)從來沒有接觸過的技術(shù)，適應(yīng)環(huán)境的能力強(qiáng)。相信以后我

33、會以更加積極地態(tài)度對待我的學(xué)習(xí)、對待我的生活。我的激情永遠(yuǎn)不會結(jié)束，相反，我會更加努力，努力的去彌補(bǔ)自己的缺點(diǎn)，發(fā)展自己的優(yōu)點(diǎn)，去充實(shí)自己，只有在了解了自己的長短之后，我們會更加珍惜擁有的，更加努力的去完善它，增進(jìn)它。只有不斷的測試自己，挑戰(zhàn)自己，才能擁有更多的成功和快樂快樂至上，享受過程，而不是結(jié)果！認(rèn)真對待每一個實(shí)驗(yàn)，珍惜每一分一秒，學(xué)到最多的知識和方法，鍛煉自己的能力，這個是我在課程設(shè)計中學(xué)到的最重要的東西，也是以后都將受益匪淺的

34、！</p><p>　　這次實(shí)驗(yàn)過程中我受益匪淺，培養(yǎng)了我的設(shè)計思維，增加了動手操作的能力。最重要的是我明白了自學(xué)的重要性。我深深地意識到了我必須提高我的自學(xué)能力。此外，我還體會到，我們書本上所學(xué)的知識和實(shí)際的東西相差甚遠(yuǎn)，我們所不懂的知識還有很多，因此今后我們要更加注重實(shí)際方面的鍛煉和運(yùn)用。在解決問題的過程無疑也是對自己自身專業(yè)素質(zhì)的一種提高與肯定。此次設(shè)計不僅增強(qiáng)了自己在專業(yè)設(shè)計方面的信心，鼓舞了自己，更是一

35、次興趣的培養(yǎng)。這是一次難得的實(shí)踐！</p><p><b>　　七、參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　秦曾煌.電工學(xué)[M].7版.北京:等教育出版社，2009</p><p>　　賈更新.電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計.[M]西安:西北工業(yè)大學(xué)出版社.2010</p><p>　　吳建強(qiáng).電工學(xué)習(xí)題解答[M]. 黑龍江:哈爾

36、濱工業(yè)大學(xué)出版社.2000</p><p>　　楊錚.電工、電子技術(shù)實(shí)習(xí)與課程設(shè)計[M]. 北京:中國電力出版社.2004</p><p>　　高吉祥,庫錫樹.電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計. [M].3版.北京:電子工業(yè)出版社.2011</p><p><b>　　八、附件</b></p><p><b>　　評