電子技術課程設計-- 多路輸出直流穩(wěn)壓電源的設計

電子技術課程設計報告設計課題：多路輸出直流穩(wěn)壓電源的設計專業(yè)班級：電子信息工程1101 姓名學號：付強9312110106指導教師：王楓、王寬設計時間：2013年12月 模電部分多路輸出直流穩(wěn)壓電源的設計一、設計任務與要求1.設計一個多路輸出直流穩(wěn)壓電源，可將220V/50HZ交流電轉(zhuǎn)換為多路直流穩(wěn)壓輸出：+12V/1A，-12V/1A，+5V/1A，-5V/1A及一組可調(diào)正電壓，一組可調(diào)正電壓+3+18V/1A。2選擇電路方案，完成對確定方案電路的設計。計算電路元件參數(shù)與元件選擇、并畫出電路原理圖，闡述基本原理。 3安裝調(diào)試并按規(guī)定格式寫出課程設計報告書。二、方案設計與論證LM317型穩(wěn)壓器電源能夠輸出可調(diào)的直流正電壓，它內(nèi)部含有過流，過熱保護，輸入電壓為正負15V，輸出為1.25（1+Rp/R）；可輸出1.237V電壓。CW7812、CW7805分別可以輸出正12V和正5V電壓，CW7912、CW7905分別可以輸出負12V和負5V電壓。有以上可知可以將LM317級CW系列的穩(wěn)壓器并聯(lián)達到同時輸出正負12V、正負5V及可調(diào)電壓的要求。方案一、可以產(chǎn)生兩路輸出正負電源輸出。一路為大功率、大電壓但對穩(wěn)壓性能要求略低；另一路為小功率、小電壓但對穩(wěn)壓性能要求高。方案二、輸出電壓可以在310v連續(xù)調(diào)節(jié)，且輸出電流可擴展。 1.直流穩(wěn)壓電源設計思路 （1）電網(wǎng)供電電壓交流220V(有效值)50Hz，要獲得低壓直流輸出，首先必須采用電源變壓器將電網(wǎng)電壓降低獲得所需要交流電壓。 （2）降壓后的交流電壓，通過整流電路變成單向直流電，但其幅度變化大（即脈動大）。 （3）脈動大的直流電壓須經(jīng)過濾波電路變成平滑，脈動小的直流電，即將交流成份濾掉，保留其直流成份。 （4）濾波后的直流電壓，再通過穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓，便可得到基本不受外界影響的穩(wěn)定直流電壓輸出，供給負載RL。 其中：（1）電源變壓器：是降壓變壓器，它將電網(wǎng)220V交流電壓變換成符合需要的交流電壓，并送給整流電路，變壓器的變比由變壓器的副邊電壓確定。（2）整流電路：利用單向?qū)щ娫?0Hz的正弦交流電變換成脈動的直流電（3）濾波電路：可以將整流電路輸出電壓中的交流成分大部分加以濾除，從而得到比較平滑的直流電壓。（4）穩(wěn)壓電路：穩(wěn)壓電路的功能是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。三、 單元電路設計與參數(shù)計算1. 電源變壓器電源變壓器是將輸入的220V交流電壓U1轉(zhuǎn)變?yōu)檎麟娐匪枰慕涣麟妷篣2。因為要最終通過78、79系列和LM317系列輸出正向最大18V負向最大12V的電壓，所以選擇帶有中間抽頭的雙12V變壓器?？紤]到今后的功率需要，這次我選擇了25W的變壓器。這樣兩個12V的輸出分別給78、79系列使用，中間抽頭作為固定電壓輸出部分的地線；而將兩個12V的輸出端加給LM317，即輸出24V1。Uomax+(Ui-Uomin)UiUomin+(Ui-Uo)max 18V+3VUi3V+40V21VUi43VU2Uimin/1.1=21/1.1=19.09V取U2=20則P=20W，所以選取24V/25W的變壓器即可。2. 整流電路單相橋式整流電路如下圖，四只整流二極管D1D4形成電橋。在V2正半周。電流從變壓器副邊線圈上端流出，只經(jīng)過D1流向RL,在由D3留回變壓器，所以D1、D3正向?qū)?，D2、D4反偏截止。在負載上產(chǎn)生一個極性為上正下負的輸出電壓。電流通路用實線箭頭表示。同理在V2負半周時，D2、D4正向?qū)?，D1、D3反偏截止。在負載上產(chǎn)生上正下負的輸出電壓。電流通路如圖的虛線箭頭表示。綜上可知輸入端經(jīng)變壓器后在副邊得到了一個單向的脈動電壓。 +41231u2u220V+-RLouV21VV3V4+u2uo´´io ´´圖1橋式整流電路的工作由于Urm=1.414×24=33.936V，I=1A，的反向擊穿電壓UrmV，額定工作電流ID=1A，所以整流二極管選擇。I=1A。T=0.02s,電路中濾波電容承受的最高電壓時1.414×24=33.936V所以選擇電容的耐壓值應該大于34V所以選擇1000uF/50V的電容。因為大容量電解電容有一定的繞制電感分布，易引起自激振蕩，形成高頻干擾。所以穩(wěn)壓器的輸入斷腸并入辭職小容量電容來抵消電感效應，一直高頻干擾。3濾波電路經(jīng)過整流的脈沖電壓紋波很大要經(jīng)過濾波電路的濾波作用，一般有電抗元件組成，如在電阻兩端并聯(lián)電容器C，或在整流電路輸入端與負載間串聯(lián)電感器L，以及有電容、電感組合而成的各種復式濾波電路。在這里選擇用電容濾波，適合小電流負載。圖2幾種不同的復式濾波電路4. 穩(wěn)壓電路由于輸出地直流電壓會隨著穩(wěn)壓電路的波動、負載和溫度發(fā)生變化而變化，所以，為了維持輸出直流電壓穩(wěn)定不變，還要加上穩(wěn)壓電路。由于電源要求的輸出功率較小，為了簡化電路并提高電路的穩(wěn)定性，因此選擇集成穩(wěn)壓器。集成穩(wěn)壓器在使用中普遍使用的是三端穩(wěn)壓器?？梢苑譃楣潭ㄊ胶涂烧{(diào)式，按正負的輸出電壓還可分為CW317、CW337、LM317、LM337。其中317系列穩(wěn)壓器可以連續(xù)輸出可調(diào)正電壓，337系列則是可調(diào)負電壓。它們的可調(diào)范圍為1.237V，最大輸出電流為1.5A。三端集成穩(wěn)壓器還有78、79系列分別對應正電壓輸出和負電壓輸出.79系列和78系列的外形相似但是連接不同，79的1端接地，2端接負的輸入。3端接輸出。圖3固定式三端穩(wěn)壓器的引腳圖與應用電路2圖4可調(diào)式三端穩(wěn)壓器的引腳圖級應用電路選擇穩(wěn)壓器型號為LM7805、LM7812、LM7905、LM7912和LM317。78系列分別輸出正5V和正12V，79系列分別輸出負5V和12V。317系列則輸出1.237V的可變電壓，最大輸出電流為1.5A。四、總原理圖及元器件清單1總原理圖圖5多路輸出直流穩(wěn)壓電源電路圖2元件清單名稱型號數(shù)量備注變壓器二極管電解電容穩(wěn)壓集成器和各和各電阻及電阻器導線焊錫白色導線及焊錫若干五、 安裝與調(diào)試在multisim軟件上對電路進行仿真模擬，確認設計電路正確無誤，完成安裝調(diào)試：1. 檢查所用元器件，確定無損壞，型號及參數(shù)正確；2. 根據(jù)所選器件初步設計總體電路的安裝布局；3. 按各單元電路分別進行安裝并調(diào)試，查找故障并及時記錄測量結果；4. 測試時遵守安全操作規(guī)程，安裝或更換原器件時要關掉電源。此外，使用電子儀器要注意其安全注意事項，電源和信號源不要造成短路。5. 調(diào)試成功并經(jīng)驗收，確認合格后方可拆卸電路。六.性能測試與分析1.+-5 V仿真結果分析如下圖可知，220V、50Hz交流電經(jīng)過變壓器（U2=L2/L1 U1，即U2=1/15 U1），輸出10V的波動電壓，經(jīng)過整流橋后，呈現(xiàn)的是示波器中黃線的半波波形，接著，經(jīng)過500nF的濾波電容后，變?yōu)楹休^小諧波的直流電壓，波形如示波器中藍線所示，趨向于直線，接近直流，最后，電壓通過7805穩(wěn)壓器，諧波被去除，成為較為穩(wěn)定的直流電，如示波器中紅線波形所示，達到實驗要求。而-5V電壓由于采用7905穩(wěn)壓器， 輸出類似于+5V，輸出波形一致。 2. +-12V仿真結果分析如上面第三個圖所示，220V、50Hz交流電經(jīng)過變壓器（U2=L2/L1 U1即U2=1/15 U1）之后，也是輸出10V的波動電壓。但是經(jīng)過整流橋和濾波電容的整流和濾波作用之后，輸出如圖所示中第二條黃色波形，之后再經(jīng)過7812和7912穩(wěn)壓器穩(wěn)壓之后，就出現(xiàn)較穩(wěn)定的的+-12V，如圖中電壓表所示，滿足設計要求。 3. 318V仿真結果分析同樣，220V、50Hz交流電經(jīng)過變壓器之后，在經(jīng)過整流、濾波和穩(wěn)壓之后，再利用滑動變阻器進行調(diào)節(jié)，使之產(chǎn)生可變的輸出電壓。核心器件選用317 三端集成穩(wěn)壓器，其輸出電壓為V=1.25（1+RP/R），額定電流1A。RP為精密可調(diào)電位器，電容C與RP并聯(lián)組成濾波網(wǎng)絡，以減小輸出的紋波電壓。二級管D的作用是防止輸出端與地短接，損壞穩(wěn)壓器。七、 結論與心得此次課程設計至此已經(jīng)接近尾聲，兩周的時間雖然很短暫，但在這兩個星期的設計過程中收獲頗豐。這是自己第一次自己設計一個小的實用電路，感受到了將所學知識轉(zhuǎn)化為實物的喜悅。更加激勵了自己今后的專業(yè)學習。在設計的過程中，與同學一起查閱資料，了解到許多課外的知識，也認識到了自己還有許許多多的不足，需要加緊努力，充實自己；在與同學合作的過程中，更加深了大家的了解，培養(yǎng)了團隊合作的精神與經(jīng)驗。感謝學校給我們這次機會，鍛煉了我們的動手能力。通過這次的課程設計，讓我加深了對于所學模電知識的理解，真正做到了將理論與實際結合起來，切身體會到了理論與實際差別。例如像對于可調(diào)電阻的計算，可以十分的精確，但是在選管時可能會有許多的麻煩，所以在允許范圍內(nèi)可以有一定的偏差，這對于實際的應用沒有太大的影響，但是對于系統(tǒng)的設計制作會有十分大的便捷。而且也讓我很明確得意識到自己在模電上有很多的知識漏洞，以后應該多鉆研一下。同時也感謝指導老師在設計過程中的輔導以及同學的幫助。八、參考文獻1康華光.電子技術基礎 模擬部分（第五版）.北京：高等教育出版社，2006.12吳友宇模擬電子技術基礎（第一版）北京：清華大學出版社，20093郭永貞模擬電子技術實驗與課程設計指導南京：東南大學出版社，2007