集成直流稳压电源的设计论文说明书-本科论文.doc

沈阳理工大学装备工程学院课程设计说明书摘 要 随着科技的发展，电气、电子设备已经广泛的应用于日常、科研、学习等各个方面。电源作为电气、电子设备必不可少的能源供应部件，需求日益增加，而且对电源的功能、稳定性等各项指标也提出了更高的要求。对电源的研究和开发已经成为新技术、新设备开发的重要环节，在推动科技发展中起着重要作用。本设计主要用串联型稳压电路设计直流稳压电源，通过相关知识计算出各电路中各个器件的参数，使电路性能达到设计要求中的电压调整率，电流调整率，负载调整率，纹波电压等各种指标。关键词：直流；稳压电源；串联型线性稳压；开关式稳压电源目 录1 绪 论12 设计任务22.1课程设计的目的及意义22.2课程设计任务与要求22.3 实验器材22.4课程设计技术指标23 集成直流稳压电源的工作原理43.1 集成直流稳压电源概述43.2 变压部分43.3 整流部分43.4 滤波部分53.5 稳压部分54 电路设计与调试64.1 集成直流稳压电源的设计与调试64.1.1集成直流稳压电源的参数计算原理64.1.2 集成直流稳压电源元器件的选择64.1.3 集成直流稳压电源电路板实物图75 实验结果分析85.1 集成直流稳压电源电路分析85.1.1整流部分（电路第一部分）8 5.1.2集成稳压部分（电路第二部分）.85.2 集成直流稳压电源结果分析95.2.1 整流部分结果95.2.2滤波部分结果95.2.3稳压部分结果105.3集成直流稳压电源总电路图126 总结13致谢14参考文献15III1 绪 论 在电子电路及电子设备中，通常都需要电压稳定的直流电源供电，作为电子电路中必不可少的组成部分，它的作用之一是为各级电路中的三极管提供合适的偏置，其次是作为整个电子电路能量来源。它是由电源变压器、整流、滤波和稳压电路等四部分组成。 电源变压器将交流电网220V的电压变为所需要的电压值，然后通过整流电路将交流电压变成脉动的直流电压。由于此脉动的直流电压还含有较大的纹波，必须通过滤波电路加以滤除，从而得到平滑的直流电压。但这样的电压还随电网电压波动（一般有10%左右的波动）、负载和温度的变化而变化。因而在整流、滤波电路之后，还需接稳压电路。稳压电路的作用是当电网电压波动、负载和温度变化时，维持输出直流电压稳定。直流稳压电源的历史可追溯到十九世纪，爱迪生发明电灯时，就曾考虑过稳压器，到二十世纪初，就有铁磁稳压器以及相应的技术文献，电子管问世不久，就有人设计了电子管直流稳压器，在四十年代后期，电子器件与磁饱和元件相结合，构成了电子控制的磁饱和交流稳压器。五十年代晶体管的诞生使晶体管串联调整稳压电源成了直流稳压电源的中心。六十年代后期，科研人员对稳定电源技术做了新的总结，使开关电源，可控硅电源得到快速发展，与此同时，集成稳压器也不断发展。直至今日，在直流稳压电源领域，以电子计算机为代表的要求供电电压低，电流大的电源大都由开关电源担任，要求供电电压高，电流大的设备的电源由可控硅电源代之，小电流、低电压电源都采用集成稳压器。现在社会在进步，社会在向前发展，只有掌握先进的技术，并有一定的动手能力和设计能力才能在激烈的社会大潮中站得住脚；所以我们选题直流稳压电源的目的，一方面加深对直流稳压电源了解；另一方面巩固所学的知识，提高自己的动手制作能力和设计能力。同时为我们以后学习相关专业知识打下基础和积累经验，并且对我们以后的工作也有帮助。2 设计任务2.1课程设计的目的及意义通过集成直流稳压电源的设计，安装和调试，要求学会： （1）选择变压器、整流二极管、滤波电容、集成稳压器及相关元器件设计直流稳压电源； （2）掌握直流稳压电路的调试及主要技术指标的测试方法。2.2课程设计任务与要求1. 集成稳压电源的主要技术指标 （1）同时输出15v电压、输出电流为500mA; （2）输出纹波电压小于5mV，稳压系数小于510(-3)，输出内阻小于0.1； （3）加输出保护电路，最大输出电流不超过2A。2. 设计要求 （1）电源变压器只做理论设计。 （2）合理选择集成稳压器及扩流三极管。 （3）保护电路拟采用限流型。 （4）完成全电路理论设计、安装调试、绘制电路图，自制印刷版。 （5）撰写设计报告、调试总结报告。2.3 实验器材计算机、示波器、PCB制作工具（包括：电烙铁、剪刀、焊锡丝、焊接剂、镊子等其他焊接工具）、元器件：电阻、电位器、电容、稳压器、交流电源、电源接插件、IC插座、导线等等2.4课程设计技术指标（1） 对电路设计的技术指标按学生的学号给出，原则上为X.X。例如：学号为21号的学生，当你遇到有特殊指标要求时，如脉宽X.Xms时，可视为2.1ms。如果是单学号的学生，整数位视为零值。（2） 需要调整参数的元器件要求使用可调参数器件，如电位器等。相关电路自行设计。（3） 修改后的电路应有防电源正负极短路的措施。3 集成直流稳压电源的工作原理3.1 集成直流稳压电源概述1直流稳压电源一般由电源变压器T、整流、滤波电路及稳压电路所组成，基本框图及其各路段的波形如图3.1所示。图3.1 直流稳压电源基本框图2直流电源的性能指标参数 （1）输入电压Ui 。 电源所要求的（交流）输入电压，在我国一般是220V、50Hz的交流电。 （2）额定输出电压Uo ,电源输出稳定的直流电压值。 （3）最大输出电流Im。电源在额定输出电压Uo ，所能提供的最大输出电流。有时也用最大输出功率Pm 来表示。 （4）稳压系数Sr 。当负载不变时，稳压电路输出电压的相对变化量与输入电压的相对变化量之比。 这次设计主要讨论的是把电网电压的单相交流电转换为直流电源的方法及其原理、实现的电路及直流电源的性能指标。 3.2 变压部分电源变压器T的作用是将电网220V的交流电压变换成整流滤波电路所需要的交流电压ui 。在本次设计中，为安全起见，直接使用二次电压ui.3.3 整流部分 工作原理：整流滤波电路的作用是将ui变换成脉动的直流电压。再经滤波电路滤除波纹，输出直流电压UI。常用的整流滤波电路有全波整流滤波、桥式整流滤波、倍压整流滤波。其中桥式整流电路由四只二极管组成的一个电桥，电桥的两组相对节点分别接变压器二次绕组和负载。这种电路有三种画法，如下图所示。在工作时，D1、D2与D3、D4轮流导通。在u2正半周，二极管D1和D2正向导通，而D3、D4反向截止，形成负载电流i0，i0流通路径为：aD1RLD2ba，u0=u2；在u2的负半周，二极管D3和D4正向导通，而D1、D2反向截止，形成负载电流i0，i0流通路径为：bD3RLD4ab， u0=u2。 由此可见，不论哪两只二极管导通，负载电流的方向都始终保持不变。如电路图3.3。图3.3三种桥式整流电路3.4 滤波部分 经过整流后，输出电压在正负方向上没有变化，但输出电压波形仍然保持正弦波的形状，起伏很大。为了能够得到平滑的直流电压波形，需要有滤波的措施。3.5 稳压部分 稳压部分就是利用W78系列和W79系列的芯片即可。需要注意的是，应在输入端和公共端之间加上一个电容，其作用是防止自激振荡的产生，提高三端集成稳压的性能，还应在输出端和公共端之间加上一个电容以减少输出纹波和低频干扰。4 电路设计与调试4.1 集成直流稳压电源的设计与调试4.1.1集成直流稳压电源的参数计算原理 （1）稳压系数Sr 稳压系数又称为输入稳定系数，反映输入电压Vi变化时输出电压VO维持不变的能力。Sr越小，说明稳压性能越好。 (4.1) （2）电压调整率Sv Sv 仅考虑由输入电压变化引起的输出电压相对变化量。 （3）电流调整率Si SI 仅由输出电流的变化引起的输出电压的相对变化量。 （4）纹波抑制比Sr Sr是在输入、输出条件不变时，输入纹波电压的峰峰值VIPP与输出纹波电压的 峰峰值VOPP 之比。 其中稳压系数r的定义是负载固定是输出电压的相对变化量与稳压电路的输入电压的相对变化量之比。温度系数Sr是反映温度变化对输出电压的影响；输出电阻Ro是反映负载电流变化对输出电压的影响；波纹电压是指稳压电路输出端交流分量的有效值，它表示输出电压的微小波动。可见上述系数越小，输出电压越稳定。 4.1.2 集成直流稳压电源元器件的选择见表4.1表4.1 集成直流稳压电源元器件 电容 二极管 三端集成稳压器 100.10.33IN4002LM7815LM79154.1.3 集成直流稳压电源电路板实物图如图4.1图4.1集成直流稳压电源实物图5 实验结果分析5.1 集成直流稳压电源电路分析 直流稳压电源一般由电源变压器，整流滤波电路及稳压电路所组成。电路中，首先将电网电压利用变压器得到合适的交流电压，其次将降压的交流电通过整流电路变成单向的脉动电压，这种直流电的脉动成分比较大，往往需要滤波电路将其中的脉动成分滤掉。得到较平滑的直流电。此时的电压值还会受到电网电压的波动和负载变化的影响，这样的直流电源是不稳定的，最后加上稳压电路部分，使输出的直流电压在电网电压或负载电流发生变化时保持稳定，从而得到稳定的直流电压。5.1.1整流部分（电路第一部分） 整流电路的作用是将交流降压电路输出的电压较低的交流电转换成单向脉动性直流电，这就是交流电的整流过程，整流电路主要由整流二极管组成。经过整流电路之后的电压已经不是交流电压，而是一种含有直流电压和交流电压的混合电压。习惯上称单向脉动性直流电压。如图5.1 图5.1整流部分5.1.2集成稳压器部分（电路第二部分） 使用三端集成稳压器我们应注意以下几点：1. 由输出电压15V的设计要求，本方案的稳压电路采用两个三端固定稳压器LM7815和LM7915系列三端式集成稳压器的输出电压是固定的，在使用中不能进行调整。2 .在使用中应注意防止输人端对地短路、防止输人端和输出端反接、防止输入端滤波电路断路、防止输出端与其他高电压电路连接、防止稳服器接地端开路等问题，以避免损坏稳压器。3. 三端稳压器是一个功率器件.应采取适当的散热措施，保证集成稳压器能够在额定输出电流下正常工作。5.2 集成直流稳压电源结果分析5.2.1 整流部分结果 二次侧电压经整流后的波形图为图5.1图5.1二次侧电压经整流后的波形图5.2.2滤波部分结果 在直流电源上多是利用电抗元件对交流信号的电抗性质，将电容器或电感器与负载电阻恰当连接而构成滤波电路。电容有通高频、阻低频的作用，将其直接并在整流电路后面，可以让高频电流通过电容流回电源，从而减少了流入负载的高频电流，降低了负载电压的高频成分，减小了脉动。滤波电路如图5.2。图5.2滤波部分电路图该电路其实就是在整流电路的后边加了电容，利用电容的充放电和整流后波形传播的时间差，当使波形变得较为平缓，圆滑。滤波后的电路波形图如图5.3图5.3滤波后的电路波形图5.2.3稳压部分结果其电路图如图5.4所示图5.4稳压部分电路图电压经过稳压电路之后波形如图5.5图5.5稳压后波形图5.3集成直流稳压电源总电路图设计后的电路图如图5.6图5.6集成直流稳压电源电路图6 总 结这次模拟电子技术课程设计，我和我们组的其他同学共同设计了这个集成直流稳压电源。在这个过程的开始，感觉真的很艰难，我们去图书馆，查资料不过努力总算没有白费，我们设计的集成直流稳压电源最后成功了。很高兴，因为这是我做过的第一个课程设计，并且成功了。在这个过程中，设计是最难的部分，我认为。其次是焊接电路。焊接时候焊点是最基础的，我的焊点自认为光滑圆润，受到了老师的表扬。其次，把买回来的细小的元件一个一个的仔细的焊接到电路板上，再连上细细的导线，极大的考验了我的耐心。通过这次设计，让我们更进一步的了解到直流稳压电源的工作原理以及他的要求和性能指标。也让我们认识到再次设计电路中所存在的问题；而通过不断的努力去解决这些问题。在解决设计问题的同时我们也在其中有所收获。致 谢本人的课程设计论文一直是在刘淑芳、韩雅菲老师们的悉心指导下进行的。刘淑芳老师治学态度严谨，学识渊博，为人和蔼可亲。并且在整个课程设计过程中不断的对我的得到的结论进行总结，提出新的问题，使我接触到了许多理论和实际上的新问题，使我做了许多有益的思考。在此表示诚挚的感谢和由衷的敬意。韩雅菲老师在论文写作方面具有丰富的实践经验，对我的实践工作给予了很多的耐心的指导和帮助，让我改正了论文中的错误。另外，她对待问题的严谨作风也给我留下了深刻的印象，在此表示深深的谢意。此外，我还要感谢我们组的所有成员在整个过程中的帮助和配合。只有全组人的努力，我们这个课程设计才能成功。参考文献1 杨素行模拟电子技术基础简明教程.(第三版)高等教育出版社，2005. 2 高吉祥电子技术基础实验与课程设计（第二版）电子工业出版社，2005.3 余孟尝数字电子技术基础简明教程(第三版)高等教育出版社，2005.4元增民. 模拟电子技术.(修订版).清华大学出版社,2013.15