直流稳压电源电路设计

题目直流稳压电源电路设计一、设计任务与要求1用桥式整流电容滤波集成稳压块电路设计固定的正负直流电源（土12V）;2输出可调直流电压，范围1.5s15V;3输出电流lom1500mA（要有电流扩展功能）4.稳压系数Sr0时，电流由+流出，经D1、RLD2流入-，即D1、D2导通，D3D4截止；当u20时，电流由-流出，经D3RL、D4流入+,即D3D4导通，D1、D2截止。电路的输出波形如图6所示。AA励图6单相桥式整流电路输出波形在桥式整流电路中，每个二极管都只在半个周期内导电，所以流过每个二极1管的平均电流等于输出电流的平均值的一半，即If=-Io!。电路中的每只二极管2承受的最大反向电压为,2U2(U2是变压器副边电压有效值)。在设计中，常利用电容器两端的电压不能突变和流过电感器的电流不能突变的特点，将电容器和负载电容并联或电容器与负载电阻串联，以达到使输出波形基本平滑的目的。选择电容滤波电路后，直流输出电压：U。!=(1.11.2)U2，直流输出电流：Io1匕(丨2是变压器副边电流的有效值。)，稳压电路可选(1.52)集成三端稳压器电路。-12V直流稳压电源电路总体原理电路图如图7所示，可调式直流稳压电源电路总体原理电路图如图8所示，电流扩展直流稳压电源电路总体原理电路图如图9所示：15D51N4007U2LM7812CTLINEVREGVOLTAGE14COMMONR11k|?52V1U11AMP2220Vrms50Hz0?3T17.327D1血JJN4007D31N4007L-C13.3mFC3工220nFC5470nF工C7220uFLED1D41N4007D21N4007C4尘C2mF斗220nFC8*470nF斗220uFCOMMONVOLTAGELINEVREG16U3LM7912CTD61N4007图7-12V直流稳压电源C617LED2R21k|?R318Q图8可调式直流稳压电源图9电流可扩展直流稳压电源电路选集成稳压器，确定电路形式、在一12V直流稳压电源电路实验中的稳压电路，采用固定式三端稳压器，主要使用了集成块78系列及79系列78XX系列输出为正电压，输出电流可达1A,如7812的输出电流为5mA1A它的输出电压为12V。和78XX系列对应的有79XX系列，它输出为负电压，如7912表示输出电压为-12V和输出电流为5mA1A故称之为三端式稳压器。这类集成稳压器的外形图及典型应用电路图如图10所示。输出132地132输入132地132輸入V-0三端稳压器(7庆79系列)管脚序号判断技巧图10三端稳压器7812、7912管脚图及典型应用电路图、在可调式直流稳压电源电路因为要求输出电压可调，所以选可调式三端稳压器LM317其特性参数V。=+1.2V+37V,lomax=15A，最小输入、输出压差(Vi-Vo)min=3V，最大输入、输出压差(Vi-V)max=407，能满足设计要求，故选用LM317组成的稳压电路。稳压器内部含有过流、过热保护电路，具有安全可靠,性能优良、不易损坏、使用方便等优点。其电压调整率和电流调整率均优于固定式集成稳压构成的可调电压稳压电源。电路系列的引脚功能相同，管脚图如图11和典型电路如图12所示.。R1与RR组成电压输出调节电路，输出电压VoZ.25(1十RR/RJ，式中，1.25是集成稳压块输出端与调整端之间的固有参考电压Vref，此电压加于给定电阻R两端，将产生一个恒定电流通过输出电压调节电位器RR，电阻R1常取值12024g，取R=240。，则RRmin=480，RRmax=2.64k0,故取RR为5k0的精密线绕可调电位器，与其并联的电容器C可进一步减小输出电压的纹波。图中加入了二极管D,用于防止输出端短路时10yF大电容放电倒灌入三端稳压器而被损坏。图11图12（3）、在电流扩展中用大功率三极管TIP41C和LM7812稳压器，TIP41C三极管的管脚如图13所示，其为NPN管，主要参数为：最大工作电压100V,最大工作电流6A,最大耗散率65W设三端稳压器的最大输出电流为lmax，则晶体管的最大基极电流iBmax=lomax，因而负载电流的最大值为Lmax二（1）（lomaxR），故其负载采用大功率的电阻，取R=3.1，为10W勺电阻。图中二极管用于消除Ube对输出电压的影响。T0-220图13TIP41C三极管的管脚图选择电源变压器电源变压器的作用是将电网220V的交流电压Ui变换成整流滤波电路所需要的交流电压U2，通常根据变压器副边输出的功率P2来选购(或自绕)变压器。变压器副边与原边的功率比为P式中，为变压器的效率。一般小型变压器的效率如表1所示表1小型变压器的效率功率F2/VA10101.3030.8080.200效率口0.60.70.80.85由LM317输入电压与输出电压的最小压差(Vi-Vo)min=3V，最大压差为(Vi-Vo)max=40V，可得到LM317的输入电压范围为:Vomax(Vi-Vo)min-Vi-Vomin(Vi_Vo)max15V+3VV-1.5V+40V18/V层2，IF=Iomax的条件。滤波电容C可由纹波电压和稳压系数来确定，滤波电路的电路图如图14(a)所示，其输出电压波形如图14(b)、(c)所示，将脉动的直流电压变为平滑的直流电压。已知，Vo=15V,y=18V,取%p=9mv,=0.0051000V，1A90.1D6二极管1N4148URMK75V,25nA10.1Q1三极管TIP41C100V,6A，65W13.0LED1LED2发光二极管3紫0.5、绿0.5、红0.1C1、C2电解电容3300卩F/50V21.5C3C4电解电容0.22/50V20.2C5C6电解电容0.47F/50V20.2C7C8电解电容220卩F/50V20.4C3C4电解电容10PF/50V20.2C4电解电容14F/50V10.2U3三端稳压器LM7912-12V11.0U2三端稳压器LM7812+12V21.0U2三端稳压器LM3171.2537V11.0R1、R2、R4电阻1KQ30.1R1大功率水泥电阻10VV3.9Q10.5R2电阻120040.1R5单联电位器5K10.8说明：以上各幅图中的240的电阻R2因市场中没有，用的是各两个120门的电阻串联；以上电路中因市场没有2.64K的电位器，所以只能用最接近的5K电位器代替，所以硬件安装时用的是5K电位器。五、安装与调试因以上各电路非常相似，很接近，只是在小范围有点点差别，所以在安装和调试时是类似的，安装调试如下：1. 首先在变压器的原边接入保险丝FU,以防电路短路损坏变压器或其他元器件，其额定电流要略大于Iomax，选FU的熔断电流为1A,各元器件按理论电路图正确焊接，注意布局紧密，不出现虚焊或漏焊。2. 先选好适当大小的电路板，再合理布局。安装时先安装较小的元器件，先安装集成稳压电路，再安装整流电路，最后安装滤波电路，有三极管时因三极管对温度很敏感，所以要最后安装，但在安装的过程中要特别注意电容、二极管和三极管TIP41C的极性，并且要注意LM7812、LM7912和LM317管脚的接法。注意安装要一级测试一级，检查电路安装无误后，再连接安装变压器。接通电源后，静置一会待电路稳定后没出现任何故障（如芯片被烧等）再进行测量，若出现类似状况应立即断开直流电源，检查问题所在并及时排除故障再进行测量。用万用表分别测量变压器原、副边线圈的输出电压，滤波后的输出电压，7812,7912的输入和输出电压。对于稳压电路则主要测试集成稳压器是否能正常工作。其输入端加直流电压V18V,调节RP1，输出电压V。随之变化，说明稳压电路正常工作。整流滤波电路主要是检查整流二极管是否接反，安装前用万用表测量其正、反向电阻。接入电源变压器，整流输出电压Vj应为正。断开交流电源，将整流滤波电路与稳压电路相连接，再接通电源，输出电压V。为规定值，说明各级电路均正常工作，可以进行各项性能指标的测试。六、性能测试与分析1.-12V直流稳压电源的性能测试依次用万用表的250V的交流档测量变压器的原边电压，25V的交流档测量变压器的副边电压，25V直流档测量滤波后的输出电压、稳压器的输入电压和电路的最后输出电压，并记录测试结果如下表2：表2变压器原边电压变压器副边电压滤波后的输出电压稳压器的输入电压输出电压220VU2U2UoiUoiUiuU02U0250HZ+15V-15V+18.1V-18.1V+18.1V-18.1V+12.05V-11.95V相对误差计算：其中变压器的副边电压的理论值为15V,滤波后的输出电压的理论值为Uoi=1.2U2=1.2*15V=18V，Uoi=1.2U2=1.2*（-15）V=-18V,输出电压的理论值为Uo2=+12VUo2=-12V,则有：变压器副边电压的相对误差：ai=（15-15）15*100%=0%a2=（15-15）-15*100%=0%;滤波后的输出电压的相对误差：b=|18-18.1|和8.1*100%=0.55%b2=（-18+18.1）-18.1*100%=0.55%输出电压的相对误差：G=|12-12.05|-12.05*100%=0.41%q=|-12+11.95|11.95*100%=0.42%2.可调式直流稳压电源的性能测试按图18电路的连接方法进行稳压电源性能指标测试，输出端接负载电阻Rl，口耦变压器lo迫流表图18稳压电源的性能指标测试电路连接好测试电路图检查无误后通电，输入端接220V的交流电压，先将万用表打到25V电压的直流档，然后接上万用表对输出电压进行测量，由小到大慢慢地调节稳压电路中的5K电位器，观察万用表的读数，并记录测试的结果为输出电压可调范围为：1.5V15V,记录完数据后迅速调节电位器使输出端电压减小，再断电。相对误差计算：理论输出最小电压为1.5V，输出最大电压为15Vd,=(1.5-1.5)+1.5*100%=0%d2(15-15)*15*100%=0%3. 电流扩展直流稳压电源的性能测试先将万用表打到5A直流档，再接通电源，直接将用万用表串联到电路中大功率的电阻的输出端，然后读数并记录数据后断电，输出电流为l=1.6A，理论输出电流为丨。=(1)(lmaxR)-1.5A，也可按图18电路连接方法测量输出电流。测试的实验结果符合要求I。1.5A，所以不存在误差。4. 稳压系数的测试在本实验中由于没有自藕变压器，不能调节输入交流电的电压，从而无法测试稳压系数但稳压系数的测试方法为：用图18测试，先调节自藕变压器使输入电压增加10%即Vi=242V,测量此时对应的输出电压Vo1;再调节自耦变压器使输入电压减少10%即Vj=198，测量这时的输出电压V2，再测M=220V时对应的输出电压Vo，则稳压系数为“諜220Voi-V2242-198.V。5. 产生误差的原因：综上数据计算与处理和误差计算分析，本实验在误差允许的范围内，符合实验设计要求，但毕竟存在小小的误差，主要原因有：(1) .实验测量仪器万用表本身存在缺陷，不精确，可采用更高精确度的仪器去测量；.实验器材受环境温度的影响。如二极管和三极管对温度比较敏感，易受温度的影响，使得测量数据有所偏差；.焊接不紧或者虚焊会使得输出数据不稳定或者说万用表的指针不易稳定，偏转较明显，从而导致读数不准；.各导线接触不是很好也会导致实验误差。.测输出电流时接触点之间的微小电阻造成的误差；七、结论与心得经过如此长的时间的努力终于如期地把本次的课程设计做好啦，本次实验设计的结果基本符合要求。在实际中，由于有些元器件在本地市场上没有卖，因而只好用些能过替代的元器件替代，因而在选择元器件时比较难选，也比较麻烦，需要在网上查找很多元器件的有关资料，如元器件的参数和三极管TIP41C、LM317LM7812LM7912的管脚连接方法。在这次课程设计过程中由于在设计方面和购买器材时缺乏经验，所以第一次买的有些元器件不符合要求，如大功率的电阻和电流扩展中用到的大功率的三极管，导致焊上去的电阻被烧坏啦，搞得我跑实验室跑了几趟，但最后换成大功率的就好啦，又由于在理论基础知识掌握得不牢固，在设计中难免会出现这样那样的问题，如：在选择计算标准件的时候可能会出现误差，如果是联系紧密或者循序渐进的计算误差会更大；这些都暴露出了前期我在这些方面知识的欠缺和经验的不足。在设计和实验过程中遇到了很多问题是我很难解决的，但经过我和队友以及其他同学的帮助建议下，我得到了信心，使我能够很好地解决并完成它，对于我来说，收获最大的是方法和能力那些分析和解决问题的能力，同时也巩固了我对理论知识的掌握，以及提高了我的动手能力。在本次课程设计中让我深深地体会到了团队间的相互鼓励和团结也是很重要的，更重要的是要有个人的恒心、耐心和毅力。有些理论值与实际值并不是很符合的，买的元器件的标的参数和实际测量的并不一致，且并不是所有的理论值都是最佳的，还需通过实践来确证。在焊接电路板时一定要十分小心细心清醒，不能焊错或漏焊，也不不能虚焊，否则就会因为小小的失误而失败。八、参考文献1童诗白华成英主编模拟电子技术基础（第四版）高等教育出版社2谢自美主编电子线路设计实验测试（第三版）华中科技大学出版社3.彭介华主编电子技术课程设计指导高等教育出版社