直流稳压电源设计论.doc

模拟电路课程设计报告设计课题： 直流稳压电源设计 专业班级： 学生姓名： 学号： 指导教师： 设计时间： 课程设计成绩评定表学期姓名专业班级课程名称模拟电子技术课程设计设计题目直流稳压电源设计评定标准评定指标分值得分知识创新性20理论正确性20内容难易性15结合实际性10知识掌握程度15书写规范性10工作量10总成绩100评语：任课教师时间年月日备注目 录一、设计任务与要求1二、方案设计与论证1三、单元电路设计与参数计算231选择集成三端稳压器332选择电源变压器 333选用整流二极管和滤波电容434滤波电容4四、总原理图及元器件清单4五、安装与调试(使用multisim 调试)5六、性能测试与分析6七、结论与心得9八、参考文献9一、设计任务与要求1输出电压：Uo=15V2输出电流：I=1A3输出电压变化量：Vop_p5mV4. 稳压系数：SV二、方案设计与论证稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四个部分组成，如图1所示。 + 电 源 + 整 流 + 滤 波 + 稳 压 + u1 u2 u3 uI U0 _ 变压器 _ 电 路 _ 电 路 _ 电 路 _（a）稳压电源的组成框图 u1 u2 u3 uI U0 0 t 0 t 0 t 0 t 0 t （b）整流与稳压过程图1稳压电源的组成框图及整流与稳压过程方案一：单相半波整流电路：单相半波整流简单，使用器件少，它只对交流电的一半波形整流，只要横轴上面的半波或者只要下面的半波。但由于只利用了交流电的一半波形，所以整流效率不高，而且整流电压的脉动较大，无滤波电路时，整流电压的直流分量较小，Vo=0.45Vi，变压器的利用率低。 方案二：单相全波整流电路：使用的整流器件较半波整流时多一倍，整流电压脉动较小，比半波整流小一半。无滤波电路时的输出电压Vo=0.9Vi，变压器的利用率比半波整流时高。变压器二次绕组需中心抽头。整流器件所承受的反向电压较高。 方案三：单相桥式整流电路：使用的整流器件较全波整流时多一倍，整流电压脉动与全波整流相同，每个器件所承受的反向电压为电源电压峰值，变压器利用率较全波整流电路高。综合3种方案的优缺点:决定选用方案三。三、单元电路设计与参数计算整流电路采用桥式整流电路，电路如图2所示。在u2的正半周内，二极管D1、D2导通，D3、D4截止；u2的负半周内，D3、D4导通，D1、D2截止。正负半周内部都有电流流过的负载电阻RL，且方向是一致的。电路的输出波形如图3所示。图2整流电路图3输出波形图在桥式整流电路中，每个二极管都只在半个周期内导电，所以流过每个二极管的平均电流等于输出电流的平均值的一半，即 。电路中的每只二极管承受的最大反向电压为(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：Uo1=(1.11.2)U2，直流输出电流： （I2是变压器副边电流的有效值。），稳压电路可选集成三端稳压器电路。总体原理电路见图4。图4 稳压电路原理图31选择集成三端稳压器因为要求输出15v，可选用7815,7915集成稳压器。32选择电源变压器 电源变压器的作用是将来自电网的220V交流电压u1变换为整流电路所需要的交流电压u2。电源变压器的效率为：其中：是变压器副边的功率，是变压器原边的功率。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 副边功率 效率0.60.70.80.85 因此，当算出了副边功率后，就可以根据上表算出原边功率。U2=15v+3v=18v;考虑电网电压波动10%U2=15 x1.1=16.5vUi：U2=220:16.5 由此得到变压器变比为0.075 根据桥式滤波的特点有：U1=1.2U2 由此得到U1=19.8v由于I2=（1.52)I1,则I2=1.5x1A=1.5A变压器副边功率：p=u2 x i2=16.5 x1.5w=24.75w变压器的效率为0.70.8；则原边功率pi35.36w。根据以上分析，可以选择副边电压17v、输出电流1.5A，功率为40w的变压器33选用整流二极管和滤波电容ID=0.5IL=500（mA）所承受的最高反向电压为URM=1.414U2=1.414 x 15=21.2v因此，可以选择最大整流电流1A，反向工作峰值电压为50v的整流二极管34滤波电容根据设计要求（取5倍工频半周期）取RC=5 X T/2=5 x0.02/2=0.05s得滤波电容值为C=0.05/12=4.167mF电容器承受的最高电压：Ucm=1.414 xU2=23.3v可以选用4.3mF/25v的电解电容器原理图中c1、c2为电解电容，用于滤波；C3、c4容值为0.33F，用来防止自激振荡；C5、c6容值为1F,用来消除高频噪声和改善输出的瞬态特性，保证负载电流变化时不致引起Uo有较大波动四、总原理图及元器件清单1总原理图、PCB图1 元件清单元件序列型号元件参数值数量备注Ji变压器17V2D1 D2 D3 D4 D5 D6D7二极管1N4001，1A8也可用1N4007C1 C2电解电容4.3mF/25V2C3 C4陶瓷电容330nF2C5 C6电解电容1uF/25V2SW开关1R1 R2电阻12k2U三稳压器LM7815+15V1U三稳压器LM7915-15V1五、安装与调试(使用multisim 调试) 按PCB图所示，制作好电路板。安装时，先安装比较小的元件，所以先安装整流电路，再安装稳压电路，最后再装上滤波电路（电容）。安装时要注意，二极管和电解电容的极性不要接反。经检查无误后，才将电源变压器与整流滤波电路连接，通电后，用万用表检查整流后输出LM7815输入端电压UI的极性，若UI的极性为负，则说明整流电路没有接对，此时若接入稳压电路， 就会损坏集成稳压器。然后接通电源，调节RW的值，若输出电压满足设计指标，说明稳压电源中各级电路都能正常工作，此时就可以进行各项指标的测试。 六、性能测试与分析1输出电压与最大输出电流的测试测试电路如图5所示。一般情 自耦变压器 Io 电流表况下，稳压器正常工作时，其输出 被测 I电流要小于最大输出电流， 220V 稳压 Uo V 电压表 RL取，可算出RL=15， 电路 工作时上消耗的功率为：故取额定功率为15W，阻值为 15的电位器。测试时，先使，交流输入电压为220V，用数字电压表测量的电压值就是Uo。 2稳压系数的测量 按图5所示连接电路， 在时，测出稳压电源的输出电压Uo。然后调节自耦变压器使输入电压，测出稳压电源对应的输出电压Uo1 ；再调节自耦变压器使输入电压，测出稳压电源的输出电压Uo2。则稳压系数为： 因为，在本调试中，无法得到自耦变压器，所以只能把电压归算到降压器的输出电压(Ui):U1=198V U1=242V 所以，稳压系数：=0.0032设计要求测试结果误差分析Uo=15V14.71V 1.93%Iomax=1.0A0.980A2.0%SV0.00326%在允许的误差范围内，本设计已达到要求。七、结论与心得经过一个多月的努力，终天完成的这个设计。从选题到画图制板花了差不多一个星期的时间，后面的调试占了大部分的时间。由于没有找到示波器，所以调试时，除了测试电压电流用到实物外，其他参数测试只能在仿真软件下进行的。在这里选用了multisim进行仿真，虽然multisim不是很难学，但由于自己对multisim还没有熟练的掌握，仿真过程中还是会有一定的误差。在实际做成的电路板中,由于买不到等值参数的元件，测量出来的性能指标参数难免会有一定的误差,对元件封装的不了解，也造成了铜板的浪费。本次的课程设计，培养了我们综合应用课本理论解决实际问题的能力；我觉得课程设计对我们的帮助是很大的，它需要我们将学过的理论知识与实际系统地联系起来，加强我们对学过的知识的实际应用能力！在设计的过程中还培养出了我们的团队精神，同学们共同协作，解决了许多个人无法解决的问题；在今后的学习过程中我们会更加努力和团结。但是由于水平有限，我们的课程设计难免会有一些错误和误差，还望老师批评指正。八、参考文献 1 华成英 童诗白 ，模拟电子技术基础， 北京 ，高等教育出版社，20062 陈大钦 ,电子技术基础实验，北京，华中理工大学电子学教研室,20073 夏路易 石宗义 ,电路原理图与电路板设计教程，北京，北京希望电子出版社，2002致 谢在本次设计中感谢老师以及同学们在设计中对我们的指导和帮助！