直流稳定电源设计报告

直流稳压电源设计报告实验名称：直流稳压电源设计系部：物理与机电工程学院专业班级：12级电子信息工程学号：学生姓名：完成时间：2013.12.24报告成绩：评阅意见：评阅教师日期4目录摘要……………………………………………………………………………………4Abstract………………………………………………………………………………51.绪论………………………………………………………………………………61.1.设计任务及要求…………………………………………………………………………62.设计方案及硬件电路设计………………………………………………………82.1.直流稳压电源.........................................................82.1.1.电路方案选择.......................................................82.1.2.元件参数选择......................................................103．仿真及分析……………………………………………………………………163.1.直流稳压电源仿真分析................................................163.2.直流稳流电源仿真分析................................................183.3.DC—DC变换仿真分析.................................................194.实验测试数据分析………………………………………………………………206.参考文献…………………………………………………………………………22附录：………………………………………………………………………………235摘要：本次实验设计预分别用串联型线性稳压电路，串联调整式稳流电路和反馈式逆变电路设计直流稳压电源，直流稳流电源和DC-DC变换器等实验内容。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，纹波电压等各项指标。关键词：电源；串联型线性稳压；串联调整式稳流；1.绪论1.1设计任务及要求一、任务设计并制作交流变换为直流的稳定电源。二、要求1．基本要求（1）稳压电源在输入电压220V、50Hz、电压变化范围＋15%～－20%条件下：a．输出电压可调范围为+9V～+12Vb．最大输出电流为1.5Ac．电压调整率≤0.2%（输入电压220V变化范围＋15%～－20%下，空载到满载）d．负载调整率≤1%（最低输入电压下，满载）e．纹波电压（峰-峰值）≤5mV（最低输入电压下，满载）f．效率≥40%（输出电压9V、输入电压220V下，满载）g．具有过流及短路保护功能2．发挥部分（1）扩充功能a．排除短路故障后，自动恢复为正常状态b．过热保护c．防止开、关机时产生的“过冲”（2）提高稳压电源的技术指标a．提高电压调整率和负载调整率b．扩大输出电压调节范围和提高最大输出电流值三、评分意见项目得分基本要求设计与总结报告：方案设计与论证，理论分析与计算，电路图，测试方法与数据，对测试6结果的分析50实际制作完成情况50发挥部分完成第（1）项9完成第（2）项15完成第（3）项6完成第（4）项10特色与创新102.设计方案及硬件电路设计2.1直流稳压电源2.1.1电路方案选择方案一：采用由运放构成的线性调压电路。此电路原理是信号经整流滤波后直接进入线性稳压电路，由运放构成深度度负反馈电路，通过调节负反馈电阻的大小来调节输出电压。选择合适的电阻和可变电阻，即可实现+9~+12V输出。电路原理图如下图所示：一个可调式的串联反馈型的直流稳压电源如图所示，它由变压器，整流滤波电路，串联型反馈式稳压电路构成。其中串联型反馈式稳压电路的组成部分有调整管，比较放大器，基准电压和取样电路。由于引入了电压串联负反馈，该稳压电路可以实现输出电压的稳定输出；由于其电压取样比可调节（反馈系数可调节），还实现输出电压的调节，即一个可调压的直流稳压电源。7限流式保护电路，当发生短路或过流时，调整管的电流超过额定值，限流式保护电路通过电路中的取样电阻的反馈作用，起到使调整管基极电流分流的作用，从而达到限制输出电流的目的。如图所示。方案二：采用开关电源电路，直接将220V电压经整流后送入单级开关电源电路，通过调节开关管的占空比来调节输出电压的大小。电路图如下所示：图2—2振铃式开关电源电路包括整流滤波电路、开关变压器、开关管、次级整流电路、取样放大电路、控制电路等，其特征在于将普通开关电源的开关变压器的初级线圈分成两个绕组Ｌ↓〔１〕和Ｌ↓〔２〕，每个绕组串接一只二极管，然后再把这两部分串接起来，接点为Ａ，剩下的两个端点，一端与电源相接，另一端通过开关管与地相接此外在接点Ａ与电源之间跨接一只电容Ｃ↓〔１〕，在接点Ａ与地之间再跨接另一只电容Ｃ↓〔２〕，其最佳值是使Ｃ↓〔１〕、Ｃ↓〔２〕的大小与对应绕组Ｌ↓〔１〕、Ｌ↓〔２〕的匝数Ｎ↓〔１〕、Ｎ↓〔２〕成反比，即Ｃ↓〔１〕∶Ｃ↓〔２〕＝Ｎ↓〔２〕∶Ｎ↓〔１〕。在VT2的基极支路上增加RA和RB。由于C3上的电压是与输入电压成正比的正极性电压，一旦输人电压Ui升高，电阻RA流过的电流就增加，加速VT2导通，起到限流的作用。因此，输出电压Uo和C2的电压Uc2就会降低，故流过RB的负电流减少，VT2基极电压升高，VT2深度饱和导通，于是起到减小输出电流的作用比较上述个方案，该实验决定选用方案一。因为其稳压性能较好，适合小电流，调节范围宽广。82.1.2元件参数选择该反馈放大器属于电压串联负反馈，调整管的电路组态属于射极跟随器；如果运算放大器为理想的条件下，输出电压计算如下：Vo1=Av(VREF–FVO)≈VOVO=VREFAvFAv1由于理想运算放大器其开环增益无穷大，故反馈深度AvF11，有Vo=VREFF1F=VoVf=32122''RRRRRVo=VREF32321RRRRR=VZ32321RRRRR从上式可以看出，在基准电压VZ确定后，改变可调电位器R2滑动触点的位置，就能改变输出电压Vo的大小。显然，当R2的滑动头移至下端时，2R=0,还可看出，Vo最大，即：Vomax=3321RRRRVz同理，R2的滑动头移至上端时，Vo最小，及：Vomin=32321RRRRRVz所以32321RRRRRVzVo3321RRRRVz为了提高电源的稳压效果，首先是提高放大电路的增益；其次，应提高取样系数n，减小信号电压的损失；第三，基准电压要稳定，否则也会造成Vo的不稳定，而且基准电压的不稳定是不能由稳压电路的调整过程进行补偿的。调整管的调整作用是依靠输出电压和给定电压之间的偏差来实现的，必须有偏差才能调整。如果绝对不变，调整管的电路参数也绝对不变，那么电路也就不能起着调整作用了，所以不可能达到绝对稳定，只能基本稳定。因此串联负反馈型稳压电路是一个闭环有差的调整系统。稳压系数Sr为：9Sr=ViViVoVo=VoViAvn1可以看出，稳压系数Sr的大小主要决定于取样比n和比较放大器的电压增益Av，n和Av越大，Sr值越小，电源的稳定程度越高。根据理论公式得：（1）稳压电路：R=1K欧；R1=510欧；Rw=1K欧；R3=1.5K欧；C=2200uF/50V；（2）稳流电路：R1=R2=R3=R4=10K欧；R5=R6=100欧；R7=5.1K欧；Rw=1K欧。2．仿真及分析为了验证设计电路的正确性，并测试电路的性能是否符合要求，本人现对电路作了全面，系统的仿真。我是用的仿真软件是Multisim12.0。3.1直流稳压电源仿真分析直流稳压电源的要求首先是电压调节范围。我做的仿真结果如下图：图3—1稳压最小输出10图3—2稳压最大输出从仿真结果中可以看出：输出电压调节范围为7.411—12.351V，设计满足要求。然后分析纹波，结果如下图：图3—3纹波电压仿真结果显示纹波电压仅为206.131nV。远小于要求中的5mV，故设计通过。用示波器观测纹波，可以看到很平稳的波形，可知输出电压很稳定，再次验证了设计满足要求。纹波波形如下图：11图3—4纹波波形4.实验测试数据分析〔1)稳压电源，在输入电压220V；50Hz，电压变化范围+15%～-20%下：a.输出电压可调范围为：+7.45～12.50Vb.最大输出电流为：1.48Ac.电压调整率为：0.187%d.负载调整率为：0.86%e.纹波电压：148.452uFf.效率：43.03%(2)稳流电源，在输入电压为+12V的条件下：a.输出电流：7.45～25.50mA可调b.负载调整率为：1.3%12整体分析：由以上数据可知，本次设计基本成功，但在细节处与要求有一定的偏差，分析原因主要在于，一些元件的参数与计算值有一定的偏差，且温度等外部因素也对结果产生一定影响。总结：本次课程设计，是对所学的模电知识的一次综合应用，既考验了我的知识掌握程度，也锻炼了我的动手动脑能力。在实验的过程中，我明白了理论和实际是有差距的。很多理论上成立的事情实际不一定做得到。虽然此次课程设计花费了一番功夫，但却使我收获很多。无论是对稳定电源的认识，还是对仿真软件的学习，都有了一定的提高。是一次较为令人满意的实验同时此次课程设计也让我发现了许多学习中的问题，今后，将更加努力学习，弥补漏洞，进一步提高自己。6.参考文献【1】.戴伏生《基础电子电路设计与实践》国防工业出版社2002.4【2】.王成华,王友仁，胡志忠《电子线路基础教程》科学出版社2000【3】.黄继昌，乔苏文，徐巧鱼《电源专用集成电路及其应用》人民邮电出版社2006.06【4】.吴友宇《模拟电子技术基础》清华大学出版社2009.0513附录：元件列表元件数量OP07P41B4B42(6.2V稳压管)2固定电阻510欧1固定电阻1.5K欧1固定电阻100欧2固定电阻5.1K欧1固定电阻10K欧4固定电阻1固定电阻1可变电阻1K欧2IC-8P4中锡板1电解电容2200uF/50V1变压器20W双15V12A整流桥12N22222