串联型二路输出直流稳压正电源电路设计

课程设计说明书课程设计名称：12级电子课程设计报告课程设计题目：串联型二路输出直流稳压正电源电路学院名称：信息工程学院专业：班级：学号：姓名：评分：教师：2014年11月29日电子课程设计任务书2014－2015学年第一学期第1周－4周注：1、此表一组一表二份，课程设计小组组长一份；任课教师授课时自带一份备查。2、课程设计结束后与“课程设计小结”、“学生成绩单”一并交院教务存档。题目串联型二路输出直流稳压正电源电路内容及要求设计一串联型二路输出直流正电源，该正电源需达到如下要求：1.一路输出直流电压12V；另一路输出5-12V连续可调直流稳压电源；2.输出电流Iom=200mA；稳压系数Sr≤0.05；进度安排1.第1.5周：布置任务、领仪器设备、Protel制图(原理图，PCB制图)；2.第1.5～2周：模拟电路、数字电路资料查阅、选择方案；3.第3周：模拟电路仿真、数字电路仿真、领元器件；4.第4周：数字电路制作、焊接、调试、验收。学生姓名指导时间：第1～4周指导地点：任务下达2014年9月1日任务完成2014年9月26日考核方式1.评阅□2.答辩□3.实际操作□√4.其它□指导教师系（部）主任摘要随着科技的发展,电气、电子设备已经在日常、科研、学习等各个方面得到广泛的应用。电源作为电气、电子设备必不可少的能源供应部件，其技术已相对成熟，但其需求日益增多并且对电源的功能、稳定性等各项指标也要求更高。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，它对推动科技发展起着重要作用。直流稳压电压电源的设计思路是将220V，50HZ市交流电通过变压器降为合适交流电压值，然后经过整流电路将交流电转为直流电，再通过滤波电路滤除直流电中的交流成分，最后通过集成稳压器构成的稳压电路转化为稳定直流电输出。集成稳压器具有体积小、重量轻、安装和调试方便、可靠性和稳定性高等优点。关键词：稳压整流滤波目录前言...............................................1第一章设计任务.....................................2第二章系统组成及工作原理............................32.1系统组成.....................................32.2工作原理.....................................3第三章系统模块设计..................................53.1电路方案设计.................................53.2电路中的参数计算.............................63.3原件选择.....................................7第四章电路仿真.....................................8第五章电路的组装与调试.............................115.1电路安装....................................115.2调试........................................12第七章结论......................................13参考文献............................................14附录..............................................15附录一：原件清单................................15附录二：Protel制图..............................161前言随着科技的发展,电气、电子设备已经在日常、科研、学习等各个方面得到广泛的应用。电源作为电气、电子设备必不可少的能源供应部件，其技术已相对成熟，但其需求日益增多并且对电源的功能、稳定性等各项指标也要求更高。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，它对推动科技发展起着重要作用。常见的直流稳压电源，大都采用串联反馈式稳压原理，通过调整输出端取样电阻之路中的电位器来调整输出电压。由于电位器阻值变化的非线性和调整的范围窄，使普通直流稳压电源难以实现输出电压的精确调整。本电路就是根据该原理进行的设计。本文旨在梳理直流稳压电源的设计思路，分享自己学习研究过程中的心得，为后人学习设计直流稳压电源提供参考依据。2第一章设计任务设计一串联型二路输出直流正电源，该正电源需达到如下要求：1.一路输出直流电压12V；另一路输出5-12V连续可调直流稳压电源；2.输出电流Iom=200mA；3.稳压系数Sr≤0.05；3第二章系统组成及工作原理2.1系统组成本直流电源的电路由如下几个部分组成：2.2工作原理1.变压电路变压电路由交流变压器构成，其工作原理比较简单，通常由一个初级线圈和一个次级线圈组成，一般根据副边输出功率来选取变压器2.整流电路桥式整流电路的工作原理:桥式整流器利用四个二极管，两两对接。输入正弦波的正半部分是两只管导通，得到正的输出；输入正弦波的负半部分时，另两只管导通，由于这两只管是反接的，所以输出还是得到正弦波的正半部分如图2.2RL上正得到的是同一个方向的单向脉动电压。图2.1桥式整流电路波形变化3.滤波电路交流电经过整流电路后得到的是脉动直流，这样的直流电源由于所含交流纹波很大，不能直接给电子电路供电。采用电容滤波电路可以大大降低这种交流纹波成份，让整流后的电压波形变得比较平滑。电容滤波工作原理：4若电路处于正半周，则二极管D1、D3U2给电容器C充电。此时C相当于并联在U2上，所以输出波形同U2，是正弦形。在t1到t2时刻，二极管导电，C充电，Uo=Uc按正弦规律变化；t2到t3时刻二极管关断，UC=URL按指数曲线下降，放电时间常数为RLC。当放电时间常数RLC增加时，t1点要右移，t2点要左移，二极管关断时间加长，导通角减小，见曲线3；反之，RLC减少时，导通角增加。当RL很小,即IRL很大时，电容滤波的效果不好,见滤波曲线中的2。然而,当RL很大,即IRL很小时，尽管C较小,RLC仍很大,电容滤波的效果也很好,见滤波曲线中的3。所以电容滤波适合输出电流较小的场合。图2.2电容滤波变化示意图4.稳压电路由于稳压电路会因为外界因素发生波动、负载和温度发生变化，滤波电路输出的直流电压会随之发生变化而不稳定。因此，为了维持输出电压稳定不变，还需一个稳压电路。稳压电路所起到的作用是当电网电压、负载、外界环境温度等发生变化时，使输出直流电压不受影响，而维持电压的稳定输出。5第三章系统模块设计3.1电路方案设计直流稳压电源是一种将220V,50Hz的交流电按照需求转换成直流电的装置。交流电转换成直流电需要经过变压、整流、滤波和稳压这四个环节的操作才能完成，接下来将就如何实现这四个环节进行方案设计。1.变压电路设计若要获得低电压直流的输出，需先将电网电压的值降到合适的值，再进行下一步操作。本电路使用的降压电路是单相交流变压器，选用的电压和功率依照后级电路的设计需求而定。2.整流电路设计方案一：采用半波整流电路半波整流电路利用二极管的单向导电性，丢弃了交流电的一半波形，将交流电变换为只有正半周的脉动直流电，造成了很大的资源浪费，此电路仅在小电流电路中使用，此电路不宜采用。方案二：采用桥式整流电路采用桥式整流电路中将四个整流二极管连接成电桥的形式，采用此种连接每个整流二极管承受的反向电压较小，负载电流仅是半波整流电路的一半，且整流后的电压脉动较小，能量利用率高。综合两个方案的利弊，本电路将采用方案二。电路连接图如下图3.1图3.1桥式整流电路3.滤波电路设计经整流后的电压仍具有较大的交流分量，不能直接输出变为直流电源，必须通过滤波电路将交流分量滤掉。方案一：采用电感滤波电路电感滤波是利用电感对脉动直流的反向电动势来达到滤波的作用，有较好的带负载能6力，但由于有铁芯，笨重、体积大，容易引起电磁干扰，多用于负载电流很大的场合。方案二：采用RC滤波电路RC滤波电路由两个电容一个电阻呈π型连接，由于电阻的作用使得纹波都分担在电阻上，一般电阻越大滤波效果越好，但其过大又会造成压降过大，使得输出电压减小。方案三：LC滤波电路LC滤波电路与RC电路的区别在于，电感取代了那个电阻，具有带负载能力强和电路纹波小的特点，但也同时具有了电感滤波的缺点。方案四：电容滤波电路电容滤波是利用电容的充放电原理达到滤波的作用，该电路具有电路简单、纹波小、负载电压高等优点。考虑到电感的体积和成本问题，为获得较高的输出电压，将采用电容滤波。图3.2电容滤波电路4.稳压电路设计经过滤波处理后的电压距离稳定的直流电压还有一定的差距，还需要用一个稳压电路来实现。本电路要求有两路输出，一路恒压输出，一路可调。鉴于这样的设计要求，可以采用三端集成稳压器来进行稳压操作。3.2电路中的参数计算设计的电路图见下图3.3电容C2为滤波电容，滤波电容越大，放电过程越慢，输出电压越平滑，平均值越高。但在实际上，电容的容量越大，不但体积越大，而且会使整流二极管流过的冲击电流更大。因此选择470uF的较为合适。电容C3用于抵消长线传输而引起的电感，其容量可选1uF以下，故选择C3为0.1uF；电容C4改善负载的瞬态响应，其容量可选则1uF以下，但若C4大，则会在稳压器输入端断开时，C4通过稳压器放电，所以选择C4=0.1uF。同理可选7择C4=1uF。图3.3设计电路图实验要求输出的电流Iom=200mA,所以固定端的电阻R1=12/0.2=60Ω，稳压器输出端和公共端电流恒定不变I=0.2A,当电阻未接入时5V=I*R1，当电阻全接入时，12=（R1+R2）*I。由此可得R3=24Ω，R2的阻值范围0~34Ω。3.3原件选择变压电路中，变压器选择的是10:1的单相变压器整流电路中，整流桥选择的是w08滤波电路中，滤波电容C2选择的是490uF，C3选择的是0.1uF。稳压电路中，根据设计要求，此直流电源的输出电压为12V，所以三端稳压器选择的是7812，R1选择的是60Ω的定值电阻，R2选择的是0-34Ω的可调点位器，R3选择的是24Ω的定制电阻，C4选择的是0.1uF。8第四章电路仿真电路multisim仿真设计图如下：图4.1multisim仿真图1.固定端输出12V仿真（开关闭合）仿真图见下图4.22.可调稳压输出仿真（开关不闭合）a.最小输出5V仿真图见图4.3b.最大输出12V仿真图见图4.49'图4.2固定输出12V直流电压图4.3最小输出5V10图4.4最大输出12V11第五章电路的组装与调试5.1电路安装领取完原件后，先检查一遍元器件，确保各元件都没有问题后将元器件按照电路图从低到高依次焊接。实物如下图所示。图5.1实物正面图图5.2实物背面图125.2调试输入220V,50Hz的交流电，对电路进行调试，用万用表记录其输出结果，理论值与实际值对比如下：输入电压固定输出电压可调输出电压范围理论值220V，50Hz12V5~12V实际值220V，50Hz11.7V3.8~11.7V13第七章结论在电子技术快速发展的今天，几乎所有电子设备都离不开直流稳压电源，这也是本课题研究的现实意义。由调试结果可知，本设计的测试结果与理论值间具有一定误差，基本满足设计要求。经过分析，出现误差原因主要有以下几点：1.实测的电网电压并不足220V,导致输入电压变小2.元件本身参数不准确3.万用表内阻造成误差4.测量时接触点之间存在微小电阻5.电位器阻值变化的非线性14参考文献[1]华成英《模拟电子技术基础》高等教育出版社[2]谢嘉奎《电子线路》高等教育出版社[3]贾达《数字电子技术基础》化学工业出版社[4]何国栋《Multisim基础与应用》中国水利水电出版社15附录附录一：原件清单原件名称型号数量