串联型直流稳压电源课程设计0

1电子工程系课程设计专业名称：课程名称：模拟电子技术课程设计课题名称：串联型直流稳压电源设计设计人员：指导教师：2012年6月7日2《串联型直流稳压电源课程设计》任务书一、课题名称：串联型直流稳压电源二、技术指标：稳压系数Sv输出电阻r0温度系数ST纹波电压U0r及纹波系数Sv纹波电压S≤5mV三、要求：输出电压Uo可调：6~12V输出额定电流：Io=500mA电压调整率Ku≤0.5电源内阻Rs≤0.1纹波电压S≤5mV过载电流保护:输出电流为600mA，限流保护电路工作指导教师：学生：电子工程系2012年6月7日3课程设计报告书评阅页课题名称：串联型直流稳压电源设计班级：姓名：2012年6月7日指导教师评语：考核成绩：指导教师签名：2012年月日4摘要直流稳压电源应用广泛，几乎所有电器、电力或电子设备都毫不例外地需要稳定的直流电压（电流）供电，它是电子电路工作的“能源”和“动力”。不同的电路对电源的要求是不同的。在很多电子设备和电路中需要一种当电网电压波动或负载发生变化时，输出电压仍能基本保持不变的电源。电子设备中的电源一般由交流电网提供，如何将交流电压（电流）变为直流电压（电流）供电？又如何使直流电压（电流）稳定？这是电子技术的一个基本问题。解决这个问题的方案很多，归纳起来大致可分为线性电子稳压电源和开关稳压电源两类，它们又各自可以用集成电路或分立元件构成。半导体二极管和晶体管是电子电路中常用的半导体器件，也是构成集成电路的基本单元。本工程训练主要利用这两种元器件设计制作一个分立式元器件串联反馈型稳压电源。直流稳压电源由交流电网经变压、整流、滤波、和稳压四个主要部分构成。本次设计的主要内容是围绕着如何使分立式元器件串联可调直流稳压电源输出直流电压稳定、脉动成分减小而展开的。首先介绍了全波整流电路的工作原理，接着介绍了电容滤波电路的性能特点，然后引入了具有放大环节和辅助电源的串联可调式稳压电源，并在电路中采用了提高稳定度，提高温度稳定性及限流型过流保护电路的具体措施，以确保电路安全稳定的工作。关键字：串联稳压,直流,可调电源，DXP软件，PCB板,5目录一串联直流型稳压电源整体简介.......................................61.1制作串联型稳压电源的目的要求...............................61.2基本知识介绍...............................................6二分立式元器件串联反馈型稳压电源设计与计算........................112.1串稳压电路原理..............................................112.2实验设计原理图............................................122.3电路整体结构的设计与各部分相关参数的计算...................122.4电路选择....................................................13三PCB板的制作与元器件的安装.....................................213.1PCB板的制作流程介绍......................................213.2打印PCB图，热转印，腐蚀，钻孔，完成PCB板的制作。..........213.3安装元器件................................................21四调试分析与性能测试..............................................22五心得体会........................................................23六元件清单.......................................................246一串联型直流稳压电源整体简介1.1制作串联型稳压电源的目的要求一、基本目的此次工程训练选择使用分立式元器件构成串联反馈型直流稳压电源。学生通过实训了解相关分立式元器件的基本结构、工作原理、特性和参数以及由它们构成的串联型直流稳压电源的工作原理、原理图的设计和参数的计算、元器件的选用、计算机软件实现硬件的仿真、PCB板的设计、电路的安装和调试，最后完成达到技术指标要求的标准产品。二、基本要求1、依据性能指标和器件状况，设计稳压电源电子电路，并计算器件参数确定选择器件。（含散热设计）；2、以本工程训练为实例先学习AltiumDesigner基本知识，并运用其绘制电源sch原理图和PCB图；3、学习Proteus知识，对本电源电路进行仿真，最终确定sch和pcb图；4、掌握电子电路板制作的全过程，实现电源的制作；5、测量电源相关各项技术指标，完成系统调试。1.2基本知识介绍一、电源变压器知识1．初级(PrimaryWinding)：是指电源变压器的电源输入端。2．次级(SecondaryWinding)：是指电源变压器的输出端。3．额定输入电压U：是指电源变压器的初级所接上的电压，也就是电源变压器的工作电压。对GS变压器来说，U＝230V；对BS变压器来说，U＝240V。4．空载电流I：是指电源变压器的初级接上额定输入电压U而次级不带负载（即开路）时，流过初级的电流。I与变压器的设计有关，即使是两个不同厂家生产的相同规格的电源变压器，其I也可能不同。75．空载电压U：是指变压器初级接受上额定输入电压U次级不带负载（即开路）时，次级两端的电压。U与变压器的设计有关，即使是两个不同厂家生产的相同规格的电源变压器，其U也可能不同。6．负载电流I：是指变压器初级接上额定输入电压U，次级接上额定负载时，流过负载的电流。7．负载电压U：是指变压器初级接上额定输入电压U，次级接上额定负载时，负载两端的电压。8．定输出功率P：是指变压器在额定输入电压U时的输出功率，它表示变压器传送能量的大小。一般来说，在相同频率下，P越大，变压器的尺寸越大；P相同，即使输出电压U不同，变压器的尺寸也相同，即变压器的价格也应相差无几。由公式P=U*I可知若输出功率P一定，若输出电压U越高，则输出电流I越低。举例来说，一个输出功率P=10VA的变压器，若输出电压U=24V，则输出电流I=P/U=10VA/24V＝0.416A；若U=12V，则输出电流I=0.833A。电源变压器：将电网交流电压变为整流电路所需的交流电压，一般次级电压u2较小。变压器副边与原边的功率比为P2/P1=η，式中η是变压器的效率。副边功率P/vA〈1010-3030-8080-200效率η0.60.70.80.85对于本次工程训练对电源变压器的要求主要为次级空载电压大小，额定输出功率，变压器的额定容量，所以在本次工程训练中选择的是小型单相式变压器，有四组输出线分别为7V、10V、17V、10V。可根据具体功率及计算要求选择。二、整流电路1、半波整流电路8由以上图可知，半波整流电路的利用率低，一般不采用。2、全波整流电路由于变压器副线圈的接线较复杂，在实际中叶一般不采用。3、桥式整流电路电路工作原理:利用二极管正向导通反向截止的工作原理,当U2为正半周时二极管D1、D3导通,D2\D4截止当U2为负半周时二极管D2、D4导通,D1、D3截止。而流过负载的电流的方向是一致的,在负载形成单方向的全波脉动电压。.从而实现将交流的电压变为直流电压.主要参数：Uo=0.9*Ui脉动系数:S=0.67选管原则:If≥1/2IoUr≥1.414U2结构简单性能优越，绝大多数整流电路采用桥式整流电路，所以本次工程训练采用桥式整流。三、滤波电路9滤波电路主要有：电容滤波、RC-∏型滤波、LV-∏型滤波、L滤波，LC滤波，其中LC滤波电路在负载电流较大或较小时，均有较佳的滤波特性，故LC滤波对负载的适应性最强，整流管的冲击电流小，特别适用在电流变化较大的场合，所以本电路采用LC滤波电路，LC滤波波形电路利用电感器两端的电流不能突变的特点，把电感器与负载串联起来，以达到使输出电流平滑的目的。从能量的观点看，当电源提供的电流增大（由电源电压增加引起）时,电感器L把能量存储起来；而当电流减小时，又把能量释放出来，使负载电流平滑，所以电感L有平波作用,再并上一个电容,利用电容的充放电作用,使得负载电流较大时或较小时均有较佳的滤波能力.主要参数:LC滤波电路的直流输出电压,如忽略电感上的压降,则输出直流电压等于全波整流的输出电压,则有Uo=0.9U2四、串联型稳压电路稳压电路：它能在电网电压和负载电流的变化时，保持输出直流电压的稳定。它是直流稳压电源的重要组成部分，决定着直流电源的重要性能指标。稳压电路的主要指标：1．稳压电路的主要指标稳压系数Sr和稳压电路的输出电阻稳压系数Sr：稳压系数是在有负载固定不变的前提下，输出电压的相对变化量△Uo/Uo与稳压电路输入电压相对变化量△Ui/Ui之比，即：该指标反映了10电网波动对输出电压的影响。此外稳压电路输入电压Usc就是整流滤波以后的直流电压。2．稳压电路的输出电阻输出电阻可以衡量稳压电路受载电阻的影响程度,即：除了上述两个指标外,有时还用其它指标:电压调整率，指当电网电压（u2）变化10%时，输出电压的相对变化量；电流调整率，指当输出电流Io从零到最大时，输出电压的相对变化；最大波纹电压，反映在输出端存在的HZ或者100Hz交流分量，通常以有效值或峰—峰值表示；温度系数，指电网电压和负载都不变时，由于温度变化面引起的输出电压漂移等。直流稳压电路的类型很多，有：硅稳压管稳压电路、串联某型稳压电路、集成稳压电路，开关稳夺电路，其中集成稳压电路相对于其它类型的稳夺电路来讲具有体积小、稳定性高、输出电阻小、温度性能好、使用方便、外围元件少等优点，在实际应用中得到广泛应用。集成稳压器有两种：输出固定电压和可调输出电压的稳压块。1.3主要元器件简介一、三极管：（1）、9013NPN低频放大40V－50V0.5A0.625W150MHZhFE：100～1000(放大倍数分段可选（2）、9012PNP50V500mA600mW低频管放大倍数30-90（3）、大功率三极管2SC2563NPN通用参数：8.0A/120V二、常用整流二极管参数IN5399耐压1000V1.5A1N4007硅整流二极管1000V,1A,1N4735A1W6.2V稳压管1N4727A1W3V稳压管三、芯片1、数显部分芯片：ICL7107(31/2位双积分型A/D转换器，)主要参数：电源电压ICL7107V+toGND6V温度范围0℃to70℃11ICL7107V-toGND-9V热电阻PDIP封装qJA(℃/W)50MQFP封装80模拟输入电压V+toV-最大结温150℃参考输入电压V+toV-最高储存温度范围-65℃to150℃时钟输入GNDtoV+2、7805芯片输出5V电压具体参数见集成电路查询网四、电磁继电器电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）释放。这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。对于继电器的“常开、常闭”触点，可以这样来区分：继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为“常开触点”；处于接通状态的静触点称为“常闭触点”。二分立式元器件串联反馈型稳压电源设计与计算2.1串稳压电路原理当电网电压降低或负载电阻减小而使输出端电压有所降低时，其取样电压UB2相应减小，T2基极电位降低。但因T2发射极电位既稳压管的稳定Uz保