电子设计实验基础

集成直流稳压电源的设计小组成员学号黄智颖2010021050008方梓成2010021050006陈超2010021050001集成直流稳压电源的设计2集成直流稳压电源的设计一、实验目的1.掌握集成直流稳压电源的实验方法。2.掌握用变压器、整流二极管、滤波电容和集成稳压器来设计直流稳压电源的方法。3.掌握直流稳压电源的主要性能指标及参数的测试方法。二、设计要求及技术指标1.设计一个双路直流稳压电源和一个单路直流稳压电源。2.输出电压Uo=±12V，外加一个+5V电源。最大输出电流Iomax=1A。3.输出纹波电压ΔUop-p≤5mV,稳压系数SU≤5×10-3。三、实验原理与分析直流稳压电源的基本原理——直流稳压电源一般由电源变压器T、整流滤波电路及稳压电路所组成。基本框图如下：各部分功能与作用：1.电源变压器电源变压器T的作用是将220V的交流电压变换成整流滤波电路所需要的交流电压Ui。变压器副边与原边的功率比为P2/P1=n，式中n是变压器的效率。2.整流电路整流电路将交流电压Ui变换成脉动的直流电压。再经滤波电路滤除较大的波纹成0tU整流电路0tU0tUUiUo滤波电路稳压电路电源变压器～0tU直流稳压电源的原理框图和波形变换集成直流稳压电源的设计3分，输出波纹较小的直流电压U1。常用的整流滤波电路有全波整流滤波、桥式整流滤波等。3.滤波电路：各滤波电路C满足RL-C=(3~5)T/2，式中T为输入交流信号周期，RL为整流滤波电路的等效负载电阻。集成直流稳压电源的设计44.稳压电路：常用的稳压电路有两种形式：一是稳压管稳压电路，二是串联型稳压电路。二者的工作原理有所不同。稳压管稳压电路其工作原理是利用稳压管两端的电压稍有变化，会引起其电流有较大变化这一特点，通过调节与稳压管串联的限流电阻上的压降来达到稳定输出电压的目的。它一般适用于负载电流变化较小的场合。串联型稳压电路是利用电压串联负反馈的原理来调节输出电压的。集成稳压电源事实上是串联稳压电源的集成化。实验中为简化电路，我们选择集成稳压器（三端稳压器）作为电路的稳压部分。集成稳压器的W7800系列输出正电压5V、6V、9V、12V、15V、18V、24V，输出电流为1.5A（W7800）、0.5A（W78M00）、0.1A（W78L00）；W7900系列输出负电压-5V、-6V、-9V、-12V、-15V、-18V、-24V，输出电流为1.5A（W7900）、0.5A（W79M00）、0.1A（W79L00）。四、元件选择与参数计算1．整流电路参数输出电压平均值：2202)(09.022)(sin221UUwttdUUAV输出电流平均值：LLAVAVRURUI2)(0)(09.0平均整流电流：LLAVAVAVDRURUII2)(0)(0)(45.022最大反向电压：22UURM整流二极管的选择（考虑电网10%波动）：2221.11.145.0UURUIRLFCiCo-+UI-+UoW79××312集成直流稳压电源的设计52．滤波电路参数二极管导通角θ：滤波电容的选择：2)(02.1,2)5~3(UUTCRAVL一般选择几十至几千微法的电解电容，耐压值应大于2256.121.1UU。3．实际计算过程（1）要使W7812正常工作，必须保证输入与输出之间维持大于2V的压降，因此W7812输入端直流电压必须保证在14V以上。W7812输入端的电流是许对变压器副边输出电压U2(t)整流、滤波后得到的。假设整流电路内阻为0，负载电流为0，W7812输入端有最大电压U=1.414Uef，Uef是U2(t)的有效值。由于滤波电容不可能无限大，所以U1.414Uef,根据经验可知U=1.2Uef，得Uef=14.4V，考虑到整流桥经过两个二极管约有1.4V的压降，得变压器可取15V。（2）变压器选择：变压器选择双15V变压，考虑到电流不需要太大，最大电流为2A，实际选择变压器输出功率为30W，可以很好地满足要求。（3）整流桥：考虑到电路中会出现冲击电流，整流桥的额定电流时工作电流的2~3倍。选取RS301（100V,3A）即可，实际购买过程中选择了2W10也符合设计要求。（4）滤波电路：考虑到对纹波电压要求比较高，所以选择了2200uF、耐压值为25V的电解电容。（5）去耦电容：去耦电容的选择是由W7812和W7912芯片要求的，查手册可）T/2集成直流稳压电源的设计6知分别为0.1uF和0.33uF，用来滤除高频分量，防止产生自激。（6）为了防止负载产生冲击电流，故在输出端加入220uF、耐压值为25V的电解电容。（7）W7912支路的原件参数与W7812支路相同。（8）为防止电源输出端短路，需安装保险管；为防止W7812和W7912因过热而烧坏，需加装散热片。至此，所有元件的参数都已确定。五、整体电路六、参数性能指标及测试1、测量稳压电源输出的稳压值及稳压范围首先使调压器的输出为0V，通过示波器或万用表观测稳压电路的输出，然后调节调压器的输出，使输入到变压器的交流电压逐渐增加，当稳压电路输出的直流电压值不再随着调压器输出电压的增加而改变时，此时电路输出的直流电压值即为稳压电源的稳压值。使稳压器输出在稳压值上的输入电压范围为稳压电路的稳压范围。2、测量稳压电源的稳压系数SU稳压系数定义为：当负载保持不变时，输出电压相对变化量与输入电压相对变化量之比。稳压系数反映电网电压波动时对稳压电路的影响，越小越好。调节调压器的输出，使输入到变压器的交流电压分别为220V+10%和V1220Vrms50Hz0°D11N40071243C14700uFC34700uFT1TS_AUDIO_VIRTUAL*1C2100nFC7330nFC8330nFC9100nFU1LM7812CTLINEVREGCOMMONVOLTAGEU2LM7912CTLINEVREGCOMMONVOLTAGE0354C4220uFC6220uF6280集成直流稳压电源的设计7220V-10%，测量稳压电源的输出电压，根据公式计算稳压电源的稳压系数SU常数LRIIUUUUUS//003、测量稳压电路的输出电阻Ro输出电阻Ro定义为：当稳压电路输入电压保持不变时，由于负载变化而引起的输出电压变化量与输出电流变化量之比。输出电阻反映稳压电路受负载变化的影响，越小越好。可用输出换算法测量输出电阻Ro。0,0000TUIIUR4、测量稳压电源的纹波电压和纹波因数纹波电压是指在额定负载条件下，稳压电源输出直流电压中所含的交流分量。在交流电压为220V，负载电流最大（额定输出电流）的条件下，用示波器分别测量稳压电源的输入纹波电压和输出纹波电压。纹波因数是负载上交流分量与直流分量之比。%1000~0UU七、仿真报告V1220Vrms50Hz0°D11N40071243C14700uFC34700uFT1TS_AUDIO_VIRTUAL*1C2100nFC7330nFC8330nFC9100nFU1LM7812CTLINEVREGCOMMONVOLTAGEU2LM7912CTLINEVREGCOMMONVOLTAGE0354C4220uFC6220uF6280集成直流稳压电源的设计81．整流电路输出V1220Vrms50Hz0°D11N40071243T1TS_AUDIO_VIRTUAL421XSC1ABExtTrig++__+_300集成直流稳压电源的设计92.滤波电路输出V1220Vrms50Hz0°D11N40071243C14700uFC34700uFT1TS_AUDIO_VIRTUAL*C7330nFC8330nF10840XSC1ABExtTrig++__+_970集成直流稳压电源的设计103.稳压电路输出可以看到输入的正弦信号经过整流、滤波、稳压后最终得到我们所需要的直流电压V1220Vrms50Hz0°D11N40071243C14700uFC34700uFT1TS_AUDIO_VIRTUALC7330nFC8330nFU1LM7812CTLINEVREGCOMMONVOLTAGEU2LM7912CTLINEVREGCOMMONVOLTAGE632501XSC1ABExtTrig++__+_470集成直流稳压电源的设计11九、元件清单1、三端变压器220V~15V×20.333A2、1N40074个作为整流桥3、电解电容4700uF耐压值25V2个220uF耐压值25V2个4、独石电容0.33uF2个0.1uF2个5、三端稳压器W7812、W7912、W7805各一个6、散热片3个7、保险管1个8、导线及杜邦线、排针若干