集成直流稳压电源

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1、模电课程设计报告设计课题：直流稳压电源电路设计专业班级： 学生姓名: 学 号：指导老师: 设计时间：题目：直流稳压电源电路设计一设计任务和要求用桥式整流电容滤波集成稳压块电路设计直流电源（15V） 输出直流电压可调，正电压范围318V，负电压318V； 输出电流IOm1500mA；（有电流扩展功能）；纹波电压15mV稳压系数0.005，具有过流保护功能。二方案设计与论证：根据题目要求我们需要制作一个输出电压可调的稳压电源，并且此电源还应具有电流扩展功能，过流保护功能。因为所需输出电流大于稳压器标称值，所以需要采用外加电路来扩大输出电流。由于稳压电路发生波动、负载和温度发生变化，滤波电路输出的直

2、流电压会随着变化。因此，为了维持输出电压稳定不变，还需加一级稳压电路。稳压电路的作用是当外界因素（电网电压、负载、环境温度）等发生变化时，使输出直流电压不受影响，而维持稳定的输出。稳压电路一般采用集成稳压器和一些外围元件组成。采用集成稳压器设计的电源具有性能稳定、结构简单等优点。对于输出电压可调电路：方案一：78XX和A741组成的输出电压可调的稳压电路。图中集成运放作为电压跟随器使用，它的电源借助于三端集成稳压器的输输入直流电压，电路如下图所示： 由于电压跟随器的输出电压等于三端稳压器的输出电压U0,即电阻R1与R2上部分的电压之和，是一个常量，改变电位器滑动端位置，即可调节输出电压U0的大

3、小。以输出电压的正端为参考点：（R1+R2+R3）/(R1+R2)UO （R1+R2+R3）/R1 UO方案二：利用可调式三端稳压器构成的输出电压可调的稳压电路,电路如下图所示：输出电压 U0 （1+RW/R1）*1.25V，电压可调范围为1.25V37V。由于我们的设计要求范围为318V，方案一所需要的78XX系列稳压块最小输出电压为7805的5V,所以很难达到要求，方案二方案我们可以加一个电阻与电位器串联来达到3V的最低输出要求，此方案简单易行。综合考虑，我们选择方案二。 三单元电路设计与参数设计：1.直流稳压电源的组成：直流稳压电源包括变压器，整流，滤波，稳压电路，负载组成。其框图如下：

4、2.桥式整流电路：交变电压转变成单方向脉动直流。桥式整流电路的工作原理：e2为正半周时，对D1、D3加正向电压，Dl、D3导通；对D2、D4加反向电压，D2、D4截止。电路中构成e2、D1、R 、D3通电回路，在R 上形成上正下负的半波整流电压，e2为负半周时，对D2、D4加正向电压，D2、D4导通；对D1、D3加反向电压，D1、D3截止。电路中构成e2、D2、R 、D4通电回路，同样在R 上形成上正下负的另外半波的整流电压。重复下去，结果便在R 上便得到全波整流电压。其波形图和全波整流波形图是一样的。桥式电路中每只二极管承受的反向电压等于变压器次级电压的最大值，比全波整流电路小一半。3.滤波

5、电路：经过整流后的电压仍具有较大的交流分量，必须通过滤波电路将交流分量滤掉。尽量保留其中的直流分量，才能获得比较平稳的直流分量。可以利用电容两端电压不能突变或电感两端电流不能突变不能突变的特点，将电容与负载并联或电感与负载串联。4.稳压电路：由于滤波后的直流电压Ui受电网电压的波动和负载电流变化的影响，很难保证输出电压的稳定。所以必须在滤波电路后加上稳压电路，才能保证输出直流电压的进一步稳定。2参数选择.选择稳压块：15V直流电源，主要使用集成块78系列和79系列，78系列输出为正电压，79系列输出为负电压。考虑到电压输出为15V，我们选择7815和7815.7815 最大输入电压35V，输出

6、电压15V, Iomax=1A7915最大输入电压35V，输出电压-15V, Iomax=1A 78XX系列稳压块出脚图79XX系列稳压块出脚图可调稳压块电流扩展电路选择LM317（正输出）、LM337（负输出），其最大输入、输出电压差极限为40V，输出电压1.235V（或 1.2V 35V）连续可调，输出电流0.51.5A，基准电压为1.25V，能满足设计要求，故选择LM317、LM337组成的稳压电路.稳压器内部含有过流、过热保护电路，具有安全可靠、性能优良、不易损坏、使用方便等优点。其电压调整率和电流调整率均优于固定式集成稳压构成的可调电压稳压电源。其出脚图如图所示。 LM317、LM3

7、37出脚图.选择变压器变压器电源变压器是将220V，50HZ交流电压降压后输出到副边。变压器的副边与原边的功率比为nn=P2/P1（P2是变压器副边的功率，P1是变压器原边的功率） 小型变压器的功率如下表所示 副边功率P210VA1030VA30-80VA80-200VA n0.60.70.80.85可调稳压块电流扩展电路：对于LM317、LM337： Vomax+(Vi-Vo)minViVomin+(Vi-Vo)max 6V+3VVi3V+40V，9VVi43V 副边电压V2Vimin/1.1=9/1.1V，取V2=9V， 副边电流I2Iomax，取I2=1A， 则变压器副边输出功率P2I2

8、V2=9W，查表可得变压器的效率 =0.6 则原边输入功率P1P2/=15W。在15V对称输入的电源中： 对于78、79系列：15+(35)VVi15V+35V 副边电压V2Vimin/1.1=18/1.1V，取V2=17V， 副边电流I2Iomax，取I2=1.5A， 则变压器副边输出功率P2I2*V2=25.5W，查表可得变压器的效率 =0.7 P1P2/=36.4W 综上两路考虑，为留有余地，选功率为50W的电源变压器.选择整流二极管因为需满足 URM1.56V2，IF Imax；所以在15V对称输出直流稳压电源、可调式直流稳压电源和电流扩展直流稳压电源中，整流二极管D我们都选择IN40

9、07，其极限参数URM1000V，IF1A，满足以上条件 4.选择滤波电容滤波电容C可由纹波电压VOP-P和稳压系数SV确定。已知VO=15V，Vi=18V， VOP-P=15mV， SV 5103，t=T/2=0.01S,Ic=IomaxC=Ict/(VOPP Vi/VO SV)=277UF,滤波电容耐压值应大于1.414 Vi=25.5V同理对于稳压块317、337，C=667UF滤波电容耐压值应大于91.414=12.726v综上，考虑到滤波电容容量较大以及购买问题，我们选择3300UF/50V的电解电容。3.单元电路图：15V直流稳压电源原理图：注：在安装稳压块之前，因输入可能较长，有

10、可能会产生电感效应从而产生自激振荡，所以，一般在安装稳压块之前，先安装一个小于1uf电容（C3、C4），用来抵消输入线较长时的电感效应，防止电路产生自激振荡。安装稳压块之后，还需安装一个电容，用于消除输出电压中的高频噪声，可取小于等于1uf（C5、C6）的电容，也可取几微法甚至几十微法的电容，以便输出较大的脉冲电流。若电容容量较大，一旦输入端断开，电容将从稳压器输出端向稳压器放电，易使稳压器损坏。因此，可在稳压器的输入端和输出端之间跨接一个二极管，起保护作用。 一般还会在输出端在接一个220uf（C7、C8）的电容。为了更好的显示电源的输出，常在最后接一个发光二极管，但是发光二极管不能直接接到

11、电源正负极上，因为电压太大会烧坏发光二极管，必须串联一个电阻，电阻多大可视功率而定，一般的发光二极管我们串联一个串联一个1k欧（R1、R2）的电阻即可。输出电压可调的直流稳压电源，正电压范围318V，负电压318V，原理图如下图所示：注：C3、C4用以抵消输入长接线的电感效应，防止自激; C7、C8用以消除电压中的高频噪声，改善负载的瞬态响应；输出电压 U （1+R2/R1）*1.25V根据此公式可确定应选器件，R3、R4为泄放电阻，根据317、337的最小负载电流10mA可以计算出泄放电阻最大值，Rmax=（1.25/0.01）=125欧，实际值可略小于125欧，可取120欧。为了达到大于1

12、5V的目的R1、R2的取值应大于1600欧，根据市场上的卖出的器件以便于购买，我们选择10000欧可调电阻较符合要求，为了减小R1、R2上的波纹电压，可在其上并联一个10uf的电容C5、C6.但是，在输出开路时，C将向稳压器调整端放电，并使调整端发射结反偏，为了保护稳压器，可加二极管D，提供一个放电回路 。 .输出电流扩展电路原理图如下图所示：VD 的作用：补偿三极管的发射结电压，使电路输出电压等于三端集成稳压器的输出电压。注：设三端稳压器的输出电压为Uo1.图示电路的输出电压Uo=Uo1+Ud-Ube,在理想情况下，即Ud=Ube时，Uo=Uo1.可见，二极管用于消除Ube对输出电压的影响。

13、设三端稳压器的最大输出电流为Iomax,则晶体管的最大基极电流IBmax=Iomax-IR,因而负载的电流为的最大值为：Ilmax=(1+B)（Iomax-IR）对于晶体三极管极管，我们选择2N3019型号，其参数为参数是： NPN型、 60V、 0.2A 、0.625W、=100-400；其负载我们选择10欧的大功率电阻。四总原理图与元件清单 1.总原理图：15V对称输出电源：可调稳压电流扩展电路图：2.元件清单：元件序号型号主要参数数量备注（单价）输出20V变压器20V115二极管IN4007140.1稳压块lm781510.6稳压块lm791510.6稳压块LM31710.6稳压块lm3

14、3710.6电容220uf20.1电容1uf20.1电容0.22uf40.1电容10uf20.1电容3300uf41.5电容0.1uf20.1可调电阻3k20.8大功率三极管2N301920.7大功率电阻10欧10.2普通电阻100欧20.1普通电阻140欧20.1普通电阻1k60.05发光二极管LED灯40.8夹子若干0.2导线若干锡丝若干万能板中号22五，仿真结果：.15V电源：.可调稳压块电流扩展： 电位器阻值为0时：电位器为1260阻值时：六安装调试：1. 电源电路由于元件少，线路简单，所以应力求保证连线正确。(1)整流桥，要分清交流输入端和直流输出，否则会引起变压器短路。(2)三端稳

15、压器要检查三个脚不能接错。78系列和790系列1，2脚连线刚好相反，切忌弄错。(3)滤波电解电容一定要分清正负极性，否则会产生爆炸。一般是正端接高电位，负载接低电位。 2.接通电源后，首先静态几分钟，如无异常，无怪味，方可进入正常测试。 则应断开220V电源，排除故障。 3.电路无故障，测量相应点波形，一般为变压器输出或整流桥输入交流波形及大小，整流滤波输出或稳压器 输入波形及电压大小，最后输出电压大小及纹波电压大小，测量时在额载荷下进行，速度要快。4.若要观察滤波电容变化对输出影响，可在断开电源后更换.5. 如果负载变动频繁，在各输出也可接-个10100的电解容 七.性能测试与分析：（一）测

16、试步骤：1首先测试直流不可调电源： 将万用表拨至交流电压档，测变压器输出的电压值副边电压Uo1,Uo2； 将万用表拨至直流电压档，测稳压块的输入电压Ui和输出电压Uo。2.测试直流可调电源的电压值： 将万用表拨至直流电压档，并将电位器拨至最小，记录最小电压值Umin让后拨至最大，记录最大电压值Umax。3.测试扩展后的电流：将万用表拨至测电流档，接通电源后在接上万用表，读出电流示数，并记录数据I。4.测量纹波电压及稳压系数：.输出纹波电压是指在额定负载条件下，输出电压中所含交流分量的有效值或峰峰值 .测量方法: 第一路+15V:取U015V，I0100mA ，用示波器测量输出电压U0纹波的峰峰

17、值及波形； 第二路-15V:取U0 -15V， I0 100mA ，用示波器测量输出电压U0纹波的峰峰值及波形；（二）数据记录：（1）原变电压U=220V副边电压： Uo1=20.44V；Uo2=21.13V （2）集成块7812.7912输入电压分别为：U1=20.82V ；U2=20.85V 集成块7812.7912输出电压分别为：U3=14.92V ；U4=-14.97V 集成块7812.7912压差分别为：U5=5.90V； U6=5.88V（3 可调电源的可调范围为2.873V-27.774V （4）电流扩展电流1.652A （5）稳压系数Sr=0.05，纹波电压15mV.（三）数据

18、处理： 集成块两端的电压差 U1=20.82-14.92=5.90V ；U2=20.85-14.97=5.88V（四）误差计算： 理论值：Uo1=15V，Uo2=15V； 测量值：U3=14.92V，U4=14.97V； 误差计算：U01=15-14.92=0.08V，U02=15-14.97=0.03V,（五） 其他误差分析： 1因实验的电路图画错导致无法得到正确的结果。 2因人为操作不当而产生的误差。 3因实验的仪器的老化而产生的误差。 4因未注意而产生虚焊点而产生的误差。 5测电流时，长时间会损坏元器件而得不到正确结果。八.心得体会：因为之前模电的实验考试做的是集成直流稳压电源，电路图实

19、验书上也给了参考。所以觉得会很简单，而实际做起来发现并非想象中的那么简单。实验也不知道失败了多少次，特别是仿真部分，参数计算出来可是在元件库里找不到设计所需。又由于对multisim 10.0不是很熟悉，做起仿真来就更吃力，但最终还是有所成功的。现在觉得，作设计就应该有种踏实的态度，简单也好，难做也罢，只要我们静下心来投入到其中，也就成功了一半。在这一周的时间里我独立的查阅相关资料，了解电路的制作仿真方面的知识，学习并熟悉multisim 9的使用。然后认真设计电路并确定参数以及电路所需各种元件，并完成元件的购买等准备工作。最后独立的完成焊接，做成成品并进行调试。这个过程中不可避免的会遇到很多

20、困难，但是认真分析之后可以运用所学的知识或相关资料解决。首先，去了图书馆才发现可以参考的书太多，很难在其中找到重点所在。在网上搜索的时候也浪费了很多精力在不必要的环节上，致使前一两天的工作效率不高。而且在设计过程中有很多芯片、器件以及它们的理及方式是以前学习中从未遇到过的，那么我们就要首先学习它的原理功能找到能够满足电路要求的器件，然后全面考虑其各方面的问题，比如焊接难易和经济效益等。由其性价比最终确定最好的方案。其次，这次的课程设计在期末考试左右，又是第一次做课程设计，因而在时间上产生了一定的冲突，很多问题来不及细细思考，只是依葫芦画瓢的做，在作报告时花了很多不时间，值得我们在下一次的课程设

21、计中好好改进，对文档的处理能更加熟练，对报告论文的形式更加有把握，内容更加充实完善。焊接部分仍可有一定提高，并且这次的焊接还必须自己把导线焊上使电路形成通路，这无疑更增大了焊接难度。通过此次设计，我深刻的体会到只有在实践中才能检验自己掌握知识的程度，在设计过程中我查看了一些参考书目本次设计的不足在与虽然原理清楚了，但对于实际电路，不只是仅有那点知识和原理就够的。此次设计，也培养了我们的专业学习能力。通过对所设计电路的仿真，我们掌握了一些基本的使用专业软件的能力，为我们以后的专业学习打下基础。九参考文献：1童诗白 华成英 编 模拟电子技术基础 高等教育出版社2.彭介华 编电子技术试验与课程设计 高等教育出版社3.青木英彦（日）著 周难生 译模拟电路设计与制作科学出版社