集成直流稳压电源的设计课程设计

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1、武汉理工大学模拟电子课程设计课程设计任务书学生姓名： 刘志雄 专业班级： 通信0806 指导教师： 工作单位： 信息工程学院 题 目: 集成直流稳压电源的设计 初始条件：20W变压器LM317 ；LM7805 ；LM7812 ；LM7912 ；三端稳压芯片电阻、电容要求完成的主要任务: （包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求） 已知条件 集成稳压器CW7812、CW7912及CW317，其性能参数请查阅集成稳压器手册。 性能指标要求 输出电压V。及最大输出电流Iomax (I挡 V。=12V对称输出，Iomax=100mA；II挡 V。=+5V，Iomax=300mA；II

2、I挡 V。=(+3 +9)V连续可调，Iomax=200mA)；纹波电压Vop-p5mV，稳压系数Sv510-3。 实验仪器设备 双踪示波器COS5020 1台 数字万用表UT2003(4十位) 1只交流毫伏表DA16 1只 自相变压器 1只滑线电阻器 1台 设计步骤与要求 参考51节。时间安排：第19周：理论讲解第20周：理论设计，实验室安装调试以及完成实验报告第21周：答辩地点：鉴主15楼通信实验室指导教师签名： 年 月 日系主任（或责任教师）签名： 年 月 日集成直流稳压电源摘 要本课程设计是关于集成稳压直流电源的设计，主要采用了三端集成稳压芯片LM317、LM7812、LM7912、L

3、M7805、进行稳压设计，通过变压器将220V市电降压后，经过整流桥整流，将变压后的交流电压整流为直流脉冲波电压输出，经过电容滤波，使输入的电压能够在三端稳压芯片的输入电压范围内。经过三端稳压器稳压后，在输出端进一步使用电容滤波方式进行滤波，完成稳压输出的要求。可以输出三档直流电压，即 +5V、12V 、+3V +9V 连续可调。设计内容中，主要包括了变压模块、整流模块、滤波模块、稳压模块，而难于实现的是滤波与稳压，电容滤波效果不是很理想，但是在理论值上，可以达到，经过调试，基本能达到要求。关键字直流电源 方案的选择 仿真 收获Abstract This course is designed

4、on the integration of regulated DC power supply design, the main uses an integrated three-terminal regulator chip, LM317, LM7812, LM7912, LM7805, for regulator design, by the step-down transformer to 220V electricity, after a rectifier bridge rectifier, After the transformer rectified AC voltage to

5、DC voltage output pulse after filtering capacitor, the input voltage can be three-terminal regulator chip input voltage range. After a three-terminal voltage regulator voltage regulator, the further use of the output filter capacitor filter the way to complete the regulated output requirements. Thir

6、d gear can output DC voltage, that is, +5 V, 12V, +3 V +9 V continuously adjustable.Design content that includes a transformer module, rectifier module, filter module, voltage regulator module, and difficult to achieve the filtering and voltage regulator, capacitive filtering effect is not very sati

7、sfactory, but the theoretical value, it can be achieved through the commissioning, can basically meet the requirements.目录1 总体电路设计51.1 设计要求和整体电路图51.1.1 设计任务分析51.1.2 整体电路图51.2电路方案选择61.2.1 采用分立元件与集成稳压器件的比较61.2.2 用三端稳压芯片设计方案选择61.3电路模块设计和元器件参数选择71.3.1 变压器模块71.3.3 滤波模块101.3.4 稳压模块122 仿真结果及分析153 实物测试过程及结果分

8、析174 数据分析及性能评价185 模拟电子技术课设的收获和体验196 元器件清单207 参考文献资料211 总体电路设计 1.1 设计要求和整体电路图 1.1.1 设计任务分析 该设计课题要求有三档直流电源输出，分别为12V、+5V、+3 +9V三种不同的电压值。并且采用220V交流供电，初步设想需要变压器，使220V交流转换成低电压交流信号。再经过整流电路，将交流信号转变为直流信号，最后经过滤波与稳压，最终输出三档直流信号，达到设计的初步要求。在设计过程中，纹波电压Vop-p5mV是十分难办到的， 需要在滤波过程中注意。1.1.2 整体电路图 根据设计任务，电路流程图如下：220V交流电u

9、1变压器u2输出uo整流电路u3稳压电路滤波电路u4图1.1 1各流程模块输出电压波形：图1.1 2流程图模块说明：电源变压器: 将交流电网电压u1变为合适的交流电压u2。整流电路: 将交流电压u2变为脉动的直流电压u3。滤波电路: 将脉动直流电压u3转变为平滑的直流电压u4稳压电路: 清除电网波动及负载变化的影响,保持输出电压uo的稳定。1.2电路方案选择 1.2.1 采用分立元件与集成稳压器件的比较集成稳压电源中，集成电压调整器和开关电源集成控制器的电路形式与分立元件电路路大体相同，例如，串联线性集成电压调整器基本上也是由取样、比较放大、基准源、调整电路等部分所组成，但作为集成电路还有一些

10、使串联线性集成电压调整器在电路形式上与分立元件电路有所不同的特点： 一、在集成电压调整器的电路中，比较放大部分均采用对称性好、温漂小的差动放大电路，以利于提高其质量。 二、集成电压调整器的输出功率大都超过1W，所以，它是一种功率集成电路。要使它具有良好的技术性能，热效应是一个必须考虑的重要因素。这就要求在基准电压源(参考电压源)设计时，必须设置零温度系数的输出基准电压(或参考电压)。 三、集成电压调整器的电路小，除限流、短路、安全工作区等保护外，为防止热破坏，还应有热保护电路，即热关断电路。 四、因为就集成电路而言，多增加几只晶体管并不难，因此，为了提高其电性能，往往把集成电压调整器的电路设计

11、得比分立元件电路稍微复杂一些。 五、为了扩大应用范因，在集成电压调整器的电路设计中，必须考虑使其具有外接元件的灵活性。 六、由于集成电路自身的特点，在进行电路设计时，一方面应尽量采用晶体管，少用电阻、电容，避免电感；另一方面，其性能应仅仅同电阻相对值有关即电阻比值有关，避免与电阻绝对值有关。七、分立元件结构简单，可用常用分立元器件，容易实现，技术成熟，完全能够达到技术参数的要求，造价成本低，精确度不是太高；八、集成稳压器件稳压部分需采用一块三端稳压器其他分立元器件，元器件先进，技术成熟，完全能达到题目要求，性能较方案一需优越一些，但成本高。综上分析，按照本设计课程的要求，采用分立元件设计电路成

12、本低，易于购置。但是设计、调试难度太大，周期很长，尤其是短时间内手工制作难以保证可以实现，且难得达到设计要求，故采用集成稳压器件设计电路。1.2.2 用三端稳压芯片设计方案选择1 电路工作原理由电源变压器将电网220V的交流电压变换成整流滤波电路所需要的交流电压，整流二极管组成单相桥式整流电路将交流电压变成脉动的直流电压，再经滤波电容滤除纹波。经过稳压器件，可调式三端稳压器能输出连续可调的直流电压，LM7805输出+5V直流电压，LM7912和LM7812组成双12V电源输出。2 电路整体原理图根据方案，选择图 1.2 1 的电路原理进行设计制作：图1.2 - 11.3电路模块设计和元器件参数

13、选择1.3.1 变压器模块由一挡的性能指标要求得令副边电压为18V，副边电流I2100mA则令其为0.5A所以副边功率P29W,又n=0.7,所以原边功率要大于12.9W. 由二挡的性能指标要求得令副边电压为15V，复变电流I2300mA,则令其为0.5A，所以复变功率P28W,又n=0.7,所以元变功率要大于11.4W. 由三挡的性能指标要求得由公式可得输入电压Ui的范围为 Uomax+(Ui-Uo)minUiUomin+(Ui-Uo)max 9V+3VUi3V+40V 12VUi43V 副边电压U2Uimin/1.1=12/1.1V,取U2=15V，副边电流I2Iomax=0.2A，取I2

14、=0.5A，则变压器副边输出功率P2I2U2=8W。 由变压器的效率为0.7，则原边输入功率P1P2/n=11.4W。为留有余地，选功率为20W的电源变压器。以上三挡的要求选择功率为20W的电源变压器。在满足以上三档功率后，为能同时满足三档输出，且12V输出需要双端电源输出，则采用双18V输出变压器。根据LM7805和LM317的输入要求，需要采用LM7815稳压后，再进行稳压，可以使集成稳压器正常工作。综上所述，采用双18V输出20W变压器能过胜任实验要求设计。变压之前的电压输入图图1.3 - 1变压之后的电压图1.3 - 2 1.3.2 整流模块半波整流电路的输出电压相对较低，且脉动大。两

15、管全波整流电路则需要变压器的副边绕组具有中心抽头，且两个整流二极管承受的最高反向电压相对较大，所以这两种电路应用较少。桥式整流电路的优点是输出电压高，电压脉动较小，整流二极管所承受的最高反向电压较低，同时因整流变压器在正负半周内部有电流供给负载，整流变压器得到了充分的利用，效率较高。因此本电路采用桥式整流电路。单相桥式整流电路是由四个整流二极管接成电桥的形式构成的，如图(a)所示。图 (b)所示为单相桥式整流电路的一种简便画法。 无论电压u2是在正半周还是在负半周，负载电阻RL上都有相同方向的电流流过。因此在负载电阻RL得到的是单向脉动电压和电流，忽略二极管导通时的正向压降，则单相桥式整流电路

16、的波形如图所示。图1.3 3（a）单相桥式整流电路图； (b) 单相桥式整流电路的简化图图1.3 4 图1.3 - 5参数计算(1)负载上电压平均值和电流平均值。(2)整流二极管的电流平均值和承受的最高反向电压。（3）整流变压器副边电压有效值和电流有效值。整流二极管选1N4007，其极限参数为URM100V，而2U2=15.4V，则URM满足要求。IF=1A，而I0max=0.5A，则IF亦满足要求。1.3.3 滤波模块 滤波电路利用电容或电感在电路中的储能作用，当电源电压(或电流)增加时，电容(或电感)把能量储存在电场(或磁场)个；当电源电压(或电流)减小时，又将储存的能量逐渐释放出来，从而

17、减小了输以电压(或电流)中的脉动成分得到比较平滑的直流电压。实用滤波电路的形式很多，如电容滤波、电感滤波、复式滤波电路(包括倒L型、Rc型、LC型滤波)等。电容滤波电路图1.3 6滤波原理如图：图1.3 7电容通过RL放电，在整流电路电压小于电容电压时，二极管截止，整流电路不为电容充电，uo会逐渐下降。图1.3 8只有整流电路输出电压大于uo时，才有充电电流iD 。因此整流电路的输出电流是脉冲波。电容滤波电路的特点：(1) 输出电压Uo与放电时间常数RLC有关。RLC 愈大 电容器放电愈慢 Uo(平均值)愈大近似估算:Uo=1.2U2。RLC 越大 Uo越高 负载电流的平均值越大 ; 整流管导

18、电时间越短 iD的峰值电流越大2) 流过二极管瞬时电流很大。故一般选管时，取 (3) 输出特性(外特性)，输出波形随RL 或 C 的变化而改变, Uo 和S 也随之改变。图1.3 9结论：电容滤波电路适用于输出电压较高，负载电流较小且负载变动不大的场合。滤波电容C可由纹波电压V0p-p和稳压系数Sv来确定。已知V0=15V，Vi=18V,V0p-p=5mV,Sv=0.005,则Vi=V0p-p*Vi/(V0*Sv)=1.2V,则C=Ict/Vi=1500F。电容C的耐压应大于2U2=15.4V。为留有余量，故取一只4700F/50V的电容。1.3.4 稳压模块三端集成稳压器的内部原理框图如图4

19、21所示。可见它也是采用了串联式稳压电源的电路，并增加了启动电路和保护电路，使用时更加可靠。为了使集成稳压器长期正常地工作，应保证其良好地散热条件，金属壳封装的一般输出电流比较大，使用时要加上足够面积的散片。图1.3 101. 集成稳压器的主要参数有：（1）最大输入电压Uimax，当整流滤波电路输出电压超过Uimax时，可能使稳压器的输出电压不能稳定在额定值。（2）输出电压UO，三端集成稳压器分为固定正输出和固定负输出两类。（3）最大输出电流I0max，不同型号的三端集成稳压器Iomax为0.22A。第一档输出正负电压电路如图：图1.3 11第二档输出+5V电压电路如图：图1.3 12第三档可

20、调式集成稳压电路如图：图1.3 13UO=39V连续可调。IOM=1.5A，IOmin5mA LW317的UREF固定在1.2V，IADJ=50A，忽略不计。 UO=1.2（1+R2/R1）V 。可调式三端稳压器输出连续可调的直流电压。常见产品有CW317、CW337、LM317、LM337。317系列稳压器输出连续可调的正电压，337系列稳压器输出连续可调的负电压，可调范围为1.237V，最大输出电流I0max为1.5A。稳压器内部含有过流、过热保护电路，具有安全可靠、应用方便、性能优良等特点。CW317与CW337系列的引脚功能相同。2单元电路的设计、元器件的选择及其参数值 选集成稳压器，

21、确定电路形式 选可调式三端稳压器LM317，其特性参数V0=+1.2V+37V,I0max=1.5A,最小输入输出压降（Vi-V0）min=3V,最大输入输出压降（Vi-V0）max=40V,均满足性能要求其接法如下： 1，2脚之间为1.25V电压基准。为保证稳压器的输出性能，R1应小于240欧姆。改变Rp阻值即可调整稳压电压值。C11用来实现频率补偿，防止稳压器产生高频自激高频震荡和抑制电路引入的高频干扰，输出电容C10是电解电容，以减少稳压电源输入端由输入电源引入的低频干扰，D3用于保护LM317。 组成的稳压电源电路如下图所示。取R1=240，由式V0=1.25*（1+RP1/R1）可得

22、RP1min=336,RP1max=1.49k，故取RP1为2k的精密线绕可调电位器。图1.3 142 仿真结果及分析如图1.3 - 15，选择参数后，进行电路图设计制作，当滑动变阻器为25%，输出电压如下：图2 1可调电压输出为8.932V,双12输出和+5输出正常，当滑动变阻器为85%，输出电压如下：图2 2可调输出为2.567V，双12V输出与+5V输出正常3 实物测试过程及结果分析如图标示：正负12V双电压输出、+5V、+3 +9V输出分别如下：图3 1实物电路采用L7812、L7912、LM317、L7805、L7815，设计电路，使用自己搭建的整流桥，整流双18V输出变压器的电压信

23、号。并安装了1A的保险管，防止电路电流过大烧毁电路。 图3 2 4 数据分析及性能评价稳压电源的技术指标分为两种：一种是特性指标，包括允许输入电压、输出电压、输出电流及输出电压调节范围等；另一种是质量指标，用来衡量输出直流电压的稳定程度，包括稳压系数（或电压调整率）、输出电阻（或电流调整率）、纹波电压（纹波系数）及温度系数。1.输出电压U0和最大输出电流Iomix的测量 。稳压电源正常工作时能输出的最大工作电流，用Iomax表示，一般情况下的工作电流IoIomax时损坏稳压器。2.输出电压同时测量Vo与Iomax.测试过程是：输出端接负载RL,输入端接220V的交流电压 数字电压表的测量值为V

24、o;使RL逐渐减小，直到Vo的值下降5%，此时流经负载RL的电流即为Iomax.3.纹波电压：叠加在输出电压上的交流电压分量。用示波器观测其峰峰值一般为毫伏量级。也可用交流毫伏表测量其有效值，但因纹波不是正弦波，所以有一定的误差。 4.稳压系数S 的测量稳压系数：在负载电流、环境温度不变的情况下，输入电压的相对变化引起输出电压的相对变化，即：Sv=(V-Vo)/(Vi/VI) 3） 电压调整率：输入电压相对变化为10%时的输出电压相对变化量，稳压系数和电压调整率均说明输入电压变化对输出电压的影响，因此只需测试其中之一即可。 5. 输出电阻及电流调整率 输出电阻与放大器的输出电阻相同，其值为当输

25、入电压不变时，输出电压变化量与输出电流变化量之比的绝对值.电流调整率：输出电流从0变到最大值时所产生的输出电压相对变化值。输出电阻和电流调整率均说明负载电流变化对输出电压的影响，因此也只需测试其中之一即可5 模拟电子技术课设的收获和体验经过这次的课程设计我收获了很多，不仅让自己学习到了很多有关专业方面的知识，而其锻炼了自己的动手能力，进一步加强了理论知识的理解！在这次的实验设计过程中，我初步掌握了直流稳压电源的调试方法，学会了直流稳压电源电路的安装及使用，同时也熟悉了电子技术设计的一些基本方法和技巧，并且学会了multisim软件的使用，单独的设计电路，收获颇大。希望以后能将自己设计的直流稳压

26、电源运用到实际应用中去。 在刚接到该次设计任务时，心里还没有一点准备，不知如何下手。不过这个巨大的挑战激起了我钻研的决心，我将模拟电子技术这本书里关于各个集成放大器和稳压电源的知识一一回顾了一遍，大概拟订了该次设计任务的草案。 了解了稳压直流电源的组成部分和各部分的具体的作用，并且通过专研和实际的调试，测试，掌握了各级输出级的电压值以及各电压的输出波形的具体测量方法和误差分析。学会了电路各部分元件参数的计算和确定，以及通过对实验参数指标的要求和各部分电路各个元件之间的关系来准确的确定具体的电路和元件的实际参数。通过对电路的理论分析从而在一定程度上大致分析所得的试验结果进行分析和确定正确与否，也

27、通过实际的操作和对各元件的实际参数与理论值之间的差别了解了各影响因素对电路和试验结果的影响。以及采取怎样的措施来有效的减小以致消除外界不稳定因素对试验参数的影响，从而使测量的结果尽量准确，尽量与理论值之间的差别缩小到最小。 虽然在这次的实验设计和参数的确定以及试验结果的测试的过程当中也遇到了一些困难和迷惑，但是通过查阅相关的资料和书籍，并且跟同学互相探讨和研究，基本上解决了所遇到的问题。但是由于对专业知识具备的不足，所以在设计好的电路中难免会存在一定的差错，而且由于对很多电子器件的实际性能和型号的不了解会在选择器件的时候选不到最好的器件使电路工作在最佳状态，所以试验结果可能与理论值相差较大，但

28、是经过我的调试尽量使实验结果与理论值间的差别减小到最小，从而达到了试验的基本要求。 综上所述，在本次的课程设计中，遇到了一些困难，使自己一度想放弃，但是，经过自己的刻苦查阅，我克服了以上的困难，也学习到了很多与专业相关的知识，虽然自己的专业知识仍然有所欠缺，设计的电路图可能会有一些不确切的地方，但是通过这次设计我新学道了很多，我觉得很值得。因为这是第一次单独设计，难免会出现错误和不足，但在整体上我还是比较满意的，因为这是我自己的劳动成果。6 元器件清单名称型号数量电解电容4700F/50V1电解电容1000F/50V2电解电容1F/50V1瓷片电容0.1F4瓷片电容0.33F3可调式三端稳压器

29、LM31715V集成稳压器L7805112V集成稳压器L78121-12V集成稳压器L7912115V集成稳压器L78151电阻2401可调电位器5k1二极管1N400711电路板大号1电源变压器18V/20W1单刀开关1导线1.5m7 参考文献资料1.电子线路设计实验测试 , 谢自美主编 , 华中科技大学出版社2.集成稳压器使用指南与应用电路 , 王水平等编著 , 西安电子科技大学出版社 3.集成稳压器 , 曲学基 王增福 向政 , 电子工业出版社,4.集成稳压电源及其应用 , 陈景银 徐家权编著 ,浙江大学出版社 , 5.模拟电子技术基础，吴有宇主编，伍时和、凌玲副主编，清华大学出版社6.

30、电子技术基础课程设计，孙梅生等编著，高等教育出版社7.电工学（第六版），姚金生 、郑小利等编著，高等教育出版社8.元器件（修订版），秦曾煌编著，电子工业出版社9.新型集成电路的应用-电子技术基础课程设计，梁宗善主编，华中科技大学出版社本科生课程设计成绩评定表姓 名刘志雄性别 男专业、班级通信0806课程设计题目： 集成直流稳压电源设计课程设计答辩或质疑记录：成绩评定依据：最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定） 指导教师签字： 2010年 月 日6WnsK28XmkxMfhGj477Rl2qY0jqOHEp3gbqa5dh2zKF7oewQ4qexPpQ9jn2RzXXtTtP7POya

31、R5Ph6bKYC4Exl22xCBGwq8vfgIvY5BDTdU3qjff0NEzu7yzbfQ3foeqDh15sOk1LyxfDHU8vpbWTzCOPMewA9RX0iD4wj4DgXfTilIGDsST4f2CAXaETEiNRhWkhx7c1xMUhT8uNvfbpwjcDrU4fknry8nnJkkn3VWIPdUwANZFJoVQGl7FQTswU89iO2zbnk7izlufhRR1Dnnf1jEpdK8CxiB2kC6M8UZsuVAbykInVy7r9gQu8VsbMmRs5yHVEMpGiHMAzSbm0xy7ZQ3Gziw5mQtdNRinKvO2AVAwj6QBq

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