可调集成直流稳压电源

模拟电路课程设计报告设计课题： 可调集成直流稳压电源专业班级：08通信工程学生姓名：学 号：指导教师：设计时间： 2010 年 5 月3V9V 可调集成直流稳压电源一、设计任务与要求1. 设计一集成稳压电路要求：输出电压可调：Uo = + 3V+ 9V(2) 最大输出电流：Io max = 800 mA输出电压变化量：A Uo < 15 mV稳压系数：Sv < 0.0032. 通过设计集成直流稳压电源，要求掌握：(1) 选择变压器、整流二极管、滤波电容及集成稳压器来设计直流稳压电源。(2) 掌握直流稳压电源的调试及主要技术指标的测试方法。二、方案设计与论证1. 直流稳压电源的基本原理直流稳压电源是一种将220V工频交流电转换成稳压输出的直流电的装置, 它需要变压、整流、滤波、稳压四个环节才能完成。一般由电源变压器、整流滤 波电路及稳压电路所组成，基本框图如下：其中，n.稳压电路直流稳压电源的原理框图和波形变换(1)电源变压器：是降压变压器，它的作用是将220V的交流电压变换成整流 滤波电路所需要的交流电压Ui。变压器的变比由变压器的副边按确定，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：利用单向导电元件，将50HZ的正弦交流电变换成脉动的直流 电。(3) 滤波电路：可以将整流电路输出电压中的交流成分大部分滤除。滤波电路滤除较大的波纹成分，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。C220¥50Hz(4) 稳压电路: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。2设计方案：方案一：采用7805三端稳压器电源：固定式三端稳压电源(7805)是由输出脚Vo,输入脚Vi和接地脚GND组成，它 的稳压值为+5V,它属于CW78xx系列的稳压器，输入端接电容可以进一步的滤波, 输出端也要接电容可以改善负载的瞬间影响，此电路的稳定性也比较好，只是采用的电容必须要漏电流要小的钽电容如果采用电解电容则电容量要比其它的数值 要增加10倍，但是它不可以调整输出的直流电源;所以此方案不易采用.方案二:采用LM317可调式三端稳压器电源：LM317可调式三端稳压器电源能够连续输出可调的直流电压.不过它只能连 续可调的正电压,稳压器内部含有过流，过热保护电路;由一个电阻(R)和一个可变 电位器(RP)组成电压输出调节电路输出电压为:Vo=1.25(1+RP/R).由此可见此稳压器的性能和稳压稳定都比上一个三端稳压电源要好,所以此 此方案可选，此电源就选用了 LM317三端稳压电源，也就是方案二.三、单元电路设计与参数计算1. 集成三端稳压器LM317 内置有过载保护、安全区保护等多种保护电路。调整端使用滤波电容 能得到比标准三端稳压高得多的纹波抑制比。可调整输出电压低到1.2V,保证 1.5A输出电流，典型线性调整率0.01%, 80dB纹波抑制比，输出短路保护，过 流、过热保护,调整管安全工作区保护,标准三极管封装。LM317 其特性参数：可调范围为 1.25V-7V最大输出点流为1.5A输入与输出工作压差为AU = Ui - Uo ： 3V-40V。输出表达式为：Uo = (1 +竺)* UR1 REF其中，U 是集成稳压器件的输出电压，为1.25V。REF如图所示，改变R2的值，Uo的值即可改变。当R2短路时，Uo最小，为U即REF1.25V；当R2大于零时，Uo都大于u，最大可达37V,如右图所示。REF2. 选择电源变压器1) 确定副边电压U2：根据性能指标要求： Uo min = 3VUo max = 9又 Ui - Uo max > (Ui - Uo ) min Ui - Uo min < (Ui - Uo ) max:(Ui 一 Uo max) min = 3V, (Ui 一 Uo min) max = 40 V12 V < Ui < 43 V此范围可任选：Ui = 14 V = Uo 1根据Uo 1 = （1.1 1.2）U 2可得变压的副边电压：Uo1U 2 = 12 V1.152）确定副边电流 12 : T Io 1 = Io又副边电流 12 = （1.5 2）Io 1 取 Io = Io max = 800 mA则12 = 1.5*0.8 A = 1.2 A3）选择变压器的功率变压器的输出功率：Po > 12U 2 = 14 .4W3. 选择整流电路中的二极管T 变压器的伏变电压 U2 =12V.桥式整流电路中的二极管承受的最咼反向电压为:、：2U = 17 V2桥式整流电路中二极管承受的最高平均电流为：20.8=0.4 A2A UoUo：A Ui Ui设计要求 AUo < 5mV Sv < 0.Uo = + 3V + 9V Ui = 14 V查手册选整流二极管IN4007，其参数为：反向击穿电U = 1000 V >> 17 VBR最大整流电流I = 1A > 0.4AF4. 滤波电路中滤波电容的选择1）求 A Ui :根据稳压电路的稳压系数的定义： S代入上式，则可求得 AUi = UiAUo/Uo * Sv = （4*0.005）/（9 *0.003） = 3.3V ；2）求滤波电容 C设定Io = Io max = 0.8 A,t = 0.01 S所以滤波电容：Io max* tC =-0.8* 0.01= 2424 uF3.3AUi电路中滤波电容承受的最高电压为込U = 17 V，所以所选电容器的耐压应大于 17V.四、总原理图及元器件清单1.总原理图、PCB图31U2J1D622R2C7!80J2C2RV-D+R41KC312"RES21N40071N400720u1N4007D10LED0CON2!.7KC42200u1N40071N4007100uF0.1uF：19022uF1N4007IN4001VinVoupj2. 元件清单原件序号型号主要参数数量备注J1变压器12V1实际输入电压大于12VD1D2D3D4D5D6二极管 1N4007U > 1000 V ,1A RM6也可用1N4001D7发光二极管1FUSH熔断丝1A1C2 C3电容0.1uF1C4电容2200uF1C5电容22uF1C6电容100uF1SW开关1R1电阻2.7 K 01R2电阻190 01R3电阻280 01R4电位器1K 01U三端稳压器LM317可调范围1.2537V13.安装与调试按 PCB 图所示，制作好电路板。安装时，先安装比较小的原件，所以先安装 整流电路，在安装稳压电路，最后再装上电路（电容）。安装时要注意，二极管 和电解电容的极性不要接反。检查无误后，才将电源变压器与整流滤波电路连接， 通电后，用万用表检查整流后输出LM317输入端电压Ui的极性，若Ui的极性 为负，则说明整流电路没有接对，此时若接入稳压电路，就会损坏集成稳压器。 然后接通电源，调节Rw的值，若输出电压满足设计指标，说明稳压电源中各级 电路都能正常工作，此时就可以进行各项指标的测试。3R1 Z.7Jc . 汀E订:R2210 -Jc- = TE：詞仝 D3 . .D »! E.<TE：e亠C4_1uFR3 . 3D . >TH：rr<RV1E±ZI C2电位器RV1取最大时，Uo=8.95V fIh.m-zp32BRTU1 .UO17LI”好 LEp-E IE =te：< r：D2 -KFD Ki E电位器RV1滑到最小时，Uo=2.94V电位器在0至到 1K之间，输出电压连续可调：约为3V9V六、性能测试与分析1.输出电压与最大输出电流的测试测试电路如图所示。一般情况下，稳压器正常工作时，其输出电流Io要小 于最大输出电流Iomax，取Io=0.7A,可算出r = 12Q，工作时R上消耗的功率LL为P = Uolo = 9*0.7 = 6.3W故R取额定功率为10W,阻值为200的电位器。LL测试时，先将r = 20Q，交流输入电压为220V,用数字电压测量的电压指示LUo。然后慢慢调小r，直到Uo的值下降5%。此时流经r的电流就是i ，L Lo max记下 I后，要马上调大 R 的值，以减小稳压器的功耗。o max LR1 :2.7k <TEXT>44ABR1R2注本D3 : DIODE <-TEKT>TRAN-2P2S,2VV005(raS 22liuij -LED-3BYwTEX-RV2=20 欧姆，Uo=8.95, Io=0.45AD2-Uo 下降 5%时（8.52V），Io=0.69A2.波纹电压的测试用示波器观察Uo的峰峰值，测量AU的值（约几mV）。r.Digital OscilloscopeOiaiinel CAjuln|Q-ne-ShoL ISourcellllll1Channel D(hannel B有示波器得出：A U= 299.2 uVop - p3. 稳压系数的测量在Ui=220V时，测出稳压电源的输出电压Uo,然后调节自耦变压器是输入电 压Ui=198V,测出稳压电源的输出电压Uo2。则稳压系数为：A Uo / A Ui220 Uo 1 - Uo 2Uo 1 - Uo 2S =*S = 2.6*V Uo Ui 269 - 184UoVUo因为在调试中，无法得到自耦变压器，所以只能把电压归算到降压器的输出 电压 (Ui):U1=184V, Ui=9.84U1=220V, Ui=11.8VU1=269V, Ui=14.4VU1D2M-DIODEEEEELMM 仃 L vTEXTATRAN-2P2S =： TEXT>真2Ui=12.4V 时， Uo=8.95V210 i D3 :.&IODE-<-TEXT>Ui=14.4V 时，Uo=8.96VTRAN-2P2S <TEXT>rcEE£Ui=9.84V 时，Uo=8.95V所以，稳压系数：8.96 - 8.95S = 2.6*= 0.0029V8.95设计要求测试结果误差分析Uo=+3V+9V2.94V8.95V1%Iomax=800mA690mA14%A Vop 一 p < 5 mV299.2uV299.2uVvv5mVSv < 3*10 - 30.00293%在允许的误差范围内，本设计已达到要求。七、结论与心得经过一个的学习与实践，我还是把我的课程设计报告完成了。通过这一次的学习与实 践，让我对模电知识更近一步的了解，对模电课程中直流稳压电源这一章所涉及的部分元件 有了一定的认识；掌握了选择变压器、整流二极管、滤波电容及集成稳压器来设计直流稳压 电源，学会了用 Pretues 仿真软件对直流稳压电源进行调试及各部件主要技术指标的测试。从选题到画图这个过程并没有发费我太多的时间，因为上学期我才学过 Ptotel 画电路 板和 PCB 板，其中老师也教过我们如何画原件封装，所以，这个过程没有给我造成困难。 但是画PCB板关系到之后的印版，所以画PCB板的时候我特意向在行的同学寻求帮助，问 他们哪些地方需要改进的。但任存在不足的是，容值较大的电容与稳压管的距离靠得太近， 导致散热片不能正常接上去，影响了稳压管的散热。硬件的制作按流程操作并不是很难，我只用了一个晚上的时间，但是由于买不到与仿 真等值的元件，难免造成误差，而且由于仿真软件本身的原因也可能造成误差，所以在完成 硬件之后，我用万用表测得的输出电压范围是 4.5V9.06V ，与要求的输出电压值有较大的 误差，我又将与变压器串联的电阻换成更小阻值的，之后测得的输出电压为 2.71V9.04V， 减少了误差。整个事件过程中最难的要数调试了。因为没有示波器，所以除了测电压电流用到实物 外，其它参数设计只能用仿真软件测得。由于对仿真软件使用懂得不多，对模电知识学习的 也不是很透彻，所以有些数据的测试是参考资料测试的。本次课程设计，培养了我运用互联网查找资料和综合应用课本理论知识解决实际问题 的能力。启发了我，在今后的学习过程中不能懒懒散散，学的要懂不懂，要把课本上的知识 学精通，同时也要多学习课外知识来扩张自己的知识面；在计算和动手方面要更加的耐心加 细心，才能把事情做得更好；在生活和学习中，要和身边的人团结互助，能帮的就要尽力帮。八、参考文献1模拟电子技术基础 王淑娟 蔡惟铮 齐明 高等教育出版社2.Preteus 教程电子线路设计、制作与仿真 朱清慧 张凤蕊 王志奎等 清 华大学出版社3电路原理图雨电路板设计教程 Protel 99SE 夏路易 石宗义 北京希望电子出 版社致谢在本次设计中感谢老师及同学们在设计中对我的帮助和指导!物理与电子信息工程系 模拟电路课程设计 成绩评定表专业：通信工程班级:08通信工程2班学号：0810618221姓名：谢丽君2009年 11月17日