用集成稳压器设计直流稳压电源课程设计报告.docx
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用集成稳压器设计直流稳压电源课程设计报告
LULIANGUNIVERSITY
《电子线路课程设计》
题目:
用集成稳压器设计直流稳压电源
系别:
物理系
专业年级:
电子信息工程1402班
姓名:
学号:
指导教师:
洁
2015年5月3日
摘要
本文介绍用集成稳压器设计直流稳压电源，该电源主要有电源变压器，单相桥式整流电路，滤波电路和稳压电路等部分组成，稳压电路的作用是当外界因素（电网电压、负载、环境温度）发生变化时，能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所组成。
采用集成稳压器设计的稳压电源具有性能稳定、结构简单等优点。
在电子线路的相关应用中，电源是必不可少的部分，电源系统质量的优劣和性能的可靠性只解决点整个电子设备的质量。
直流稳压电源作为直流能量的提供者，在各种电子设备中有着极其重要的地位，他的性能良好与否直接影响到电子产品的精度，稳定性，和可靠性。
随着电子技术的日益发展，人们对电源的质量，功能，和性能要求也随之变得越来越高。
集成稳压器的类型很多，在小功率稳压电源中，普遍使用的是固定式三端稳压器。
而变压是利用电源变压器将电网220V的交流电压U1变换成整流滤波电路所需要的交流电压U2。
当用11的变比来变压时，通常称为信号隔离。
整流是利用二极管的单向导电作用，构成单相半波、全波、桥式或倍压整流电路，或利用其它半导体器件，如SCR可控硅等，将双向的交流电压U2变成单向脉动直流电压。
滤波是利用电容、电感等储能元件的平波作用构成滤波电路滤除纹波，输出较平滑的直流电压U1。
稳压电路的作用是提高输出直流电压Uo的带负载能力和稳定性，分立元件稳压电路和集成电路常采用串联负反馈。
集成稳压电源的主要技术指标为
（1）双路输出，其中一路为固定输出5V、1A ；另一路为可调输出9～15V、1A 。
（2）输出纹波电压小于5mV，稳压系数小于0.5%；输出阻小于0.15Ω
关键词：
电源；稳压；整流；滤波；仿真；
第1章绪论
1.1直流稳压电源的现状和发展
当今社会人们极大的享受着电子设备带来的便利，但是任何电子设备都有一个共同的电路--电源电路。
大到超级计算机、小到袖珍计算器，所有的电子设备都必须在电源电路的支持下才能正常工作，由于电子技术的特性，电子设备对电源电路的要求就是能够提供持续稳定、满足负载要求的电能，而且通常情况下都要求提供稳定的直流电能。
提供这种稳定的直流电能的电源就是直流稳压电源。
直流稳压电源是稳压电源除直流稳压电源之外的一大类型，直流稳压电源随着科学技术的发展不断的完善。
电子设备用直流稳压电源的历史大约有五十年了，采用集成工艺，将调整管、基准电压、取样电路、误差放大和保护电路等集成在一块芯片上，构成了集成化稳压电源。
所以集成稳压电源就是稳压电源的集成化，它具有体积小、可靠性高、使用方便等优点，在科研、生产、实验等场合的使用非常广泛。
它可作计算机、单片微机开发、电力自控系统、大专院校科研院所、工厂及中学实验室稳压电源；也可作为电气设备、电子仪器的一部分；还可作为实验室独立的电源设备。
直流稳压电源在电源技术中占有十分重要的地位。
现在随着电脑和手机的普及，稳压电源发挥着不可磨灭的作用。
电源电路的集成和发展方向随着电子技术的发展，电子系统的应用领域越来越广泛，电子设备的种类也越来越多；体积越来越小，通信设备部集成电路芯片等所需用的直流电源要求体积要小。
所以我们需要将原来的电源进行改革，这样就促进了电源的模块化和集成化，集成化、模块化使电源产品体积小、可靠性高，给应用带来极大方便，但是随着电流增加，速度要求更快的时候，现有的解决办法将无法达到它的要求，解决的办法就是做系统集成。
但由于对电源体积和工作频率等要求的提高，集成化的直流稳压电源又向着高频化、高效率、无污染、模块化的方向发展。
当今社会人们极大的享受着电子设备带来的便利，但是任何电子设备都有一个共同的电路--电源电路。
大到超级计算机、小到袖珍计算器，所有的电子设备都必须在电源电路的支持下才能正常工作。
第2章直流稳压电源的设计原理
2.1基本原理及总体框图
直流稳压电源一般由电源变压器，整流滤波电路及稳压电路所组成。
变压器把市里交流电压变为所需要的低压交流电。
整流器把交流电变为直流电。
经滤波后，稳压器再把不稳定的直流电压变为稳定的直流电压输出。
本设计主要采用直流稳压构成集成稳压电路，通过220v50HZ交流电压经电源变压器降压后，通过桥式整流整流成直流电再经过滤波电容平滑直流电，减少直流电纹系数。
最后，通过三端集成稳压器稳压，将输出电压稳定在24v左右。
稳压电源框架见图2.3
2.3电路组成
2.3.1电源变压电路
电源变压器的作用是将220v交流电压转化为整流滤波电路所需要的交流电压，变压器原件选择匝数比为10;1的电源变压器，将电压降为22v。
2.3.2桥式整流滤波电路
整流电路工作原理：
e2为正半周期的时候，对D1、D3和方向电压，D1，D3导通；而对于D2，D4加反向电压，D2，D4截止。
电路中e2、D1、Rfz、D3构成通电回路，在Rfz上形成上正下负的半波整流电压，e2处在负半周时，对D2，D4加正向电压，D2，D4导通；对D1，D3加反向电压，D1，D3截止。
e2、D2、Rfz、D4构成通电回路，同样在Rfz上形成上正下负的另外半波的整流电压。
图1-2
整流二极管D1-D4组成单相桥式整流电路，将交流电压2v变成脉动的直流电压，再经过滤波电容C滤除纹波，输出直流电压Vi。
Vi与交流电压V2的有效值关系为：
Vi=（1.1-1.2）V2（1.0）
每只二极管能承受的最大反向电压：
Vrm=1.414V2（1.1）
滤波部分由2个4700uF的大电容和0.1uF的小电容并联组成，大电容是过滤低频交流电，小电容滤高频交流电。
2.3.3稳压电路
稳压电路的作用是为了稳定电压，双端输出一端为可调9v到15v的可调直流电压，另一端为稳定输出+5v电压。
第一部分可调直流电压，运用LM317输出正电压，电路图如下：
图1-3
稳压器LM317输出端250欧姆电阻R4，在串联电阻R5和一个1200欧姆的变阻器。
左边并联10uF电容形成滤波电路，减小波纹电压，输入为9v到15v可调电压，输出电压为：
V0=1.25（1+R总/R4），R4为250欧姆，R总为R5与变阻器阻值之和。
计算得R5选用1530欧姆的电阻，可变电阻最大阻值为1200欧姆，可变电阻最大时，输出9v，可变电阻为0时，输出最大为15v。
第二部分稳定输出+5v，选用LM7805稳压器，电路图如下：
图1-4
图中选用10uF和0.1uF的并联电容以稳定波纹电压，并联5欧姆的负载，Uo=+5v。
2.4自耦变压器
自耦变压器：
电源变压器的作用是将电网220V的交流电压V1变换成整流滤波电路所需要的交流电压V2。
变压器副边与原边的功率比为
（1.1）
第3章电路及电路间的参数计算
3.1各部分电路及电路间的参数关系
3.1.1集成稳压器
集成稳压器的输出电压Uo应与稳压电源要求的输出电压的大小及围相通。
稳压器的最大允许电流IcmUomax+（Ui-Uo）min≤Ui≤Uomin+（Ui-Uo）max（1.1）
式中，Uomax—最大输出电压；
Uomin—最小输出电压；
（Ui-Uo）min—稳压器的最小输入输出压差
（Ui-Uo）max—稳压器的最大输入输出压差。
可调式三端集成稳压器输出电压Uo满足：
Uo=1.25（1+
）（1.2）
3.1.2电源变压器
通常根据变压器副边输出的功率P2来选购变压器。
由Vi=1.1-1.2V2可得到变压器副边的输出电压U2与稳压器输入电压Ui的关系为
U2
，在此围，U2越大，稳压器的压差越大，功耗也就越大，一般取副边电压：
U2
（1.3）
副边输出电流：
I2>Iomax（1.4）
3.1.3整流二极管
整流二极管VD2的反向击穿电压Urm应满足：
Um>
U2（1.5）
其额定工作电流应满足：
If>Iomax（1.6）
3.1.4滤波电容
滤波电容C的容量可由下式计算:
C=
（1.7）
其中，△Ui—稳压器输入端纹波电压的峰峰值
t—电容C放电时间，t=
=0.01s
Ic—电容C放电电流，可取Ic=Iomax
滤波电容的耐压值应大于
U2。
3.1.5稳压系数Sv
电路稳压系数Sv满足下式：
Sv=
（1.8）
3.2元件参数的计算
性能指标要求：
Uo=±12V，Iomax=100mA，△Uo<=5mV，Sv<=5×103。
集成稳压器选择：
CW78L12，CW79L12。
电源变压器选择：
由式（1.1）可得
11.4V+3V≤Ui1≤12.6+3V
即为14.4V≤Ui1≤15.6V
由式（1.3）可得
变压器的副边电压U2≥
=13.6V
又∵Iomax=0.1A，设I2=0.2A
∴变压器的副边输出功率P2≥I2U2=2.72W
选择功率为20W的变压器，副边电压为13.6V，输出电流为0.2A。
整流二极管选择：
由式（1.5）可得Um=
U2=13.6×
=19.23V
选择1N4001为整流二极管。
滤波电容选择：
∵Uo=12V，Ui=15V，△Uo=5mV，Sv=5×5×103
由式（1.8）可得
=1.25V
由式（1.7）可得
滤波电容C=
=
=800uF
又∵电容C的耐压应大于
U2=19.23V
选择两只1000uF∕25V电容为C1,C2
图1-6
整流未滤波后的波形图：
图1-7
2.滤波后的电路：
图1-8
3.两个输出端纹波电压波形图。
（1）LM317输出波形图：
图1-9
（2）LM7805输出波形图：
图2-0
第4章结论
在课程设计的过程中，我充分了解了直流稳压电路在社会生活以及科研等方面的巨大作用。
它不仅能使输出电压在额定输出电压值以下任意设定和正常工作，也能使输出电流在额定输出电流值以下任意设定和正常工作，直流稳压源的稳压与温流状态能够自动转换并有相应的状态指示，对于我们今后的更为深入的研究起到了至关重要的作用。
这次课程设计收获如下：
首先，我对课本上的知识与理论有了进一步了解。
虽然本次设计中所使用的电路原理较为简易，但是设计参数要求以及保护电路等细节方面是我们在学习模电课程的时候几乎没有接触过的。
为此，我们查阅了不少书籍与文献，在了解不同的要求下所需的不同电路元器件组合的过程中，也更好的理解了集成稳压电源电路的知识。
其次，我在这一过程中逐步掌握与运用模拟电路所要求的工程思想。
在计算参数的过程中，有很多的公式与计算方式是大体估计的方法，无需过于精确，最终计算出的结果还需要根据实际购买元件时价格，售卖的元器件规格等进行调整。
比如计算出所需的1600uF/25V电容就因为元器件商店没有此规格电容而修改为2200uF/25V。
另外，所设计电路的实际可行性、经济效益等也是在这次课程设计过程中必须要考虑到的问题。
再次，我了解到了“理论的目的最终归于实践”这一哲理。
学习的知识不能仅仅停留在课本上，鉴于所学专业发展的速度以及知识更新的快速，多动手自己实践书本上的知识，对将来的发展有较大的帮助。
最后，我认为自己的设计还是不够完善，其中还有一些地方应该得到改进，比如说设计的直流稳压电源所产生的电压还不够稳定，希望通过以后的学习能够进一步的使该直流稳压电源所产生的电压稳定。
在课程设计的阶段，基于指导老师的悉心讲解以及同学们的团结互助，使得实践能够有条不紊的进行下去，在此我对于指导老师以及每一位同学深表感谢，同时也希望这次成果能够作为激励促使我们每一个人奋发向前去学习更多的知识并付诸于实践。
参考文献
[1]主编：
谢自美.电子线路设计第三版.华中科技大学.
[2]主编：
康华光.电子技术基础模拟部分（第五版）.高等教育.
[3]高吉祥.电子技术基础实验与课程设计.电子工业，2005
[4]毕满清.电子技术实验与课程设计.机械工业，2001
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