多路输出直流稳压电源课程设计报告书.docx
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多路输出直流稳压电源课程设计报告书
模电课程设计
题目:
多路输出直流稳压电源的设计仿真与实现
学院:
信息工程学院专业:
通信工程
学号:
0121103490216姓名:
柯一凡
任课教师:
王晟
2013年1月17日
任务书
要求完成的主要任务:
(1)设计任务
根据技术要求和已知条件,完成对多路输出直流稳压电源的设计、装配与调试。
(2)设计要求
要求设计制作一个多路输出直流稳压电源,可将220V/50Hz交流电转换为多路直流稳压电源
输出:
±12V/1A,±5V/1A,+5V/3A一组可调正电压。
选择电路方案,完成对确定方案电路的设计。
计算电路元件参数与元件选择、并画出总体电路原理图,阐述基本原理。
(用画电路原理图并实现仿真)
安装调试并按规范要求格式完成课程设计报告书。
时间安排:
1、2013年1月17日至2013年1月21日,完成仿真设计、制作与调试;撰写课程设计报告。
2、2013年1月22日提交课程设计报告,进行课程设计验收和答辩。
指导教师签名:
年月日
系主任(或责任教师)签名:
年月日
abstract............................................................................................................................................................................4
8.电路的安装与调试....................................................................................................................................................21
8.1电路安装.............................................................................................................................................................21
8.2电路调试.............................................................................................................................................................21
8.3参数测量.............................................................................................................................................................22
1.摘要
本次试验从电源出发,利用学过的知识和有关经验,提出一项简单实用的多路直流电源设计方案,也是本次课程设计的目的。
经过多方的查阅资料、设计、焊接和调试最终完成电子电路。
直流稳压电源是个经济实用并且可靠的一件实物制作。
这次实物制作中用到了变压器、电容、二极管、整流桥、电位器、电阻、稳压器等元件,而且达到了预定的要求。
最后通过仿真电路达到了电压转换、滤波、稳压输出和可调输出的性能要求。
此次所要设计的电源要求的输出功率较小,为了简化电路并提高电路的稳定性,因此选择集成稳压器的设计思路。
本设计中根据任务需要选择五种集成稳压器芯片:
LM7812、LM7805、LM7912、LM7905、LM317。
Abstract
Thisexperimentstartsfrompower,weusedourknowledgeandrelevantexperiencetoproposeasimpleandpracticalmulti-channelDCpowersupplydesign,butalsothepurposeofthiscoursedesign.Afterdataaccess,design,weldinganddebugging,wefinallyfinishtheelectroniccircuit.TheDCpowersupplyisaneconomicalandreliablephysicalproduction.Inthisphysicalproduction,weusedtransformers,capacitors,diodes,rectifier-bridges,potentiometers,resistances,voltageregulatorsandothercomponents,andreachedthepredeterminedrequirements.Finallywereachedtheperformancerequirementofvoltageconversion,filtering,voltageregulatoroutputandadjustableoutputwithsimulationcircuit.Thispowersupplytobedesignedrequiressmalloutputpower,inordertosimplifythecircuitandtoimprovethestabilityofthecircuit,thereforewechoseintegratedvoltageregulatordesignidea.Accordingtothetaskinthedesign,weneedtoselectfiveintegratedvoltageregulatorchips:
LM7812、LM7805、LM7912、LM7905、LM317.
2课程设计内容
2.1设计的初始条件及主要任务
2.1.1设计的初始条件
可选元件:
变压器/15W/±12V;整流二极管或整流桥若干,电容、电阻、电位器若干;根据需要选择若干三端集成稳压器;交流电源220V,或自备元器件。
可用仪器:
示波器,万用表,毫伏表
2.1.2设计任务要求
要求设计制作一个多路输出直流稳压电源,可将220V/50Hz交流电转换为多路直流稳压电源。
输出:
±12V/1A,±5V/1A,+5V/3A,一组可调正电压。
选择电路方案,完成对确定方案电路的设计。
计算电路元件参数与元件选择、并画出总体电路原理图,阐述基本原理。
(用Proteus画电路原理图并实现仿真)
安装调试并按规定格式写出课程设计报告书。
2.2设计思路
本设计主要分为变压电路、整流电路、滤波电路、稳压电路、电源指示五个部分。
变压电路:
将交流电网220V的电压变味所需要的电压值。
整流电路:
将交流电压变成脉动的直流电压。
滤波电路:
由于经过整流的脉动直流电压还含有较大的纹波,因此需要设计滤波电路加以滤除。
稳压电路:
在电网电压波动、负载和温度变化时,依然维持输出直流电压稳定。
3设计原理
3.1电源变压器
变压器是变换交流电压、电流和阻抗的器件,它利用电磁感应原理,从一个电路向另一个电路传递电能或传输信号。
当初级线圈中通有交流电流时,铁芯(或磁芯)中便产生交流磁通,使次级线圈中感应出电压(或电流)。
变压器由铁芯(或磁芯)和线圈组成,线圈有两个或两个以上的绕组,其中接电源的绕组叫初级线圈,其余的绕组叫次级线圈。
变压器两组线圈圈数分别为N1和N2,N1为初级,N2为次级。
在初级线圈上加一交流电压,在次级线圈两端就会产生感应电动势。
当N2>N1时,其感应电动势要比初级所加的电压还要高,这种变压器称为升压变压器;当N2变压器的输出功率和输入功率的比值,叫做变压器的效率。
当变压器的输出功率P2
于输入功率P1时,效率η等于100%,变压器将不产生任何损耗,但实际上这种变压器是没有的,变压器传输电能时总要产生损耗。
变压器的效率与变压器的功率等级有密切关系,通常功率越大,损耗与输出功率比就越小,效率也就越高。
反之,功率越小,效率也就越低。
3.2整流电路
把交流电能转换为直流电能的电路,称为整流电路。
整流电路(Rectifier)是电力电子电路中最早出现的一种,它将交流电变为直流电,应用十分广泛,电路形式各种各样,这次电路设计采用单项桥式整流电路。
单相桥式整流电路如下图3-2(a)所示,图中Tr为电源变压器,它的作用是将交流电网电压vI变成整流电路要求的交流电压,RL是要求直流供电的负载电阻,四只整流二极管D1~D4接成电桥的形式,故有桥式整流电路之称。
单相桥式整流电路的工作原理可分析如下。
为简单起见,二极管用理想模型来处理,即正向导通电阻为零,反向电阻为无穷大。
在v2的正半周,电流从变压器副边线圈的上端流出,只能经过二极管D1流向RL,再由二极管D3流回变压器,所以D1、D3正向导通,D2、D4反偏截止。
在负载上产生一个极性为上正下负的输出电压。
其电流通路可用图3-2(a)中实线箭头表示。
在v2的负半周,其极性与图示相反,电流从变压器副边线圈的下端流出;只能经过二极管D2流向RL,再由二极管D4流回变压器,所以D1、D3反偏截止,D2、D4正向导通。
电流流过RL时产生的电压极性仍是上正下负,与正半周时相同。
其电流通路如图3-2(a)中虚线箭头所示。
综上所述,桥式整流电路巧妙地利用了二极管的单向导电性,将四个二极管分为两组,根据变压器副边电压的极性分别导通,将变压器副边电压的正极性端与负载电阻的上端相连,负极性端与负载电阻的下端相连,使负载上始终可以得到一个单方向的脉动电压。
根据上述分析,可得桥式整流电路的工作波形如右图3-1。
由图可见,通过负载RL的电流iL以及电压vL的波形都是单方向的全波脉动波形。
图3-1
桥式整流电路的优点是输出电压高,纹波电压较小,管子所承受的最大反向电压较低,同时因电源变压器在正、负半周内都有电流供给负载,电源变压器得到了充分的利用,效率较高。
因此,这种电路在半导体整流电路中得到了颇为广泛的应用。
电路的缺点是二极管用得较多,但目前市场上已有整流桥堆出售,如QL51A~G、QL62A~L等,其中QL62A~L的额定电流为2A,最大反向电压为25V~1000V。
故单相桥式整流电路常画成图3-2(b)所示的简化形式。
(a)(b)
图3-2
3.3滤波电路
滤波电路用于滤去整流输出电压中的纹波,一般由电抗元件组成,如在负载电阻两端并联电容器C,或与负载串联电感器L,以及由电容、电感组合而成的各种复式滤波电路。
常用的结构如下图3-3所示。
C型滤波电路倒L型滤波电路Ⅱ型滤波电路
图3-3
由于电抗元件在电路中有储能作用,并联的电容器C在电源供给的电压升高时,能把部分能量存储起来,而当电源电压降低时,就把能量释放出来,使负载电压比较平滑,电容C具有平波的作用;与负载串联的电感L,当电源供给的电流增加(由电源电压增加引9起)时,它把能量存储起来,而当电流减小时,又把能量释放出来,使负载电流比较平滑,即电感L也有