直流稳压课程设计文档格式.docx

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二.方案设计与论证

本课程设计目的在于培养同学们自主设计制作的能力，同时学会应用仿真软件对设计电路进行模拟分析。

集成直流稳压电源的设计要求是比较基本的设计，设计要求电源输出连续可调直流电压。

设计中包括电源变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路四个部分。

通过四部分的组合将220V交流电压转变为设计要求直流电压。

并且用仿真软件进行仿真分析。

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压的装置，它需要变压、整流、滤波、稳压四个环节才能完成，见图1。

图1直流稳压电源方框图

其中：

（1）电源变压器：

是降压变压器，它将电网220V交流电压变换成符合需要的交流电压，并送给整流电路，变压器的变比由变压器的副边电压确定。

（2）整流电路：

利用单向导电元件，把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加以滤除，从而得到比较平滑的直流电压。

（4）稳压电路：

稳压电路的功能是使输出的直流电压稳定，不随交流电网电压和负载的变化而变化。

根据题目要求我们可以得出两个可行的方案

方案1

采用LM317共地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，不过它只能允许可调的正电压，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）

方案二

W7805将调整器，取样放大器等环节集于一体，内部包含限流电路、过热保护电路、可以防止过载。

该可调直流电源具有较高的稳定度和可靠性。

W7805属串联型集成稳压器。

其输出电压是固定不变的，这种固定电压输出，极大的限制了它的应用范围。

如果将W7805的公共端即3脚与地断开，通过一只电位器接到-5V左右的电源上，就可以在改变电位器阻值的同时，使集成稳压器的取样电压及输出电压都随之改变。

图中RP1就是为此而设计的。

方案三

TDA2030是德律风根生产的音频功放电路，采用V型5脚单列直插式塑料封装结构。

电路特点：

[1].外接元件非常少。

[2].输出功率大，Po=18W（RL=4Ω）。

[3].采用超小型封装（TO-220）,可提高组装密度。

[4].开机冲击极小。

5].内含各种保护电路，因此工作安全可靠。

主要保护电路有：

短路保护、热保护、地线偶然开路、电源极性反接（Vsmax=12V）以及负载泄放电压反冲等。

由于从选材，实用操作性，保护性，等方面考虑，我们本次选择方案一

三、单元电路设计与参数计算

1.变压器的选择

（1）确定副边电压U2:

根据性能指标要求：

Uomin=3VUomax=9V

又∵Ui-Uomax≥（Ui-Uo）minUi-Uoin≤（Ui-Uo）max

（Ui-Uoin）min=3V，（Ui-Uo）max=40V

∴12V≤Ui≤43V

此范围中可任选：

Ui=14V=Uo1

根据Uo1=（1.1～1.2）U2

可得变压的副边电压：

2）确定变压器副边电流I2

∵Io1=Io

又副边电流I2=（1.5～2）IO1取IO=IOmax=800mA

则I2=1.5＊0.8A=1.2A

3）选择变压器的功率

变压器的输出功率：

Po>

I2U2=14.4W

2.整流电路

管D1～D4接成电桥的形式，故有桥式整流电路之称。

如图1

图1桥式整流电路

图2桥式整流原理

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。

结合上述分析，可得桥式整流电路的工作波形如图2

2-1.整流电路中的二极管选择

∵变压器的副边电压U2=12V

∴桥式整流电路中的二极管承受的最高反向电压为：

桥式整流电路中二极管承受的最高平均电流为：

查手册选整流二极管IN4001，其参数为：

反向击穿电压UBR=50V>

17V

最大整流电流IF=1A>

0.4A符合计算要求，所以选择1N4001

3.滤波电路及滤波电容的选择

滤波电路及其原理如下图3-1所示:

3-1RC滤波电路

3-2RC滤波电路电容滤波电路中二极管的电流和导通角

为了得到平滑的负载电压，一般取

RLC>

=（3~5）T/2

式中T为电源交流电压的周期。

滤波电容的容量可由下式估算：

C=ICt/ΔVip-p

式中ΔVip-p——稳压器输入端纹波电压的峰-峰值；

T——电容C放电时间，t=T/2=0.01S

IC——电容C放电电流，可取IC=Iomax，滤波电容C的耐压值应大于1.4V2。

在本实验中

Sv=ΔVo/Vo/ΔVi/Vi

式中，Vo=9v、Vi=12v、ΔVop-p=5mv、Sv=0.003

则ΔVi=ΔVop-pVi/VoSv=2.3v

所以滤波电容

C=ICt/ΔVip-p=Iomaxt/ΔVip-p=0.0056uF

C的耐压值应大于1.4V2=21v。

由于之前模电实验可知，我们在实际制作过程中采用比理论值小的电容同样能达到很好的滤波效果，因此采用2200μF的电容。

4.稳压电路

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。

LM317稳压内部含有过流、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，LM317可调电压范围为1.25~37V，符合题目要求，所以选择LM317稳压器.

四、总原理图及元器件清单

1.总原理图

2.PCB图

3.元件清单

元件编号

型号

主要参数

数量

备注

D1D2D3D4

1N4001

4

D5D6

1N4007

2

R1

RSE2

1K

1

R2

500

R3

400

LED

C1

CAP2

2200uF

C2

0.01uF

C3

10uF

C4

1uF

U1

LM317

RP

4.7k

变压器

220V/12V

PCB铜板

五.安装与调试

工具：

电烙铁、万用表

先装集成稳压电路，再装整流滤波电路，最后安装变压器。

安装一级测试一级。

稳压电路主要测试集成稳压器是否正常工作。

输入端加直流电压Vi≤12V时，调节RP1，输出电压V0随之变化，说明稳压电路正常工作。

整流滤波电路主要检查整流二极管是否接反，安装前用万用表测量其正、反向电阻。

安装后接入电源变压器，整流输出电压Vi应为正，否则会损坏稳压器。

断开交流电源，将整流滤波电路与稳压电路相连接，在接通电源，输出电压V0。

为规定值，说明各级电路均正常工作，可以进行各项性能指标的测试。

按照前面介绍的测试方法，对总图所示稳压电路进行测试，测试条件在室温下进行。

六.性能测试与分析

（1）最大输出电流、输出电压

给输出端接可调的负载电阻RL,用万用表测量其输出电压Vo，再使RL逐渐减小，直到Vo的值下降5%，此时流经负载RL的电流即为最大输出电流Iomax。

提供仿真图如下：

有仿真图结果可知RL两端电压最大时为Vo=9.199V（实际测为9.11V左右），下降5%后为

Vo=9.199×

（1-5%）=8.74V，此时测得流经负载RL的电流即为最大输出电流Iomax=730mA（实际测得为502mA左右）。

（2）纹波电压

指叠加在输出电压Vo上的交流分量，一般为mV级。

可将其放大后用示波器观测其峰峰值ΔVop-p。

由于实际中示波器不能剪切图上来，而实际用示波器测得输出电压Vo上的交流分量的峰峰值ΔVop-p为测得为4.6mV。

（3）稳压系数

指负载电流Io、环境温度T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，即稳压系数Sv=ΔVo/Vo∕ΔVi/Vi。

Sv的测量电路如上图所示，其过程为：

先调节自耦变压器，使Vi=242V，测量此时对应的输出电压Vo1，再调节自耦变压器，使Vi=198V，测量此时对应的输出电压Vo2，然后再测出Vi=220V时对应的输出电压Vo，则稳压系数Sv为

Sv=ΔVo/Vo∕ΔVi/Vi=

×

上面我们测得纹波电压ΔVop-p即Vo1-Vo2=4.6mV，Vo=9.11V，

因此SV=（4.6/1000/9.11）×

220/（242-198）≈2.52×

10-3

（4）变压，整流，滤波，稳压的仿真过后的截图

经过变压器变压后的变压器副边的电压的示波器仿真图

经过整流过后的示波器截图

输出3V的示波器截图

输出9V的示波器截图

七．结论与心得

经过我们组实际电路的测试，现得出如下结果

项目

参数

完成状况

输出电压范围

2.84～9.199V

完成

最大输出电流

730mA

纹波电压

ΔVop-p为4.6mV≤5mV

稳压系数

SV为2.52×

10-3≤3×

这个课程设计，其实并不是很难做，由于以前的知识学得并不够好,特别是protel99se和仿真软件Multisin10不太会运用，使我们组做起这个课程设计来不那么简单。

不过现在终于做了出来，那种感觉是不言而喻的，当然是很很开心的。

而且买完元件回来，到焊接电路板，这个过程还是蛮顺利的，经过我们组成员的共同努力，还是做出来了。

而为了做好这个设计，我们不断的翻书查资料，又让我们把以前的知识给重新的补了回来，我们学到了很多以前没有太理解的东西。

当理论的知识通过自己的努力动手做出来之后,不仅让我们尝到了成功的滋味儿，更让我们明白理论联系实际的好处，非常感谢老师给我们的这个课程设计。

总的来说，在老师的指导及我们组成员共同努力下,结合软件硬件,我们的这个直流稳压电源制作完成的比较的成功了。

虽然我们的直流稳压没有完全达到标准,但是这个毕竟是我们共同努力的成果，我们为它付出了很多时间和汗水。

通过这个课程设计，我们可以运用我们学习的专业学的知识，增强了自己的动手能力动脑能力，增强了我们组成员的团队协调能力，我们在制作计的过程中学到了很多东西。

在制作课程设计过程中，我们不断翻阅资料，得出了两个方案，通过对比选择，我们选择了方案一，这个也是和大部分同学想法相近的。

在整个设计过程中对PCB板的制作，让我们能更熟练的应用Protel99SE软件，也让我们注意到了很多以前没有注意到的地方，比如滑动变阻器的三个脚，在PCB封装里的原件封装与真实的器件有差别，我们就要实际测量，自己画封装。

还有运用这个软件过程中我们遇到问题也很多，比如刚开始做PCB板时候，自己没有弄封装管脚，导致我们导入时出错，这个错误我们以后要多注意改正。

在用仿真软件Multisin10时候，我们也遇到了很多问题，比如原件的寻找，就比较难点，通过我们组的共同努力也一一克服了。

通过这个课程设计，我们的收获很多，进一步提高了我硬件软件结合的产品设计与开发能力，当然以后还要不断的努力加强与完善。

总的来讲，我们这个组做的课程设计还是蛮顺利的，这是与我们组成员的共同努力分不开的。

我在这里再次感谢我们组成员的付出的努力，再次感谢指导老师，你的意见和指导使得我的课程设计可以比较好的完成，这也将是我们一生中的很大的宝贵财富。

八、参考文献

1《模拟电子技术基础》王淑娟蔡惟铮主编

2仿真软件《Multisim10》的学习

3《电路原理图与电路板设计教程protel99se》夏路易石宗义编著