电子技术课程设计 多路输出直流稳压电源的设计.docx
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电子技术课程设计多路输出直流稳压电源的设计
电子技术课程设计报告
设计课题:
多路输出直流稳压电源的设计
专业班级:
电子信息工程1101
姓名学号:
付强9312110106
指导教师:
王枫、王宽
设计时间:
2013年12月
模电部分
多路输出直流稳压电源的设计
一、设计任务与要求
1.设计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输出:
+12V/1A,-12V/1A,+5V/1A,-5V/1A及一组可调正电压,一组可调正电压+3~+18V/1A。
2.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、并画出电路原理图,阐述基本原理。
3.安装调试并按规定格式写出课程设计报告书。
二、方案设计与论证
LM317型稳压器电源能够输出可调的直流正电压,它内部含有过流,过热保护,输入电压为正负15V,输出为1.25(1+Rp/R);可输出1.2~37V电压。
CW7812、CW7805分别可以输出正12V和正5V电压,CW7912、CW7905分别可以输出负12V和负5V电压。
有以上可知可以将LM317级CW系列的稳压器并联达到同时输出正负12V、正负5V及可调电压的要求。
方案一、可以产生两路输出正负电源输出。
一路为大功率、大电压但对稳压性能要求略低;另一路为小功率、小电压但对稳压性能要求高。
方案二、输出电压可以在3—10v连续调节,且输出电流可扩展。
1.直流稳压电源设计思路
(1)电网供电电压交流220V(有效值)50Hz,要获得低压直流输出,首先必须采用电源变压器将电网电压降低获得所需要交流电压。
(2)降压后的交流电压,通过整流电路变成单向直流电,但其幅度变化大(即脉动大)。
(3)脉动大的直流电压须经过滤波电路变成平滑,脉动小的直流电,即将交流成份滤掉,保留其直流成份。
(4)滤波后的直流电压,再通过稳压电路稳压,便可得到基本不受外界影响的稳定直流电压输出,供给负载RL。
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。
三、单元电路设计与参数计算
1.电源变压器
电源变压器是将输入的220V交流电压U1转变为整流电路所需要的交流电压U2。
因为要最终通过78、79系列和LM317系列输出正向最大18V负向最大12V的电压,所以选择带有中间抽头的双12V变压器。
考虑到今后的功率需要,这次我选择了25W的变压器。
这样两个12V的输出分别给78、79系列使用,中间抽头作为固定电压输出部分的地线;而将两个12V的输出端加给LM317,即输出24V[1]。
Uomax+(Ui-Uomin)≤Ui≤Uomin+(Ui-Uo)max
18V+3V≤Ui≤3V+40V
21V≤Ui≤43V
U2≥Uimin/1.1=21/1.1=19.09V
取U2=20则P=20W,所以选取24V/25W的变压器即可。
2.整流电路
单相桥式整流电路如下图,四只整流二极管D1~D4形成电桥。
在V2正半周。
电流从变压器副边线圈上端流出,只经过D1流向RL,在由D3留回变压器,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。
电流通路用实线箭头表示。
同理在V2负半周时,D2、D4正向导通,D1、D3反偏截止。
在负载上产生上正下负的输出电压。
电流通路如图的虚线箭头表示。
综上可知输入端经变压器后在副边得到了一个单向的脉动电压。
+
+
+
+
4
1
2
3
1
u
2
u
220V
+
-
R
L
o
u
V
2
1
V
V
3
V
4
+
–
u2
uo´´
io´´
图1桥式整流电路的工作
由于Urm=1.414×24=33.936V,I=1A,IN4007的反向击穿电压Urm≥100V,额定工作电流ID=1A,所以整流二极管选择IN4007。
I=1A。
T=0.02s,电路中滤波电容承受的最高电压时1.414×24=33.936V所以选择电容的耐压值应该大于34V所以选择1000uF/50V的电容。
因为大容量电解电容有一定的绕制电感分布,易引起自激振荡,形成高频干扰。
所以稳压器的输入断肠并入辞职小容量电容来抵消电感效应,一直高频干扰。
3滤波电路
经过整流的脉冲电压纹波很大要经过滤波电路的滤波作用,一般有电抗元件组成,如在电阻两端并联电容器C,或在整流电路输入端与负载间串联电感器L,以及有电容、电感组合而成的各种复式滤波电路。
在这里选择用电容滤波,适合小电流负载。
图2几种不同的复式滤波电路
4.稳压电路
由于输出地直流电压会随着稳压电路的波动、负载和温度发生变化而变化,所以,为了维持输出直流电压稳定不变,还要加上稳压电路。
由于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。
集成稳压器在使用中普遍使用的是三端稳压器。
可以分为固定式和可调式,按正负的输出电压还可分为CW317、CW337、LM317、LM337。
其中317系列稳压器可以连续输出可调正电压,337系列则是可调负电压。
它们的可调范围为1.2~37V,最大输出电流为1.5A。
三端集成稳压器还有78、79系列分别对应正电压输出和负电压输出.79系列和78系列的外形相似但是连接不同,79的1端接地,2端接负的输入。
3端接输出。
图3固定式三端稳压器的引脚图与应用电路[2]
图4可调式三端稳压器的引脚图级应用电路
选择稳压器型号为LM7805、LM7812、LM7905、LM7912和LM317。
78系列分别输出正5V和正12V,79系列分别输出负5V和12V。
317系列则输出1.2~37V的可变电压,最大输出电流为1.5A。
四、总原理图及元器件清单
1.总原理图
图5多路输出直流稳压电源电路图
2.元件清单
名称
型号
数量
备注
变压器
24V/25W
1
二极管
IN4001
1
IN5401
1
IN4007
8
电解电容
1000uF/50V
3
470uF/50V
3
0.1uF
1
稳压集成器
LM317
1
7805和7905
各1
7812和7912
各1
电阻及电阻器
10Ω
2
180Ω
1
220Ω
1
5KΩ
1
导线焊锡
白色导线及焊锡
若干
五、安装与调试
在multisim软件上对电路进行仿真模拟,确认设计电路正确无误,完成安装调试:
1.检查所用元器件,确定无损坏,型号及参数正确;
2.根据所选器件初步设计总体电路的安装布局;
3.按各单元电路分别进行安装并调试,查找故障并及时记录测量结果;
4.测试时遵守安全操作规程,安装或更换原器件时要关掉电源。
此外,使用电子仪器要注意其安全注意事项,电源和信号源不要造成短路。
5.调试成功并经验收,确认合格后方可拆卸电路。
六.性能测试与分析
1.+-5V仿真结果分析
如下图可知,220V、50Hz交流电经过变压器(U2=√L2/L1U1,即U2=1/15U1),输出10V的波动电压,经过整流桥后,呈现的是示波器中黄线的半波波形,接着,经过500nF的滤波电容后,变为含有较小谐波的直流电压,波形如示波器中蓝线所示,趋向于直线,接近直流,最后,电压通过7805稳压器,谐波被去除,成为较为稳定的直流电,如示波器中红线波形所示,达到实验要求。
而-5V电压由于采用7905稳压器,输出类似于+5V,输出波形一致。
2.+-12V仿真结果分析
如上面第三个图所示,220V、50Hz交流电经过变压器(U2=√L2/L1U1
即U2=1/15U1)之后,也是输出10V的波动电压。
但是经过整流桥和滤波电容的整流和滤波作用之后,输出如图所示中第二条黄色波形,之后再经过7812和7912稳压器稳压之后,就出现较稳定的的+-12V,如图中电压表所示,满足设计要求。
3.3~18V仿真结果分析
同样,220V、50Hz交流电经过变压器之后,在经过整流、滤波和稳压之后,再利用滑动变阻器进行调节,使之产生可变的输出电压。
核心器件选用317三端集成稳压器,其输出电压为V=1.25(1+RP/R),额定电流1A。
RP为精密可调电位器,电容C与RP并联组成滤波网络,以减小输出的纹波电压。
二级管D的作用是防止输出端与地短接,损坏稳压器。
七、结论与心得
此次课程设计至此已经接近尾声,两周的时间虽然很短暂,但在这两个星期的设计过程中收获颇丰。
这是自己第一次自己设计一个小的实用电路,感受到了将所学知识转化为实物的喜悦。
更加激励了自己今后的专业学习。
在设计的过程中,与同学一起查阅资料,了解到许多课外的知识,也认识到了自己还有许许多多的不足,需要加紧努力,充实自己;在与同学合作的过程中,更加深了大家的了解,培养了团队合作的精神与经验。
感谢学校给我们这次机会,锻炼了我们的动手能力。
通过这次的课程设计,让我加深了对于所学模电知识的理解,真正做到了将理论与实际结合起来,切身体会到了理论与实际差别。
例如像对于可调电阻的计算,可以十分的精确,但是在选管时可能会有许多的麻烦,所以在允许范围内可以有一定的偏差,这对于实际的应用没有太大的影响,但是对于系统的设计制作会有十分大的便捷。
而且也让我很明确得意识到自己在模电上有很多的知识漏洞,以后应该多钻研一下。
同时也感谢指导老师在设计过程中的辅导以及同学的帮助。
八、参考文献
[1]康华光.《电子技术基础模拟部分(第五版)》.北京:
高等教育出版社,2006.1
[2]吴友宇.《模拟电子技术基础(第一版)》.北京:
清华大学出版社,2009
[3]郭永贞.《模拟电子技术实验与课程设计指导》.南京:
东南大学出版社,2007