連續(xù)可調(diào)直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)與制作.doc

1 目目 錄錄 一 設(shè)計(jì)目的 1 二 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求 1 三 設(shè)計(jì)步驟 1 四 總體設(shè)計(jì)思路 2 五 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及元器件 5 六 測(cè)試要求 5 七 設(shè)計(jì)報(bào)告要求 6 八 注意事項(xiàng) 6 2 1 直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì) 一 設(shè)計(jì)目的一 設(shè)計(jì)目的 1 學(xué)習(xí)基本理論在實(shí)踐中綜合運(yùn)用的初步經(jīng)驗(yàn) 掌握模擬電路設(shè)計(jì)的基本方法 設(shè)計(jì)步驟 培 養(yǎng)綜合設(shè)計(jì)與調(diào)試能力 2 學(xué)會(huì)直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)方法和性能指標(biāo)測(cè)試方法 3 培養(yǎng)實(shí)踐技能 提高分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力 二 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求二 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求 1 設(shè)計(jì)并制作一個(gè)連續(xù)可調(diào)直流穩(wěn)壓電源 主要技術(shù)指標(biāo)要求 輸出電壓可調(diào) Uo 3V 9V 最大輸出電流 Iomax 800mA 輸出電壓變化量 Uo 15mV 穩(wěn)壓系數(shù) SV 0 003 2 設(shè)計(jì)電路結(jié)構(gòu) 選擇電路元件 計(jì)算確定元件參數(shù) 畫出實(shí)用原理電路圖 3 自擬實(shí)驗(yàn)方法 步驟及數(shù)據(jù)表格 提出測(cè)試所需儀器及元器件的規(guī)格 數(shù)量 交指導(dǎo)教師審 核 4 批準(zhǔn)后 進(jìn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行組裝 調(diào)試 并測(cè)試其主要性能參數(shù) 三 設(shè)計(jì)步驟三 設(shè)計(jì)步驟 1 電路圖設(shè)計(jì) 1 確定目標(biāo) 設(shè)計(jì)整個(gè)系統(tǒng)是由那些模塊組成 各個(gè)模塊之間的信號(hào)傳輸 并畫出直流穩(wěn)壓 電源方框圖 2 系統(tǒng)分析 根據(jù)系統(tǒng)功能 選擇各模塊所用電路形式 3 參數(shù)選擇 根據(jù)系統(tǒng)指標(biāo)的要求 確定各模塊電路中元件的參數(shù) 4 總電路圖 連接各模塊電路 2 電路安裝 調(diào)試 1 為提高學(xué)生的動(dòng)手能力 學(xué)生自行設(shè)計(jì)印刷電路板 并焊接 2 在每個(gè)模塊電路的輸入端加一信號(hào) 測(cè)試輸出端信號(hào) 以驗(yàn)證每個(gè)模塊能否達(dá)到所規(guī)定的 指標(biāo) 3 重點(diǎn)測(cè)試穩(wěn)壓電路的穩(wěn)壓系數(shù) 4 將各模塊電路連起來(lái) 整機(jī)調(diào)試 并測(cè)量該系統(tǒng)的各項(xiàng)指標(biāo) 2 四 總體設(shè)計(jì)思路四 總體設(shè)計(jì)思路 1 直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)思路 1 電網(wǎng)供電電壓交流 220V 有效值 50Hz 要獲得低壓直流輸出 首先必須采用電源變壓器 將電網(wǎng)電壓降低獲得所需要交流電壓 2 降壓后的交流電壓 通過(guò)整流電路變成單向直流電 但其幅度變化大 即脈動(dòng)大 3 脈動(dòng)大的直流電壓須經(jīng)過(guò)濾波電路變成平滑 脈動(dòng)小的直流電 即將交流成份濾掉 保留 其直流成份 4 濾波后的直流電壓 再通過(guò)穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓 便可得到基本不受外界影響的穩(wěn)定直流電壓輸 出 供給負(fù)載 RL 2 直流穩(wěn)壓電源原理 直流穩(wěn)壓電源是一種將 220V 工頻交流電轉(zhuǎn)換成穩(wěn)壓輸出的直流電壓的裝置 它需要變壓 整流 濾波 穩(wěn)壓四個(gè)環(huán)節(jié)才能完成 見(jiàn)圖 1 T 工頻交流脈動(dòng)直流 直流 整 流 濾 波 穩(wěn) 壓 負(fù) 載 其中 1 電源變壓器 是降壓變壓器 它將電網(wǎng) 220V 交流電壓變換成符合需要的交流電壓 并送 給整流電路 變壓器的變比由變壓器的副邊電壓確定 2 整流電路 利用單向?qū)щ娫?把 50Hz 的正弦交流電變換成脈動(dòng)的直流電 3 濾波電路 可以將整流電路輸出電壓中的交流成分大部分加以濾除 從而得到比較平滑的 直流電壓 4 穩(wěn)壓電路 穩(wěn)壓電路的功能是使輸出的直流電壓穩(wěn)定 不隨交流電網(wǎng)電壓和負(fù)載的變化而 變化 整流電路常采用二極管單相全波整流電路 電路如圖 2 所示 在 u2 的正半周內(nèi) 二極管 D1 D2 導(dǎo)通 D3 D4 截止 u2 的負(fù)半周內(nèi) D3 D4 導(dǎo)通 D1 D2 截止 正負(fù)半周內(nèi)部都有電 流流過(guò)的負(fù)載電阻 RL 且方向是一致的 電路的輸出波形如圖 3 所示 圖 1 直流穩(wěn)壓電源方框圖 3 在橋式整流電路中 每個(gè)二極管都只在半個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)電 所以流過(guò)每個(gè)二極管的平均電流等于 輸出電流的平均值的一半 即 電路中的每只二極管承受的最大反向電壓為 U2是變壓 2 2U 器副邊電壓有效值 在設(shè)計(jì)中 常利用電容器兩端的電壓不能突變和流過(guò)電感器的電流不能突變的特點(diǎn) 將電容器 和負(fù)載電容并聯(lián)或電容器與負(fù)載電阻串聯(lián) 以達(dá)到使輸出波形基本平滑的目的 選擇電容濾波電路 后 直流輸出電壓 Uo1 1 1 1 2 U2 直流輸出電流 I2是變壓器副邊電流的有效值 穩(wěn)壓電路可選集成三端穩(wěn)壓器電路 總體原理電路見(jiàn)圖 4 3 設(shè)計(jì)方法簡(jiǎn)介 1 根據(jù)設(shè)計(jì)所要求的性能指標(biāo) 選擇集成三端穩(wěn)壓器 因?yàn)橐筝敵鲭妷嚎烧{(diào) 所以選擇三端可調(diào)式集成穩(wěn)壓器 可調(diào)式集成穩(wěn)壓器 常見(jiàn)主要有 CW317 CW337 LM317 LM337 317 系列穩(wěn)壓器輸出連續(xù)可調(diào)的正電壓 337 系列穩(wěn)壓器輸出連 可調(diào)的負(fù)電壓 可調(diào)范圍為 1 2V 37V 最大輸出電流為 1 5A 穩(wěn)壓內(nèi)部含有過(guò)流 過(guò)熱保護(hù) maxO I 電路 具有安全可靠 性能優(yōu)良 不易損壞 使用方便等優(yōu)點(diǎn) 其電壓調(diào)整率和電流調(diào)整率均優(yōu)于 固定式集成穩(wěn)壓構(gòu)成的可調(diào)電壓穩(wěn)壓電源 LM317 系列和 lM337 系列的引腳功能相同 管腳圖和典 型電路如圖 4 和圖 5 圖 4 穩(wěn)壓電路原理圖 1 2 1 of II 2 5 1 2 1 I Io t 0 2 3 4 2 2U t 0 2 3 4 o u 2 2U 圖 2 整流電路圖 3 輸出波形圖 4 圖 4 管 腳圖 圖 5 典型電路 輸出電壓表達(dá)式為 1 1 125 1 R RP Uo 式中 1 25 是集成穩(wěn)壓塊輸出端與調(diào)整端之間的固有參考電壓 此電壓加于給定電阻兩 REF V 1 R 端 將產(chǎn)生一個(gè)恒定電流通過(guò)輸出電壓調(diào)節(jié)電位器 電阻常取值 一般使用1RP 1 R 240 1201RP 精密電位器 與其并聯(lián)的電容器 C 可進(jìn)一步減小輸出電壓的紋波 圖中加入了二極管 D 用于防止 輸出端短路時(shí) 10 F 大電容放電倒灌入三端穩(wěn)壓器而被損壞 LM317 其特性參數(shù) 輸出電壓可調(diào)范圍 1 2V 37V 輸出負(fù)載電流 1 5A 輸入與輸出工作壓差 U Ui Uo 3 40V 能滿足設(shè)計(jì)要求 故選用 LM317 組成穩(wěn)壓電路 2 選擇電源變壓器 1 確定副邊電壓 U2 根據(jù)性能指標(biāo)要求 Uomin 3V Uomax 9V 又 Ui Uomax Ui Uo min Ui Uoin Ui Uo max 其中 Ui Uoin min 3V Ui Uo max 40V 12V Ui 43V 此范圍中可任選 Ui 14V Uo1 根據(jù) Uo1 1 1 1 2 U2 可得變壓的副邊電壓 V U U O 12 15 1 1 2 2 確定變壓器副邊電流 I2 5 Io1 Io 又副邊電流 I2 1 5 2 IO1 取 IO IOmax 800mA 則 I2 1 5 0 8A 1 2A 3 選擇變壓器的功率 變壓器的輸出功率 Po I2U2 14 4W 3 選擇整流電路中的二極管 變壓器的副邊電壓 U2 12V 橋式整流電路中的二極管承受的最高反向電壓為 VU172 2 橋式整流電路中二極管承受的最高平均電流為 A Io 4 0 2 8 0 2 查手冊(cè)選整流二極管 IN4001 其參數(shù)為 反向擊穿電壓 UBR 50V 17V 最大整流電流 IF 1A 0 4A 4 濾波電路中濾波電容的選擇 濾波電容的大小可用式 求得 1 求 Ui 根據(jù)穩(wěn)壓電路的的穩(wěn)壓系數(shù)的定義 設(shè)計(jì)要求 Uo 15mV SV 0 003 Uo 3V 9V Ui 14V 代入上式 則可求得 Ui 2 濾波電容 C 設(shè)定 Io Iomax 0 8A t 0 01S 則可求得 C 電路中濾波電容承受的最高電壓為 所以所選電容器的耐壓應(yīng)大于 17V VU172 2 注意 因?yàn)榇笕萘侩娊怆娙萦幸欢ǖ睦@制電感分布電感 易引起自激振蕩 形成高頻干擾 所 以穩(wěn)壓器的輸入 輸出端常 并入瓷介質(zhì)小容量電容用來(lái)抵消電感效應(yīng) 抑制高頻干擾 五 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及元器件五 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及元器件 1 萬(wàn)用表 2 示波器 3 交流毫伏表 4 三端可調(diào)的穩(wěn)壓器 LM317 一片 i o U tI C i i o o V U U U U S 6 六 測(cè)試要求六 測(cè)試要求 1 測(cè)試并記錄電路中各環(huán)節(jié)的輸出波形 2 測(cè)量穩(wěn)壓電源輸出電壓的調(diào)整范圍及最大輸出電流 3 測(cè)量輸出電阻 Ro 4 測(cè)量穩(wěn)壓系數(shù) 用改變輸入交流電壓的方法 模擬 Ui的變化 測(cè)出對(duì)應(yīng)的輸出直流電壓的變化 則可算出穩(wěn)壓 系數(shù) SV 注意 用調(diào)壓器使 220V 交流改變 10 即 Ui 44V 5 用毫伏表可測(cè)量輸出直流電壓中的交流紋波電壓大小 并用示波器觀察 記錄其波形 6 分析測(cè)量結(jié)果 并討論提出改進(jìn)意見(jiàn) 七 設(shè)計(jì)報(bào)告要求七 設(shè)計(jì)報(bào)告要求 1 設(shè)計(jì)目的 2 設(shè)計(jì)指標(biāo) 3 總體設(shè)計(jì)框圖 并說(shuō)明每個(gè)模塊所實(shí)現(xiàn)的功能 4 功能模塊 可有多個(gè)方案 并進(jìn)行方案論證與比較 要有詳細(xì)的原理說(shuō)明 5 總電路圖設(shè)計(jì) 有原理說(shuō)明 6 實(shí)現(xiàn)儀器 工具 7 分析