直流稳压电源课设报告.doc

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1、直流稳压电源课程设计报告电子电路设计与制作课程设计设计题目：直流稳压电源设计系 部：电子信息工程学院专业班级：自动化B112姓 名：张凯伦学 号：201103024220指导教师：冉小英2013/6/30直流稳压电源课程设计报告摘要：直流稳压电源广泛应用于各种电子产品,不同的电路对电源的要求是不同的。电子设备中的电源一般由交流电网提供。变直流稳压电源由交流变压器电路,整流电路,滤波电路,集成稳压电路四部分组成。在本设计中,可以实现将220v的交流电压经过整流，滤波，稳压最终可实现输出+12V，-12V，+15V,-15V四路电压的直流稳压电源。本设计的主要内容是围绕着如何设计和实现各个部分而展

2、开的。首先介绍了稳压电源的设计方法，然后介绍了各单元电路设计仿真。关键词：直流稳压；交流电流；整流；滤波；稳压一、概述直流稳压电源是电子系统中不可缺少的设备之一，也是模拟电路理论知识的基本内容之一。完成一个直流稳压电源的设计，并进行安装调试，既可以达到对模拟电路理论知识的较全面的运用，也能掌握模拟电路的实际安装调试技术，具有很好的实用价值。二、设计任务、技术指标和要求完成一个直流稳压电源的理论设计，并用EWB进行模拟仿真测试，符合技术指标要求后再进行安装调试。其技术指标要求为：（1） 共有4路直流输出电源：15V/1A、12V/100mA；（2） 电压调整率：S0.2%（输入电压220V，变化

3、10%，满载）；（3） 负载调整率1%（输入电压220V，空载到满载）；（4） 纹波抑制比35dB（输入电压220V，满载）。三、方案的选择通过我们模拟电子技术理论课的学习我们知道，单相交流电要经过电源变压器、整流电路、滤波电路还有稳压电路才能转换成稳定输出的直流电压。它的总体功能方框图和各个电路部分输出电压的波形如下1图和图2所示：电源变压器整流电路滤波电路稳压电路220V 直流电压(图1，直流稳压电源总体功能框图）u1u2u3u4u0 u1 u2 u3 u4 u 0 0 t 0 t 0 t 0 t 0 t （a） (b) (c) (d) (e) （图2，各个电路部分输出电压波形）其中，（a

4、）为输入的220V电压波形； （b）为电压器降压后的波形； （c）整流后的电压波形； （d）滤波后的电压波形； （e）最后输出的直流稳压电源波形。我们知道，直流电源的输入为220v的市电，因而需要电源变压器降压后，再对交流电压进行处理。变压器副边电压经过整流电路从交流电压转换为直流电压，为较小电压的脉动，需通过低通滤波电路滤波，是输出电压平滑。最后通过稳压电路，使输出直流电压基本不受电网电压波动的影响，不受负载变化的影响，从而获得足够高的稳定性。如果设计正确的话，它的波形应该如上图所示。为了达到课题要求，可以选择以下方法：（1） 硅稳压管并联式稳压电路。这种电路结构简单，但输出电压固定，负载力

5、小。（2） 串联反馈式线性稳压电源。这种电路的输出电源的稳定性、负载能力和可调节性都较好。（3） 三端集成稳压器。这种电路实质是第（2）种电路的集成化和优化。 另外，为了能输出四路直流电压，必须使用三端稳压器，所以选择第三种方法。四、各个部分的设计，有关参数计算和元器件的确定1、稳压部分的设计 输出+15V和-15V的电源的稳压部分的设计如下： （图3，输出+15V和15V电源稳压部分的设计图） 输出+12V和-12V的电源的稳压部分的设计如下：（图4，输出+12V和12V电源稳压部分的设计）因为我选用两个稳压支路并联的方式，所以其稳压部分是分为两部分的（如上所示）。由于输入电压u1发生波动、

6、负载和温度发生变化时，滤波电路输出的直流电压UI会随着变化。因此，为了维持输出电压UI稳定不变，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）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。集成稳压器的类型很多，在小功率稳压电源中，普遍使用的是三端稳压器。按输出电压类型可分为固定式和可调式，此外又可分为正电压输出或负电压输出两种类型。根据本课题的要求，要求输出四路电压，必须使用三端稳压器，并且是固定式的稳压器。W7815，W7915，W7812，W7912

7、四种型号的稳压器满足课题要求。三端是指稳压电路只有输入、输出和接地三个接地端子。型号中最后两位数字表示输出电压的稳定值。从模拟电子技术手册可以查到四种三端稳压器的性能指标，如下面表格所示：参数 测试条件 W7815 W7812 W7915 W7912输入电压UI (V) +18.5+28.5V +15+25V 18.5+28.5V 15+25V输出电压Uo (V) +15V +12V 15V 12V电压调整率Sv(V) 0.1% 0.1% 0.1% 0.1%电流调整率SI Io：10mA 1.5A 2% 0.1% Io： 0500mA 0.1% 0.1%负载电流I0（A） UI：18.528.

8、5V 最大1.5A 最大0.5A UI： 1220V 纹波抑制比RR(dB) Io= 500mA UI：18.528.5VIo= 200mA 3753 4955 UI：1220V f =500Hz由上面的参数表格可以知道，四个稳压器满足题目有四路输出电源，电压调整率，负载调整率，波纹抑制比的要求。故选择以上元件完全满足要求。要使W7812和W7912，W7915和W7815正常工作，必须保证输入与输出之间维持大于2V的压降，因此W7812和W7912输入端直流电压必须保证在14V以上，W7815和W7915输入端直流电压必须保证在17V以上。因为有四路直流输出电源大要求，我打算用两个电路并联的

9、形式，为了照顾两个电路都需要满足要求，综合四个稳压器的所需电压和计算方便的需要，选择稳压器的输入端直流电压为20V左右。图中各器件的作用： R1，R2，R3，R4的作用是均分来自前一部分的电压。 C3，C4，C9，C10的作用是抵消电感效应，防止自激震荡。 LM7815CT，LM7915CT，LM7812CT，LM7912CT的作用是稳压，输出怒低电压。 C5，C6，C11，C12的作用是消除输出电压的高频噪声。有模拟电子技术的知识我们知道，在基本应用的三端稳压器电路中，要有电容用以抵消输入线较长时的电感效应，以防止电路产生自激震荡，根据书中所说，该电容较小，一般小于1uf，和书中一致，我选择

10、0.33uf的电容。还要有电容消除输出电压中的高频噪声，可以选小于1uf的电容，也可以几微法甚至几十微法的电容，以便输出较大的脉冲电流。同样我根据书中要求选择了0.22uf的电容。2、电源变压器的选择在电路中电源和变压器部分设计图形如图（5）所示： （图5，电源和电压部分的设计图形）如前面所说，选择三端稳压器的输入端直流电压为20V，其中稳压部分前四个阻值为1000欧姆的电阻的作用是为了分压，将从前一部分输入的电压平均分为两部分，所以选择的变压器必须满足这一要求，是220v的市电经过降压变成50V。N1N2=U1U2所以， N1N2=22050=4.4，即， 变压器原边与副边的比为4.4:1。

11、从multisim10.0的基本元件库中选择代码为TS_JDEAL的变压器，选择这个变压器的原因是因为该型号变压器可以任意改变其原副边的匝数比，根据规则50220=0.227.变压器属性对话框中的具体改法如图（6）所示： （图6，变压器原副变匝数的调整）3、 整流电路部分的设计和滤波电容的选择在电路中整流和滤波的具体图形如下图： （图7，整流和滤波部分的设计图形）1）整流电路参数输出电压平均值：=45V 平均整流电流：=0.225A最大反向电压：=70.7V整流二极管的选择（考虑电网%波动）：所以选择型号为1G4B42的整流桥，该元件中每个二极管的的反向击穿电压，额定工作电流，故整流桥选用1G

12、4B42。2）滤波电路参数T/2： （图8，二极管导通角）滤波电容的容量C应按式RLC(35)T/2确定。其中，RL为电容所带负载，这里为集成稳压电路的等效输入电阻，T为u2的周期。这里C取为1000F/36V可满足要求。五、 总体电路图以及在仿真软件中的元器件的找寻路径总体电路图如下所示，其中的部分的功能和有关参数，有关元器件的确定已经在以上的部分给出了解释。 （图9，总体电路图） 电源：SourcesPOWER_SOURCESAC_POWER属性调整为220V。 变压器：BasicTRANSFORMERTS_JDEAL。 整流桥：DiodesFWB1G4B42。 电容：BasicCAPAC

13、ITOR具体所需大小的电容。 电阻：BasicRESISTOR具体所需大小的电阻。 三端稳压器：PowerVOLTAGE_REGULATOR所需型号的三端稳压器。 接地端：SourcesPOWER_SOURCESGROUND。六、 各个部分的仿真结果（1） 电源变压器部分。电源变压器测试图如下：（图10，电源变压器部分测试图）在变压器初级接入220V/50HZ的交流电，用示波器观察变压器输入、输出电压Vi、V0的波形。 仿真后的输出结果如图下图所示：（图11，示波器XSC1的波形）+ （图12，示波器XSC2的波形）其中幅度大的为输入电压Vi波形 ，幅度小的为经电源变压器以后的输出电压Vo的波

14、形。可见经变压器后220V正弦信号变为所需电压值。原边电压U1=220V；副边电压U2=50V。（2）整流电路部分。整流电路的测试图如下： （图13，整流电路的测试图）整流电路的测试波形如下（两个示波器的波形）： （图14，示波器XSC1的波形）（图15，示波器XSC2的波形）由示波器波形可知，桥式整流电路利用了二极管的单向导电性，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。U32=45V（3）、滤波电路部分。在整流滤波电路的基础上加滤波电容，用示波器观察滤波后输出电压的波形并用万用表

15、直流电压档测量输出电压。其测试图和测试所得波形如下： （图16，滤波电路测试图）（图17，滤波电路测试波形）由示波器输出波形可知经过滤波后波形为锯齿波，输出电压趋于稳定。U4=45V。（4），稳压部分电路。连接稳压电路，如下图所示，用示波器检测器输出两端的波形， （图18，稳压部分测试图）波形如下面两图所示：（图19 ，稳压部分测试波形，示波器XSC1的示数）（图20，稳压部分测试波形，示波器XSC2的示数）万用表XMM1-XMM4的电压示数如下: （图21，万用表示数） 由示波器图形可知经过稳压部分以后将不太稳定的波形转变为稳定的波形。由万能表示数可知，所设计的电路满足了4路电压输出的幅值要

16、求。七、 心得体会在做课程设计之前曾在模电实验中接触过集成直流稳压电源，对直流稳压电源的设计有一定的了解。我选择了模拟电子课程设计中要做直流稳压电源的课题时还暗自高兴这是个自己比较熟悉的项目。但在看到要求时才知道自己高兴的太早，因为在模电实验中我做的只是用W7812输出+12V电压，这是比较容易做到的，而本次设计要求输出电压为四档，并且要用软件仿真。此刻我才意识到自己对知识的了解和掌握并不全面，也不扎实。做课程设计对从没经验的我并不是简单的事。为完成这次设计我查阅了很多资料和书籍，我发现查资料也是一门学问，要会查才能找到你所需的内容，我在图书馆查阅了相关的电子设计和电源设计书籍，同时也大量的浏

17、览了网络资源，随着了解的深入对设计有了基本的思路。在设计中我也遇到了困难，在仿真环节中由于对软件的使用不熟练，很多仿真都没有成功，并且由于时间关系没有对仿真软件进行进一步的学习，这让我觉得很可惜，以后一定会找时间补一下仿真软件方面的知识，以免以后做课设是让同样的问题难倒我。但总体上比没有做课设之前还是有了一定的进步。因为有模拟电子技术基础的知识，就像我们模电教材上电路都加一些保护电路，所以我本来想给三端稳压器和滤波电路再加上一些保护电路，但是由于有些问题没搞明白，导致我在给电路加保护元器件的时候仿真总是出错，所以我最后并没有给电路加任何的保护电路。毫无疑问，在实际的运用中加上保护电路一定比不加

18、好，这点还是我要进一步搞明白的。通过课设，我发现在模电实验中我出现了几处小错误，通过本次设计使我知道自己当初错在了哪里，也知道该如何改正，但很可惜本次设计不能进行实物操作。我想如果可以进行实物操作同学们的了解一定会更进一步。在查阅资料时，我得知电压源的设计一般分为固定电源和可调电源两种，本课题要求有四路稳压电源输出，但其在电源使用范围上一定没有可调电源的适用范围广，所以我认为该种电源在实际中不太实用。八、 元器件明细表名称型号数量电源220V50HZ1变压器TS-JDEAL1整流桥1G4B422电容1mF4330nF21uF2220nF4电阻1k4三端稳压器LM7815CT1LM7915CT1LM7812CT1LM7912CT1九、 参考文献1崔建明电路与电子技术的Multisim10.0仿真中国水利水电出版社20092黄智伟电子电路计算机仿真设计与分析电子工业出版社20083 高吉祥全国大学生电子设计竞赛培训系列教程模拟电子线路设计电子工业出版社20074 童诗白模拟电子技术基础高等教育出版社20065 郭海文电工电子实验技术中国矿业大学出版社20126 段九州电源电路实用设计手册辽宁科学技术出版社20097 沈任远常用电子器件简明手册机械工业出版社200418直流稳压电源课程设计报告