直流穩(wěn)壓電源畢業(yè)論文

1、<p><b>　　直流穩(wěn)壓電源</b></p><p>　　學 生 姓 名： </p><p>　　指 導 教 師： </p><p>　　系      

2、 別： </p><p>　　專 業(yè)： </p><p>　　年 級： </p><p>　　提 交 時 間： 年 月 日 &l

3、t;/p><p>　　評 閱 人： </p><p>　　年 月 日： </p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　直流穩(wěn)壓電源由于具有效率高、體積小、重量輕的特點

4、，近年來獲得了飛速發(fā)展。直流穩(wěn)壓電源高頻化是其發(fā)展的方向，高頻化使開關(guān)電源小型化，并使直流穩(wěn)壓電源進入更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，特別是在高新技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用，推動了高新技術(shù)產(chǎn)品的小型化、輕便化。本文主要以半橋變換電路為開關(guān)電源的主電路，設(shè)計一臺品質(zhì)優(yōu)良的直流開關(guān)穩(wěn)壓電源。</p><p>　　直流開關(guān)穩(wěn)壓器中所使用的大功率開關(guān)器件價格較貴,其控制電路亦比較復雜,另外,開關(guān)穩(wěn)壓器的負載一般都是用大量的集成化程度很高的器件安裝

5、的電子系統(tǒng)。晶體管和集成器件耐受電、熱沖擊的能力較差。因而開關(guān)穩(wěn)壓器的保護應(yīng)該兼顧穩(wěn)壓器本身和負載的安全。保護電路的種類很多,這里介紹極性保護、程序保護、過電流保護、過電壓保護、欠電壓保護以及過熱保護等電路。通常選用幾種保護方式加以組合,構(gòu)成完善的保護系統(tǒng)。直流高壓穩(wěn)壓電源的長期穩(wěn)定性主要受溫度的影響，文中分析了直流高壓穩(wěn)壓電源的構(gòu)成原理，建立了溫度穩(wěn)定性的數(shù)學模型，給出了精確和可行的定量計算方法，并應(yīng)用到具體的實例中加以驗證，說明了該

6、模型的應(yīng)用價值，對直流高壓穩(wěn)壓電源的設(shè)計具有理論指導作用。</p><p>　　關(guān)鍵詞：穩(wěn)壓器 半橋變換電路 數(shù)學模型 應(yīng)用價值</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　第一章直流穩(wěn)壓器原理4</p><

7、;p>　　第二章直流穩(wěn)壓電源簡介7</p><p>　　§2.1 直流穩(wěn)壓電源的構(gòu)成7</p><p>　　§2.2 直流穩(wěn)壓電源的分類7</p><p>　　§2.3 直流穩(wěn)壓電源的技術(shù)指標7</p><p>　　第三章直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計10</p><p>　　&#

8、167;3.1設(shè)計目的及要求10</p><p>　　§3.2設(shè)計步驟及思路10</p><p>　　§3.2.1直流穩(wěn)壓電源設(shè)計思路10</p><p>　　§3.2.2直流穩(wěn)壓電源原理10</p><p>　　§3.2.3總體電路圖11</p><p>　　

9、7;3.3單元電路設(shè)計與原理說明11</p><p>　　3.3.1電源變壓器11</p><p>　　3.3.2整流電路12</p><p>　　3.3.3濾波電路12</p><p>　　3.3.4穩(wěn)壓電路13</p><p>　　3.3.5元器件選擇和電路參數(shù)計算說明14</p><

10、;p>　　§3.4 電路板的設(shè)計15</p><p>　　第四章 電路仿真17</p><p>　　§4.1 測試要求17</p><p>　　§4.2 測試結(jié)果和計算結(jié)果分析17</p><p>　　§4.3 電路的誤差分析與改進19</p><p>　　第五章

11、 設(shè)計體會21</p><p>　　§5.1 注意事項21</p><p>　　§5.2 設(shè)計體會21</p><p><b>　　參考文獻22</b></p><p><b>　　直流穩(wěn)壓器原理</b></p><p>　　直流開關(guān)穩(wěn)壓器的輸入一

12、般都是未穩(wěn)壓直流電源。由于操作失誤或者意外情況會將其極性接錯,將損壞開關(guān)穩(wěn)壓電源。極性保護的目的,就是使開關(guān)穩(wěn)壓器僅當以正確的極性接上未穩(wěn)壓直流電源時才能工作。利用單向?qū)ǖ钠骷梢詫崿F(xiàn)電源的極性保護。最簡單的極性保護電路如圖1所示。由于二極管D要流過開關(guān)穩(wěn)壓器的輸入總電流,因這種電路應(yīng)用在小功率的開關(guān)穩(wěn)壓器上比較合適。在較大功率的場合,則把極性保護電路作為程序保護中的一個環(huán)節(jié),可以省去極性保護所需的大功率二極管,功耗也將減小。為了操作

13、方便,便于識別極性正確與否。</p><p>　　一、極性保護　直流開關(guān)穩(wěn)壓器的輸入一般都是未穩(wěn)壓直流電源。由于操作失誤或者意外情況會將其極性接錯,將損壞開關(guān)穩(wěn)壓電源。極性保護的目的,就是使開關(guān)穩(wěn)壓器僅當以正確的極性接上未穩(wěn)壓直流電源時才能工作。利用單向?qū)ǖ钠骷梢詫崿F(xiàn)電源的極性保護。簡單的極性保護電路如圖1所示。由于二極管D要流過開關(guān)穩(wěn)壓器的輸入總電流,因此這種電路應(yīng)用在小功率的開關(guān)穩(wěn)壓器上比較合適。在較大功

14、率的場合,則把極性保護電路作為程序保護中的一個環(huán)節(jié),可以省去極性保護所需的大功率二極管,功耗也將減小。為了操作</p><p>　　方便,便于識別極性正確與否,在圖1中的二極管之后,接指示燈。</p><p>　　二、程序保護開關(guān)穩(wěn)壓電源的電路比較復雜,基本上可以分為小功率的控制部分和大功</p><p>　　的開關(guān)部分。開關(guān)晶體管則屬大功率，為保護開關(guān)晶體管在開啟

15、或關(guān)斷電源時的安全,必須先讓調(diào)制器、放大器等小功率的控制電路工作。為此,要保證正確的開機程序。開關(guān)穩(wěn)壓器的輸入端一般接有小電感、大電容的輸入濾波器在開機瞬間,濾波電容器會流過。很大的浪涌電流,這個浪涌電流可以為正常輸入電流的數(shù)倍。這樣大的浪涌電流會使普通電源開關(guān)的觸點或繼電器的觸點熔化,并使輸入保險絲熔斷。另外,浪涌電流也會損害電容器,使之壽命縮短,近年來，隨著微機、中小型計算機的普及和航空航天數(shù)據(jù)通信，交通郵電等事業(yè)的訊速發(fā)展，以及為

16、了各種自動化儀器、儀表和設(shè)備配套的需要，當代對電源的需要不僅日益增大，而且對電源的性能、效率、重量、尺寸和可靠性以及諸如程序控制、電源通/斷、遠距離操作和信息保護等功能提出了更高的要求。對于這些要求，傳統(tǒng)的線性穩(wěn)壓電源無法實現(xiàn)，和線性穩(wěn)壓電源相比，開關(guān)穩(wěn)壓電源具有以下的一些優(yōu)越性:</p><p><b>　　1）效率高</b></p><p>　　開關(guān)穩(wěn)壓電源的調(diào)整

17、開關(guān)管工作在開關(guān)狀態(tài)，截止期間，開關(guān)元件漏電流極小，因此功率消耗小而效率高，通?？蛇_到80%-90%以上。功耗小使得機內(nèi)溫升亦低，周圍元件不會因長期工作在高溫環(huán)境下而損壞，有利于提高整機的可靠性和穩(wěn)定性。而傳統(tǒng)的線性穩(wěn)壓電源的晶體管一直工作在放大區(qū)，全部負載電流都通過調(diào)整管，因而損耗大，效率低，一般只在50%左右，功率等級也比較低。</p><p><b>　　2）穩(wěn)壓范圍寬</b><

18、/p><p>　　從本質(zhì)上說，線性穩(wěn)壓電源的電壓調(diào)整作用是靠調(diào)整管的“變阻”作用實現(xiàn)的，因而調(diào)壓范圍小。開關(guān)穩(wěn)壓電源的電壓調(diào)整作用是通過對直流電壓進行脈寬調(diào)制而實現(xiàn)的，因而線性控制區(qū)域大，調(diào)壓范圍寬，在交流電壓變化較大時，開關(guān)穩(wěn)壓電源仍能達到很好的穩(wěn)壓效果。</p><p><b>　　3）體積小重量輕</b></p><p>　　開關(guān)電源可將電網(wǎng)

19、輸入的交流電壓直接整流再進行PWM控制，這樣可省去笨重的電源變壓器(為了和高頻變壓器相區(qū)別，電源變壓器又稱為工頻變壓器)，使電源的體積大大縮小，重量減輕。在隔離式開關(guān)電源中，高頻隔離變壓器由于頻率高而可以使體積小、重量輕。</p><p><b>　　4）安全可靠</b></p><p>　　開關(guān)穩(wěn)壓電源一般都有輔助電路，以提供自動保護功能。正因為直流穩(wěn)壓電源有著這多

20、方面的優(yōu)點,所以對它的研究有著重要的意義,這不僅是對自己所學知識的總結(jié)，而且對自己以后從事電力方面的工作有著很大的幫助作用。</p><p>　　穩(wěn)壓電源原理圖如圖1.1所示。其中，核心元件是LM338，它是一片大電流可調(diào)穩(wěn)壓集成電路，。該集成電路在采用一般接法時，其輸出電壓范圍是1．2～37V。為了進一步拓寬其輸出電壓的范圍，本電路對其傳統(tǒng)應(yīng)用電路進行了一些改進。現(xiàn)簡單介紹如下：LM338要求輸入、輸出端最大電

21、壓差不能超過40V，這就限制了它的最高輸出電壓。當電源輸出電壓較低、電流比較大時，功耗全部消耗在LM338上，造成集成電路發(fā)熱嚴重。為了解決這個問題，在本電源的設(shè)計中，將LM338輸入端電壓改為分段可調(diào)型。由開關(guān)K1-2控制JI～J9這九個繼電器，將不同的交流電壓切換到整流橋的輸入端，整流后得到高低不同的直流電壓輸入到LM338中，這樣就降低了穩(wěn)壓塊的輸入電壓，同時開關(guān)K1—1同步切換LM338調(diào)整端的分壓電阻，使調(diào)整端的基準電壓不斷改

22、變，輸出端電壓就以每檔5V的規(guī)律變化。這樣一來LM338的輸入、輸出電壓差就被限制在一個較小的范圍內(nèi)。不但降低了穩(wěn)壓集成電路的損耗，而且提高了最大輸出電壓。 </p><p>　　圖1.1穩(wěn)壓電源主電路 </p><p>　　LM338在內(nèi)部設(shè)有1．2V的基準電壓，而輸出電壓要比調(diào)整端電壓高，這樣就使LM338的輸出電壓最低只能是1．2V。為使其輸出電壓能從零開始，本電源設(shè)計用R10、DW

23、2等元件組成-1．2V的基準電壓，使LM338的調(diào)整端電壓降至-1．2V，這樣既保證了輸出端比調(diào)整端高的要求，又能使輸出電壓從零伏開始。</p><p>　　如果穩(wěn)壓集成電路的輸入端接入較高的電壓，而輸出端恰好是空載，此時開機，LM338很容易由于過電壓而在瞬間損壞。為了解決這個問題，在LM338的輸入端加入了由VT1組成的輸入電壓限制電路，實際上就是一個射極跟隨器，用這個電路保證LM338的輸入輸出電壓差最高為

24、5V，從而避免了因過電壓損壞集成電路。</p><p>　　在圖1.1中，DW1主要是用來保護LM338不被擊穿，選27V、1W的穩(wěn)壓管即可，DW2穩(wěn)壓值為1．2V，可選用2CW100或2CW50，也可以用兩只2CK2串聯(lián)起來代替，但要注意接入的極性（正好與圖1。1中相反）。D1～D4使用參數(shù)大于6A耐壓100V的整流二極管或全橋。電源變壓器T的功率要大于300V。穩(wěn)壓集成電路的型號LM338K，要用金封的。J1

25、～J9選用優(yōu)質(zhì)6V小型繼電器，觸點電流要大于5A。輸出電壓微調(diào)電位器W選用WXD3-13精密多圈線繞電位器。電壓檔位選擇開關(guān)K1選用2X9的小型波段開關(guān)。R＊為電流表取樣電阻，可根據(jù)所選用的表頭靈敏度不同，截取一定長度的導線繞制，如果要提高輸出電壓顯示精度，可將電壓表V換成市售成品數(shù)字式直流電壓表，其余元參數(shù)見圖1.2中標注。VT1、IC1各加一6cmX8cmX3cm的散熱器。</p><p><b>

26、　　圖1.2管腳分布</b></p><p><b>　　該電源的技術(shù)參數(shù)：</b></p><p>　　直流穩(wěn)壓輸出范圍 DC 0～45V：</p><p>　　最大輸出電流 5A；</p><p>　　電壓調(diào)整率 ≤0．001％／V；</p><p>　　紋波系數(shù) ≤0．002％：

27、</p><p>　　等效內(nèi)阻≤0．15Ω；</p><p>　　穩(wěn)壓系數(shù) ≤0.005％。</p><p><b>　　直流穩(wěn)壓電源簡介</b></p><p>　　§2.1 直流穩(wěn)壓電源的構(gòu)成</p><p>　　許多電子產(chǎn)品如電視機、電子計算機、音響設(shè)備等都需要直流電源，電子儀器也

28、需要直流電源，實驗室更需要獨立的直流電源。為了提高電子設(shè)備的精度及穩(wěn)定性，在直流電源中還要加入穩(wěn)壓電路，因此稱為直流穩(wěn)壓電源。典型的直流穩(wěn)壓電源主要由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路等幾部分構(gòu)成。電源變壓器把50Hz的交流電網(wǎng)電壓變成所需要的交流電壓；整流電路用來將交流電變換為單向脈動直流電；濾波電路用來濾除整流后單向脈動電流中的交流成分（即波紋電壓），是指成為平滑的直流電；穩(wěn)壓電路的作用是當輸入交流電網(wǎng)電壓波動、負載及溫度變化

29、時，維持輸出直流電壓的穩(wěn)定。</p><p>　　§2.2 直流穩(wěn)壓電源的分類</p><p>　　直流穩(wěn)壓電源的發(fā)展已有幾十年的歷史，已從分立器件發(fā)展到集成電路。集成穩(wěn)壓電路具有體積小、重量輕、耗電少、壽命長等優(yōu)點，隨著功率集成電路的發(fā)展，集成穩(wěn)壓電路已有多個品種、多種型號問世，按輸出電壓、輸出電流形成系列產(chǎn)品，已成為直流穩(wěn)壓電源的主流產(chǎn)品，特別適用于小型電子設(shè)備使用。<

30、/p><p>　　目前生產(chǎn)直流穩(wěn)壓電源種類很多，可以從不同的角度分類：</p><p>　　1、按穩(wěn)定方式分，有參數(shù)型穩(wěn)壓器和反饋調(diào)整型穩(wěn)壓器。參數(shù)型穩(wěn)壓器電路簡單，主要是利用電子組件的非線性實現(xiàn)穩(wěn)壓，例如，1只電阻和1只穩(wěn)壓管即可構(gòu)成參數(shù)型穩(wěn)壓器。反饋調(diào)整型穩(wěn)壓器具有負反饋，是閉環(huán)調(diào)整系統(tǒng)，利用輸出電壓的變化，經(jīng)取樣、比較、放大得到控制電壓，去控制調(diào)整元件，從而達到穩(wěn)定輸出電壓的目的。<

31、;/p><p>　　2、按調(diào)整元件和負載連接方式分，有并聯(lián)式穩(wěn)壓器和串聯(lián)式穩(wěn)壓器。調(diào)整元件與負載并聯(lián)的稱為并聯(lián)式穩(wěn)壓器，調(diào)整元件與負載串聯(lián)的稱為串聯(lián)式穩(wěn)壓器。</p><p>　　3、按作用器件分，有電子管穩(wěn)壓器、穩(wěn)壓管穩(wěn)壓器、晶體管穩(wěn)壓器、可控硅穩(wěn)壓器等。</p><p>　　4、按調(diào)整器件的工作狀態(tài)分，有線性穩(wěn)壓器和開關(guān)穩(wěn)壓器。調(diào)整器件工作在線性放大狀態(tài)的為線性穩(wěn)壓

32、器，調(diào)整器件工作在開關(guān)狀態(tài)的稱為串聯(lián)式穩(wěn)壓器。</p><p>　　5、按電路的主要部分是集成電路還是分立元件分，有集成線性穩(wěn)壓器、集成開關(guān)穩(wěn)壓器和分立元器件組成的穩(wěn)壓器。</p><p>　　根據(jù)需要，還可以有其他分類方法，例如高壓穩(wěn)壓器、低壓穩(wěn)壓器；通用穩(wěn)壓器、專用穩(wěn)壓器等。</p><p>　　§2.3 直流穩(wěn)壓電源的技術(shù)指標</p>

33、<p>　　穩(wěn)壓電源的主要技術(shù)指標包括特性指標和質(zhì)量指標，前者標識穩(wěn)壓電源的功能又稱試用指標，后者反映了穩(wěn)壓電源質(zhì)量的優(yōu)劣。</p><p><b>　　1、特性指標</b></p><p>　　2、輸入電壓及適用范圍。</p><p>　　3、輸出電壓及輸出電壓調(diào)整范圍</p><p>　　4、額定輸出電流（

34、指電源正常工作時的最大輸出電流）以及過流保護電流值。</p><p><b>　?。?）電壓調(diào)整率</b></p><p>　　負載電流Ｉ0 及溫度T不變而輸入電壓U1變化時，輸出電壓U0的相對變化量△U0/U0與輸入電壓變化量△U1之比值，稱為電壓調(diào)整率，即</p><p>　　一般直流穩(wěn)壓電源的電壓調(diào)整率SU為1%、0.1%、0.01%不等

35、，其值越小，穩(wěn)壓性能越好。電壓調(diào)整率也可定義為：在負載電流和溫度不變時，輸入電壓變化時，輸出電壓的變化量△U0，單位為毫伏。</p><p><b>　　（2）穩(wěn)壓系數(shù)</b></p><p>　　穩(wěn)壓系數(shù)定義為負載不變時，輸出電壓相對變化量和輸入電壓相對變化量之比，即</p><p>　　式中，U1為穩(wěn)壓電路輸入直流電壓，即整流電路的輸出電壓

36、。</p><p>　　一般情況下S在10-2~10-4數(shù)量級。顯然，S越小穩(wěn)壓電路輸出電壓的穩(wěn)定性越好。</p><p>　?。?）負載調(diào)整率（亦稱電流調(diào)整率）</p><p>　　在交流電源額定電壓條件下，負載電流從零變化到最大時，輸出電壓的最大相對變化量用百分數(shù)表示</p><p>　?。?）輸出電阻（內(nèi)阻）</p>&l

37、t;p>　　當輸入電壓固定時，輸出電壓變化量與負載電流變化量之比，稱為輸出電阻R0，亦稱內(nèi)阻，即</p><p><b>　　R0=</b></p><p>　　其單位為歐。R0的大小反映了當負載變動時，穩(wěn)壓電路保持輸出電壓穩(wěn)壓的能力。R0越小負載能力越強，一般R0<1。</p><p>　?。?）最大紋波電壓與紋波抑制比</

38、p><p>　　疊加在輸出電壓上的交流分量的峰—峰值稱為最大紋波電壓△U，一般為毫伏級。在電容濾波電路中，負載電流越大，紋波電壓也越大。因此，紋波電壓應(yīng)在額定輸出電流情況下測出。</p><p>　　紋波抑制比SR定義為穩(wěn)壓電源輸入紋波電壓峰—峰值△U與輸出紋波電壓峰—峰值△U之比，并取對數(shù)，即</p><p><b>　　SR=20 lg</b>

39、</p><p>　　單位為分貝（dB）。在質(zhì)量指標中第（1）、（2）項是描述輸入交流電壓變化對輸出電壓影響的技術(shù)指標，第（3）、（4）項是描述負載變化對輸出電壓影響的技術(shù)指標，第（5）項反映了穩(wěn)壓電源對其輸入端引入的交流紋波電壓的抑制能力。</p><p><b>　　直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計</b></p><p>　　§3.1設(shè)計目的

40、及要求</p><p>　?。?）學習基本理論在實踐中綜合運用的初步體驗，掌握模擬電路設(shè)計的基本方法、設(shè)計步驟，培養(yǎng)綜合設(shè)計與調(diào)試能力。</p><p>　?。?）學會直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計方法和性能指標測試方法。</p><p>　　（3）培養(yǎng)實踐技能，提高分析和解決實際問題的能力。</p><p>　?。?）設(shè)計并制作一個開關(guān)穩(wěn)壓電源，主要技

41、術(shù)指標要求：</p><p><b>　　該電源的技術(shù)參數(shù)：</b></p><p>　　直流穩(wěn)壓輸出范圍 DC 0～45V：</p><p>　　最大輸出電流 5A；</p><p>　　電壓調(diào)整率 ≤0．001％／V；</p><p>　　紋波系數(shù) ≤0．002％：</p>&l

42、t;p>　　等效內(nèi)阻≤0．15Ω；</p><p>　　穩(wěn)壓系數(shù) ≤0.005％。</p><p>　?。?）設(shè)計電路結(jié)構(gòu)，選擇電路元件，計算確定元件參數(shù)，畫出實用原理電路圖。</p><p>　?。?）自擬試驗方法、步驟及數(shù)據(jù)表格，提出測試所需儀器及元器件的規(guī)格、數(shù)量，交指導教師審核。</p><p>　?。?）批準后，進行組裝、調(diào)試

43、，并測試其主要性能參數(shù)。</p><p>　　§3.2設(shè)計步驟及思路</p><p>　　§3.2.1直流穩(wěn)壓電源設(shè)計思路</p><p>　?、匐娋W(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。</p><p>　　②降壓后的交流電壓，通過整流電路變成

44、單向直流電，但其幅度變化大（即脈動大）。</p><p>　?、勖}動大的直流電壓須經(jīng)過濾波、穩(wěn)壓電路變成平滑，脈動小的直流電，即將交流成分濾掉，保留其直流成分。</p><p>　?、転V波后的直流電壓，再通過穩(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，供給負載RL。</p><p>　　§3.2.2直流穩(wěn)壓電源原理</p>&l

45、t;p>　　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)壓四個環(huán)節(jié)才能完成，見圖3.1。</p><p>　　圖3.1 直流穩(wěn)壓電源方框圖</p><p><b>　　其中：</b></p><p>　?、匐娫醋儔浩鳎菏墙祲鹤儔浩?，它將電網(wǎng)220V交流電壓變換成符合需要的交流電壓，并送

46、給整流電路，變壓器的變化由變壓器的副邊電壓確定。</p><p>　?、谡麟娐罚豪脝蜗?qū)щ娫?，?0Hz的正弦交流電變換成脈動的直流電。</p><p>　?、鄢Ｓ玫恼麟娐酚校?lt;/p><p><b>　　1、半波整流電路</b></p><p>　　半波整流就是利用二極管的單向?qū)щ娦阅?，使?jīng)變壓器出來的電壓V只

47、有半個周期可以到達負載，造成負載電壓V是單方向的脈動直流電壓。</p><p>　　2、全波整流整流電路</p><p>　　利用副邊有中心抽頭的變壓器和兩個二極管構(gòu)成如下圖所示的全波整流電路。從圖中可見，正負半周都有電流流過負載，提高了整流效率。</p><p><b>　　全波整流的特點：</b></p><p>　

48、　輸出電壓V高；脈動小；正負半周都有電流供給負載，因而變壓器得到充分利用，效率較高。</p><p>　?、芊€(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)電壓和負載的變化而變化。</p><p>　　§3.2.3總體電路圖</p><p><b>　　圖3.2總電路圖</b></p><p>&l

49、t;b>　　圖3.3實物電路圖</b></p><p>　　§3.3單元電路設(shè)計與原理說明</p><p>　　3.3.1電源變壓器</p><p>　　電源變壓器是將交流電網(wǎng)220V的電壓變成所需要的電壓值，并送給整流電路，變壓器的變比由變壓器的副邊電壓確定。</p><p><b>　　3.3.2整流

50、電路</b></p><p>　　整流電路常采用二極管單相全波整流電路，電路如圖3.4所示。在U2的正半周內(nèi)，二極管D1、D2導通，D3、D4截止；U2的負半周內(nèi)，D3、D4導通，D1、D2截止。正負半周內(nèi)部都有電流流過的負載電阻RL，且方向是一致的。電路的輸出波形如圖3.5所示</p><p>　　在橋式整流電路中，每個二極管都只在半個周期內(nèi)導電，所以流過每個二極管的平均電流

51、等于輸出電流的平均值的一半。電路中的每只二極管承受的最大反向電壓約為反向擊穿電壓的一半或三分之二（U2是變壓器副邊電壓有效值）。</p><p><b>　　3.3.3濾波電路</b></p><p>　　濾波電路選用一個2200μF的大容量電解電容C1和一個0.1μF的小電容量滌綸CL11型電容C2并聯(lián)濾波，如圖3.6所示。理論上，在同一頻率下容量大的電容其容抗小，

52、這樣一大一小電容相并聯(lián)后其容量小的電容C2不起作用。但是，由于大容量的電容器存在感抗特性，等效為一個電容與一個電感串聯(lián)。在高頻情況下的阻抗反而大于低頻時的阻抗，小電容的容量小，在制造時可以克服電感性，幾乎不存在電感。在大電容C1上并聯(lián)一個小電容C2可以補償其在高頻下的不足。當電路的工作頻率比較低時，小電容不工作（容抗大相當于開路）。大電容的容量越大濾波效果越好。當電路的工作頻率比較高時（輸入信號的高頻干擾成分），大電容由于感抗大而處于開

53、路狀態(tài)。這時高頻干擾成分通過小電容流到底線，濾除各種高頻干擾成分。電路的輸出波形如3.7圖所示</p><p><b>　　3.3.4穩(wěn)壓電路</b></p><p>　　1、穩(wěn)壓電路選用三端集成直流穩(wěn)壓器，其電路連接方式一般如圖3.8所示。</p><p>　　圖3.8 三端集成直流穩(wěn)壓器</p><p>　　性能上，

54、常用的集成穩(wěn)壓器由三端固定式、三端可調(diào)式和開關(guān)式。以三端固定式為例，其正輸出為7800（后兩位代表輸出的額定穩(wěn)壓值，00是統(tǒng)稱）系列，負輸出為7900系列，常見的有05、06、08、09、12、15、18、24八種。一般要求最小的輸入、輸出電壓差（U1—U0）為2V~3V；輸出穩(wěn)壓的容差約為5%；最大輸出電流10max有0.1A（LM7812），0.3A（如78M12）和1.5A（如7812）等多種，部分器件的最大輸出電流可達2.2A；

55、其最大電壓UImax一般是7818檔以下為35V，7824檔為40V；電壓調(diào)整率SU一般為0.01%/V；輸出電阻R０小于0.1Ω；紋波抑制比SR一般為50dB；溫度系數(shù)ST一般為每度ImV~2.4mV。圖2.7中，引腳1為電壓變換的輸入端，引腳2為電壓變換后的輸出端，引腳3為接地端。電容Ci作用是改善紋波和抑制輸入的過電壓，一般取值為0.1μF。C0作用是改善負載的順態(tài)影響，一般可選取0.1μF的電容，當采用大電容量的電解電容時效果更

56、好。穩(wěn)壓電源的輸入輸出端要跨接一個二極管，以防止集成穩(wěn)壓器輸出調(diào)整管損壞。</p><p><b>　　2、穩(wěn)壓電路的設(shè)計</b></p><p>　　本設(shè)計是把幾個供電模塊集成到一個供電電源上，能夠同時提供固定輸出+5V（最大輸出電流0.3A）和固定輸出12V（最大輸出電流0.1A）的直流電數(shù)出。</p><p>　　輸出+5V：核心器件選用

57、LM7805三端集成穩(wěn)壓器，其輸出電壓為+5V，額定電流0.1A。當變壓器變壓后輸出6.3V交流電，經(jīng)整流橋，整流后輸出約6V電壓，濾波后有LM7805三端集成穩(wěn)壓電源處理，輸出+5V電壓，電流最大輸出為0.3A。</p><p>　　輸出12V：核心器件選用穩(wěn)壓器LM7812和LM7912，組合應(yīng)用這兩個穩(wěn)壓器件與一個硅整流橋相接，按圖2.8號電路就能輸出12V的電壓。組合用LM7812和LM7912時，公共輸

58、出接地端用的是變壓器輸出端口的12V并分別接入LM7812的接地引腳（GND）和LM7912的電壓輸入引腳（Vin）；硅整流橋的正、負輸出端口則分別接入LM7812的電壓輸入端（Vin）和LM7912的接地端；濾波電容用了兩個100μF首尾相接，連接處接公共輸出接地端。</p><p><b>　　圖3.9 穩(wěn)壓電路</b></p><p>　　3.3.5元器件選擇和

59、電路參數(shù)計算說明</p><p><b>　　變壓器的選擇</b></p><p>　?。?）確定副邊電壓U2：</p><p>　　根據(jù)性能指標要求：U0max=3V U0max=12V</p><p>　　又Ui—U0max（Ui—U0）min Ui—U0in（Ui—U0）max</p>

60、<p>　　其中：（Ui—U0）min=3V，（Ui—U0）max=40V</p><p>　　∴16VUi43 V</p><p>　　此范圍中可任選：Ui=14V=U01</p><p>　　根據(jù)U01=（1.1~1.2）U2</p><p>　　可得變壓的副邊電壓：</p><p>　?。?）確定變

61、壓器副邊電流I2</p><p><b>　　∵I01=I0</b></p><p>　　又副邊電流I2=（1.5~2）I01 取I2=I0max=200mA</p><p>　　則I2=1.5*0.2A=0.3A</p><p>　?。?）選擇變壓器的功率</p><p>　　變壓器的輸出

62、功率：P0>I2*U2=4.8W</p><p>　　2、選擇整流電路中的二極管</p><p>　　∵變壓器的副邊電壓U2=16V</p><p>　　∴橋式整流電路中的二極管承受的最高反向電壓為：16</p><p>　　橋式整流電路中二極管承受的最高平均電流為：0.3</p><p>　　查手冊選整流二極管

63、IN4001，其參數(shù)為：</p><p>　　反向擊穿電壓UBR=50V>16V,最大整流電流IF=IA>0.3A</p><p>　　3、濾波電路中濾波電容的選擇</p><p>　　濾波電容的大小可用式C=△Ui/(△t*I) 求得。</p><p><b>　?。?）求△Ui：</b></p>

64、;<p>　　根據(jù)穩(wěn)壓電路的穩(wěn)壓系數(shù)的定義：</p><p>　　設(shè)計要求△U05mV，Sr0.005，U0= -12V ~ +12V，Ui=16V</p><p>　　代入上式，則可求得△Ui=△U0/（U0*Sr）；</p><p>　?。?）濾波電容C，△t=0.01S</p><p>　　設(shè)定I0=I0max=1.2A&

65、lt;/p><p><b>　　則可求得C。</b></p><p>　　注意：因為大容量電解電容由一定的繞制電感分布電感，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)小容量電容用來抵消電感效應(yīng)，抑制高頻干擾。</p><p>　　§3.4 電路板的設(shè)計</p><p>　　原理圖設(shè)計是整個P

66、rotel99se工程的開始,是PCB文檔設(shè)計乃至最后制版的基礎(chǔ)。一般設(shè)計程序是:首先根據(jù)實際電路的復雜程度確定圖紙的大小,即建立工作平面；然后從元器件庫中取出所需元件放到工作面上,并給它們編號、對其封裝進行定義和設(shè)定；最后利用Protel99se提供的工具指令進行布線,將工作平面上的元器件用具有電氣意義的導線、符號連接起來,對整個電路進行信號完整性分析,確保整個電路無誤。</p><p>　　3.4.1電路板的

67、規(guī)劃</p><p>　　電路板規(guī)劃的主要目的是確定其工作層結(jié)構(gòu),包括信號層、內(nèi)部電源/接地層、機械層等。通過執(zhí)行菜單命令Design\Board Layers，在打開的對話框中可以控制各層的顯示與否，以及層的顏色等屬性設(shè)置。如果不是利用PCB向?qū)韯?chuàng)建一個電路板文件的話,就要自己定義PCB的形狀和尺寸。繪制時需單擊工作窗口底部的層標簽，再由Place\Keepout 命令來單獨定義。該操作步驟實際上就是在Kee

68、p Out Layer(禁止布線層)上用走線繪制出一個封閉的多邊形，而所繪多邊形的大小一般都可以看作是實際印制電路板的大小。</p><p>　　3.4.2 元器件的選擇</p><p>　　對元器件的選擇要嚴格遵循設(shè)計要求，在進行PCB設(shè)計之前，首先要準備好原理圖SCH的元件庫和PCB的元件庫。元件庫可以用peotel99se自帶的庫，當很難找到合適的，可以自己根據(jù)所選器件的標準尺寸資料

69、自己做元件庫。原則上先做PCB的元件庫，再做SCH的元件庫。PCB的元件庫要求較高，它直接影響板子的安裝；SCH的元件庫要求相對比較松，只要注意定義好管腳屬性和與PCB元件的對應(yīng)關(guān)系就行。</p><p>　　3.4.3 PCB電路板生成的流程</p><p><b>　　1、生成網(wǎng)絡(luò)表</b></p><p>　　在原理圖里面加好封裝，保存，

70、ERC檢查，生成元件清單檢查。生成網(wǎng)絡(luò)表。</p><p><b>　　2、建立PCB</b></p><p>　　選擇好公制，捕獲和可見刪格大小，設(shè)計好外框(向?qū)Щ蜃约寒?，然后放好固定孔的位置，大小(3.0mm的螺絲可以用3.5mm的內(nèi)孔焊盤，2.5的可以用3的內(nèi)孔)，邊緣的先改好焊盤，孔大小，位置固定。</p><p><b>

71、　　3、布局</b></p><p>　　調(diào)用網(wǎng)絡(luò)表，調(diào)入元件，修改部分焊盤大小，設(shè)置好布線規(guī)則，可以改變標號的大小，粗細，隱藏標稱值。然后先把需要特殊位置的元件放好并瑣定。然后根據(jù)功能模塊布局，(可以用SCH里面選擇過度到PCB里面選擇的方式)，一般不用X，Y進行元件的翻轉(zhuǎn)，而是用空格旋轉(zhuǎn)。對于一個功能模塊先放中心元件，或大元件，然后放旁邊的小元件，(比如集成塊先放，然后放直接和集成塊兩管腳直接相連

72、的元件，再放和集成塊一個管腳相連的元件，而且類似的元件盡量放在一起，比較美觀也要考慮后面連線的方便性)。當然一些特殊關(guān)系的元件先放，比如一些濾波電容和晶振等需要靠近某些元件的先放好。還有會干擾的元件先整體考慮要離遠點。高低壓模塊要間隔6.4mm以上。要注意留出散熱片，接插件，固定架的位置。一些不能布線的地方可以用FILL。還要考慮散熱，熱敏元件。電阻，二極管的放置方式：分為平放與豎放兩種：</p><p>　　(

73、1)平放：當電路元件數(shù)量不多，而且電路板尺寸較大的情況下，一般是采用平放較好;對于1/4W以下的電阻平放時，兩個焊盤間的距離一般取4/10英寸，1/2W的電阻平放時,兩焊盤的間距一般取5/10英寸；二極管平放時，1N400X系列整流管，一般取3/10英寸；1N540X系列整流管,一般取4～5/10英寸。</p><p>　　(2)豎放：當電路元件數(shù)較多，而且電路板尺寸不大的情況下，一般是采用豎放，豎放時兩個焊盤的

74、間距一般取1～2/10英寸。</p><p><b>　　4、布線：</b></p><p>　　先設(shè)置好規(guī)則里面的內(nèi)容，VCC，GND 大功率等大電流的線可以設(shè)置的寬點(0.5mm-1.5mm)，一般1mm可以通過1A的電流。對于大電壓的線間距可以設(shè)置大點，一 般1mm為1000V。設(shè)置好了，先布VCC，GND 等一些比較重要的線。注意各個模塊的區(qū)分。對單面板最好可

75、以加一些條線。加過孔，不一定橫平豎直，集成塊的焊盤間一般不走線，大電流的寬線可以在solder層畫上線，以便后面上錫；走線用45度角。</p><p><b>　　5、手工修改線：</b></p><p>　　修改一些線的寬度，轉(zhuǎn)角，補淚地或包焊盤(單面板必須做)，鋪銅，處理地線。</p><p><b>　　第四章 電路仿真<

76、/b></p><p><b>　　§4.1 測試要求</b></p><p>　　1、測試并記錄電路中各環(huán)節(jié)的輸出波形。</p><p>　　2、測試穩(wěn)壓電源輸出電壓的調(diào)整范圍及最大輸出電流。</p><p>　　固定輸出+5V時最大輸出電流0.3A和固定輸出12V時最大輸出電流0.1A的直流電輸出。&

77、lt;/p><p>　　3、測量輸出電阻R0。</p><p><b>　　4、測量穩(wěn)壓系數(shù)。</b></p><p>　　用改變輸入交流電壓的方法，模擬Ui的變化，測出對應(yīng)的輸出直流電壓的變化，則可算出穩(wěn)壓系數(shù)Sr。（注意：用調(diào)壓器使220V交流改變10%。即△Ui=44V）</p><p>　　5、用毫伏表可測量輸出直流

78、電壓中的交流紋波電壓大小，并用示波器觀察、記錄其波形。</p><p>　　6、分析測量結(jié)果，并討論提出改進意見。</p><p>　　§4.2 測試結(jié)果和計算結(jié)果分析</p><p>　　1、電壓輸出波形和紋波變化見仿真圖</p><p>　　圖4.1 輸入波形</p><p>　　圖4.2 經(jīng)過整流橋

79、波形</p><p>　　圖4.3 經(jīng)過濾波電路后的波形</p><p>　　圖4.4最終輸出波形</p><p>　　2、穩(wěn)壓系數(shù)Sr的理論值計算</p><p>　　Sr===0.003<0.005</p><p>　　§4.3 電路的誤差分析與改進</p><p>　　1

80、、綜合分析可以知道在測試電路的過程中可能帶來的誤差因素有：</p><p>　?、贉y得輸出電流時接觸點之間的微小電阻造成的誤差；</p><p>　?、陔娏鞅韮?nèi)阻串入回路造成的誤差；</p><p>　?、蹨y得紋波電壓時示波器造成的誤差；</p><p>　?、苁静ㄆ?，萬用表本身的準確度而造成的系統(tǒng)誤差；</p><p&g

81、t;　　2、可以通過以下的方法去改進此電路；</p><p>　　①減小接觸點的微小電阻；</p><p>　　②根據(jù)電流表的內(nèi)阻對測量結(jié)果可以進行修正；</p><p>　　③測得紋波時示波器采用手動同步；</p><p>　?、懿捎酶呔_度的儀器去檢測；</p><p>　?、莞鶕?jù)設(shè)計可添加可調(diào)電壓：Uo=+3V

82、～+9V所要求的性能指標，選擇集成三端穩(wěn)壓器。</p><p>　　因為要求輸出電壓可調(diào)，所以選擇三端可調(diào)式集成穩(wěn)壓器?？烧{(diào)式集成穩(wěn)壓器，常見主要有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)的負電壓，可調(diào)范圍為1.2V~37V，最大輸出電流I0max為1.5A。穩(wěn)壓內(nèi)部含有過流、過熱保護電路，具有安全可靠，性能優(yōu)良、不易損壞、使用方便等優(yōu)點。其

83、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4.5和圖4.6。</p><p><b>　　圖5典型電路</b></p><p>　　圖4.5 管腳圖 圖4.6 典型電路圖</p><p>　　圖4.7 3~9V輸出

84、直流穩(wěn)壓電路示意圖</p><p><b>　　輸出電壓表達式為:</b></p><p><b>　　U0=1.25</b></p><p>　　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，此電壓加于給電阻兩端，將產(chǎn)生一個恒定電流通過輸出電壓調(diào)節(jié)電位器，電阻常取值，</p><p>

85、;　　一般使用精密電位器，與其并聯(lián)的電容器C可進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10µF大電容放電倒灌入三端穩(wěn)壓器而被損壞。</p><p>　　LM317其特性參數(shù)：</p><p>　　輸出電壓可調(diào)范圍：1.2V～37V</p><p>　　輸出負載電流：1.5A</p><p>　　輸入與輸出工

86、作壓差ΔU=Ui-Uo：3～40V</p><p>　　能滿足設(shè)計要求,故選用LM317組成穩(wěn)壓電路。</p><p><b>　　第五章 設(shè)計體會 </b></p><p><b>　　§5.1 注意事項</b></p><p>　　焊接時要對各個功能模塊電路進行單個測試，需要時可設(shè)計一

87、些臨時電路用于調(diào)試。</p><p>　　測試電路時，必須要保證焊接正確，才能打開電源，以防元器件燒壞。</p><p>　　按原理圖焊接時必須要保證可靠接地。</p><p><b>　　§5.2 設(shè)計體會</b></p><p>　　通過本次設(shè)計，讓我們更進一步的了解到直流穩(wěn)壓電源的工作原理以及它的要求和性

88、能指標，也讓我們認識到在此次設(shè)計電路中所存在的問題；而通過不斷的努力去解決這些問題。在解決設(shè)計問題的同時自己也在其中有所收獲。我們這次設(shè)計的這個直流穩(wěn)壓電源電路；采用了電壓調(diào)整管和外加調(diào)整管來實現(xiàn)電壓的調(diào)整部分；而穩(wěn)流部分用可調(diào)式三端穩(wěn)壓電源管來實現(xiàn)。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 伍啟學.串聯(lián)型晶體管穩(wěn)壓電路. 成都： 家

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