簡(jiǎn)易直流穩(wěn)壓電源課程設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　簡(jiǎn)易直流穩(wěn)壓電源</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)要求</b></p><p><b>　　輸出電壓12V</b></p><p><b>　　輸出電流400mA</b></p><p>　　輸出電壓數(shù)字顯示，顯示精度

2、優(yōu)于0.1％</p><p>　　輸出電壓在0～12V之間連續(xù)可調(diào) </p><p>　　引言：隨著人們生活水平的不斷提高,數(shù)字化控制無疑是人們追求的目標(biāo)之一,它所給人帶來的方便也是不可否定的,其中數(shù)控直流穩(wěn)壓電源就是一個(gè)很好的典型例子,但人們對(duì)它的要求也越來越高,要為現(xiàn)代人工作、科研，生活、提供更好的，更方便的設(shè)施就需要從數(shù)字電子技術(shù)入手，一切向數(shù)字化，智能化方向發(fā)展.</p>

3、;<p><b>　　題目分析</b></p><p>　　因總體設(shè)計(jì)分為兩部分，即直流穩(wěn)壓電源部分和輸出電壓數(shù)字顯示部分，最后再將兩部分組合，故分別進(jìn)行分析與論證。</p><p>　　(1) 直流穩(wěn)壓電源部分：</p><p>　　1．首先對(duì)變壓器部分進(jìn)行選擇</p><p>　　方案一：采用帶中心抽頭

4、的變壓器。</p><p>　　電路如圖一所示，顯然該電路只能輸出+12v的電壓，而設(shè)計(jì)要求同時(shí)輸出+12v和-12v電壓，在后續(xù)的數(shù)字顯示電路中還需要+5v的電壓為芯片供電，因此選用此電路并不合適。</p><p><b>　　圖表 1</b></p><p>　　方案二：不帶中心抽頭的變壓器。</p><p>　　此

5、時(shí)只用一個(gè)橋式整流電路，電路較前一種簡(jiǎn)單，而且輸出12V電壓，同時(shí)可以得到+5V電壓，其基本原理如圖二所示：</p><p><b>　　圖表 2</b></p><p>　　注：由于仿真時(shí)沒有變比可調(diào)的變壓器，因此直接用一17v交流電壓源代替變壓器，實(shí)際中應(yīng)為一變壓器。</p><p>　　方案三：同樣是帶中心抽頭的變壓器.</p>

6、;<p>　　其電路原理圖如圖三所示</p><p><b>　　圖表 3</b></p><p>　　此電路較前兩個(gè)方案要復(fù)雜一些，用到了兩個(gè)橋式整流電路，對(duì)應(yīng)分別輸出+5v電壓和12V電壓，滿足設(shè)計(jì)要求，但成本相對(duì)較高。</p><p>　　方案選擇：綜合評(píng)定三種方案可知，方案二電路簡(jiǎn)單易于實(shí)現(xiàn)，而采用帶中心抽頭的電路復(fù)雜，所

7、需變壓器容量大，功耗大，因此采用不帶中心抽頭的變壓器作為交流-交流變壓部分。</p><p>　　2．整流電路部分的選擇與論證：</p><p>　　方案一：橋式整流電路。電路圖如圖四所示</p><p><b>　　圖表 4</b></p><p>　　橋式整流電路是使用最多的一種整流電路。這種電路，只要增加兩只二極管

8、口連接成"橋"式結(jié)構(gòu)，便具有全波整流電路的優(yōu)點(diǎn)，而同時(shí)在一定程度上克服了它的缺點(diǎn)。橋式整流電路是利用四個(gè)二極管制作成一個(gè)整體，引出四個(gè)腳，兩個(gè)作為交流電源輸入端，另兩個(gè)作為輸出端。</p><p>　　方案選擇：通過比較可知，半波整流電路簡(jiǎn)單，易于聯(lián)接，但輸出脈動(dòng)大。而橋式整流電路在實(shí)際中應(yīng)用較多，變壓器負(fù)極線圈在一周內(nèi)均有電流通過。采用橋式整流電路比較好。</p><p&

9、gt;　　3濾波電路方案選擇 ：濾波電路常用于濾去整流輸出電壓中的紋波，一般由電抗元件組成，如在負(fù)載電阻兩端并聯(lián)電容器C，或與負(fù)載串聯(lián)電感器L，以及由電容，電感組成而成的各種復(fù)式濾波電路。由于電抗元件在電路中有儲(chǔ)能作用，并聯(lián)的電容器C在電源供給的電壓升高時(shí)，能把部分能量?jī)?chǔ)存起來，而當(dāng)電源電壓降低時(shí)，就把能量釋放出來，使負(fù)載電壓比較平滑，即電容C具有平波的作用；與負(fù)載串聯(lián)的電感L,當(dāng)電源供給的電流增加時(shí)，它把能量?jī)?chǔ)存起來，而當(dāng)電流減小時(shí)，

10、又把能量釋放出來，使負(fù)載電流比較平滑，即電感L也有平波作用。</p><p>　　方案選擇：電感濾波輸出電流較為平滑，同時(shí)電感負(fù)載有延長(zhǎng)整流二極管導(dǎo)通角的趨勢(shì)，因此輸出電流比較平滑，避免了過大的沖擊電流。但電感濾波后輸出電壓較低。濾波電路結(jié)合了電容濾波和電感濾波的優(yōu)點(diǎn)，但電路較復(fù)雜，參數(shù)選擇比較困難。電容濾波電路輸出電壓與時(shí)間常數(shù)的大小有關(guān)，因此電容濾波電路適合在大負(fù)載場(chǎng)合下運(yùn)用。在濾波電容的容量較大的情況下，電

11、路剛接通的瞬間，整流二極管將承受很大的浪涌電流，很可能因過流而燒毀，因此，在選用二極管時(shí)，應(yīng)注意挑選電流大一點(diǎn)的，最好采用比鍺管更經(jīng)得起電流沖擊的硅管。還可以采取一些保護(hù)整流二極管的措施，使通過整流二極管的最大電流不超過規(guī)定的浪涌電流。同時(shí)，電容濾波電路的外特性比較軟。綜合分析此次設(shè)計(jì)采用電容濾波電路。</p><p>　　4穩(wěn)壓電路部分方案選擇：</p><p>　　本次設(shè)計(jì)選擇集成三端

12、穩(wěn)壓器LM7812,LM7912,LM7805為了滿足穩(wěn)壓電源最大輸出電流400mA的要求,可調(diào)穩(wěn)壓電路選用集成三端穩(wěn)壓器LM7805組成,該電路的優(yōu)點(diǎn)是電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，輸出電壓穩(wěn)定，可同時(shí)輸出+12v，-12v以及+5v電壓?？勺鳛檩o助電源在后續(xù)電路中使用。該電路缺點(diǎn)是輸出電壓不可調(diào)。這也就決定了數(shù)字顯示電路的選擇。</p><p>　　輸出電壓數(shù)字顯示部分：</p><p>　　方案一：

13、采用模數(shù)轉(zhuǎn)換電路。</p><p>　　可以采用ADC0809將模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。ADC0809是采樣頻率為8位的、以逐次逼近原理進(jìn)行?！獢?shù)轉(zhuǎn)換的器件。其內(nèi)部有一個(gè)8通道多路開關(guān)，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號(hào)，只選通8個(gè)單斷模擬輸入信號(hào)中的一個(gè)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。其精度可精確到(1/255)*12=0.05V。但是需要模擬輸出電壓連續(xù)變化，而本設(shè)計(jì)的直流穩(wěn)壓電源輸出是恒定的12V及+5v，必須通過其他方

14、法解決。</p><p>　　方案二：采用數(shù)模轉(zhuǎn)換電路。</p><p>　　通過 “+”, -”按鍵控制調(diào)節(jié)輸出電壓變化，同時(shí)顯示電壓值，本次設(shè)計(jì)選用此方案。</p><p><b>　　總體方案設(shè)計(jì)及計(jì)算</b></p><p><b>　　.總體設(shè)計(jì)方案：</b></p><

15、;p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)要求, 數(shù)控直流穩(wěn)壓電源的工作原理框圖如圖七所示.主要包括三大部分: 數(shù)字控部分、D/A 變換器及可調(diào)穩(wěn)壓電源. 數(shù)字控制部分用+、- 按鍵控制一個(gè)可逆二進(jìn)制計(jì)數(shù)器, 二進(jìn)制計(jì)數(shù)器的輸出輸入到D/A 變換器, 經(jīng)D/A 變換器轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓,此電壓經(jīng)過放大到合適的電壓值后, 去控制穩(wěn)壓電源的輸出, 使穩(wěn)壓電源的輸出電壓以0.1V 的步進(jìn)值增和減。</p><p><b>　

16、　圖表 7</b></p><p>　　直流穩(wěn)壓電源部分電路設(shè)計(jì)及計(jì)算</p><p>　　橋式整流、電容濾波電路計(jì)算。為了方便穩(wěn)壓電源能夠正常工作, 濾波電路的輸出電壓應(yīng)滿足下式:</p><p>　　UI≥Uomax+( UI- UO)min+URIP+ΔUI</p><p>　　式中, Uomax—穩(wěn)壓電源輸出最大值<

17、/p><p><b>　　Uomax=12v</b></p><p>　　( UI- UO)min—集成穩(wěn)壓器輸入輸出最小電壓差，對(duì)于集成三端穩(wěn)壓器, 當(dāng)( UI- UO) min =2～10V 時(shí)具有較好的穩(wěn)壓輸出特性.</p><p>　　( UI- UO)min=3v</p><p>　　URIP—濾波器輸出電壓的紋波

18、電壓值( 一般取UO,( UI- UO) min 之和的10%)</p><p>　　URIP =（12+3）×0.1=1.5v</p><p>　　ΔUI—電網(wǎng)波動(dòng)引起的輸入電壓的變化( 一般取UO,( UI- UO) min, URIP 之和的10%) . ΔUI=（12+1.5+3）×0.1=1.65v 所以</p><p>　　UI≥12

19、+3+1.5+1.65≥19( V)</p><p>　　取UI =19V.根據(jù)UI 可確定變壓器次級(jí)電U2.</p><p>　　U2=UI/(1.1～1.2)=19 /1.1≈17V</p><p>　　在橋式整流電路中, 變壓器次級(jí)電流與濾波器輸出電流的關(guān)系為: </p><p>　　I2 =( 1.5～2) I1≈1.5x0.4=0.

20、6A.</p><p>　　流過橋式電路中每只二極管的電流為ID=0.5IImax=0.5I0max=0.5×0.4 = 0.2(A).每只整流二極管承受的最大反向電壓為URM=1.414U2max= 1.414×17×(1+10%)≈26 (V). 選用二極管IN4001, 其參數(shù)為: ID=1A,URM=100V.可見能滿足要求.</p><p>　　一般

21、濾波電路的設(shè)計(jì)原則是, 取其放電時(shí)間常數(shù)RLC 是其充電時(shí)間常數(shù)的2～5 倍. 對(duì)于橋式整流電路,濾波容C的充電周期等于交流電源周期的一半, </p><p>　　即RLC≥( 2～5)T/2=( 2～5) /2f,</p><p>　　由于ω=2πf, 故ωRLC≥( 2～5) π, 取ωRLC=3Π, 且RL=UI/II, 則C=3ΠII

22、 /2IIf UI=3I×0.5/(2×50×19) =632uF, 取C=1000 uF.電容耐壓值應(yīng)考率電網(wǎng)電壓最高、負(fù)載電流最小時(shí)的情況</p><p>　　.VCmax =1.1×1.414U2max≈26 (V),</p><p>　　綜合考慮濾波電容可選擇C=1000 uF, 50V 的電解電容。</p><p>

23、　　(二) .穩(wěn)壓電路計(jì)算。</p><p>　　由于輸出電壓為12V以及+5v,因此只需選取三端集成穩(wěn)壓器LM7812，LM7805和輸出負(fù)電壓的LM7912。電路圖如下</p><p><b>　　圖表 8</b></p><p><b>　　結(jié)果分析與存在問題</b></p><p>　　本次

24、設(shè)計(jì)的直流穩(wěn)壓電源基本滿足設(shè)計(jì)要求，但也存在一些問題，以下作簡(jiǎn)要分析。</p><p>　　1直流穩(wěn)壓電源可以輸出穩(wěn)定的12V電壓，但是不可以調(diào)整輸出電壓值大小，因此想直接利用數(shù)模轉(zhuǎn)換器顯示可調(diào)連續(xù)電壓比較困難，因而造成了后面的數(shù)顯電路復(fù)雜?？梢詫?duì)該電路稍作改進(jìn)，使輸出電壓連續(xù)可調(diào)，就可以簡(jiǎn)化顯示電路。</p><p>　　2對(duì)各種元件的了解程度還不夠，雖然查閱了很多資料，對(duì)于一些功能和管

25、腳的應(yīng)用還不清楚。</p><p><b>　　收獲與體會(huì)</b></p><p>　　本次課程設(shè)計(jì)我收獲頗豐，一方面是對(duì)所有電子知識(shí)的綜合與應(yīng)用，另一方面對(duì)一些應(yīng)用軟件諸如MULTISIM,WORD,PPT等軟件有了一定了解和實(shí)際應(yīng)用的機(jī)會(huì)，我選的設(shè)計(jì)課題是模數(shù)電結(jié)合的課題，課程設(shè)計(jì)雖然很難，但也充滿了樂趣與挑戰(zhàn)。</p><p>　　剛拿到

26、課題的時(shí)候就趕緊查閱資料，了解一下課程設(shè)計(jì)的大概流程。首先想到的就是課本，數(shù)電，模電，微機(jī)，找到了一些可以利用的芯片。但是書上只是介紹了一下芯片的原理和簡(jiǎn)單的應(yīng)用，要想應(yīng)用到設(shè)計(jì)當(dāng)中還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。于是我又到網(wǎng)上和圖書館查閱了一些資料，找到了一些設(shè)計(jì)范例，對(duì)于芯片的應(yīng)用部分也有了進(jìn)一步了解，才對(duì)總體電路有了一個(gè)初步的構(gòu)想。開始清楚要先做什么,怎樣一步步的完成設(shè)計(jì)的各個(gè)部分。準(zhǔn)備工作做完就開始正式設(shè)計(jì)與方案選擇。本次設(shè)計(jì)最大的特點(diǎn)就是各部

27、分電路分得很清出，模電部分，數(shù)電部分，其中數(shù)電部分又分為好幾塊。因此在方案論證與選擇的時(shí)候要一步一步來，使我對(duì)各部分的電路原理有了一個(gè)系統(tǒng)的復(fù)習(xí)與應(yīng)用，最后再來一個(gè)大綜合。這次設(shè)計(jì)讓我熟練掌握了課本上的一些理論知識(shí)，例如元件的選擇,之前在書本上看的各元器件有什么特性,有什么優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn),設(shè)計(jì)中得以將這些知識(shí)用于實(shí)踐。在選擇器件的時(shí)候,都充分考慮周全,根據(jù)電路所要達(dá)到的功能狀態(tài)和可實(shí)性來選擇器件。這次課程設(shè)計(jì)鍛煉了我各方面的能力，包括綜合運(yùn)用

28、所學(xué)知識(shí)，如何合理的查找資料，利用資料的能力。</p><p>　　兩個(gè)星期的時(shí)間讓我明白，學(xué)是一回事，應(yīng)用是另一回事，要把所學(xué)知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際生活中并不是想象中那么簡(jiǎn)單，必須要自己親身去體會(huì)去做，才會(huì)發(fā)現(xiàn)問題，想辦法去解決。書本上的知識(shí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，一定要學(xué)會(huì)查資料，利用資料，才能有更廣闊的思路與解決問題的方法。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p&

29、gt;<p>　　[1]林濤.《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》.北京:清華大學(xué)出版社,2006</p><p>　　[2]馮博琴，吳寧.《微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)》.北京：清華大學(xué)出版社，2007</p><p>　　[3]林濤.《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》.重慶大學(xué)出版社，2003</p><p>　　[4]趙學(xué)泉,張國(guó)華.《電源電路》.北京:電子工業(yè)出版社,1995.

30、</p><p>　　[5]畢滿清.《電子技術(shù)試驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)(第三版)》.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2005.</p><p>　　[6]謝自美.電子線路設(shè)計(jì)·實(shí)驗(yàn)·測(cè)試.武漢:華中理工大學(xué)出版社,2006.</p><p>　　[7]康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)—模擬部分( 第五版) .北京:高等教育出版社,2005.</p><p&g

31、t;　　[8]黃智偉.全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽技能訓(xùn)練.北京:北京航天航空大學(xué)出版社,2007.2</p><p><b>　　實(shí)驗(yàn)綱要</b></p><p><b>　　一．設(shè)計(jì)題目</b></p><p><b>　　二．設(shè)計(jì)要求</b></p><p><b>

32、　　三．題目分析</b></p><p><b>　　四．整體構(gòu)思</b></p><p>　　五．具體實(shí)現(xiàn)：畫出總體方框圖和原理圖并給出說明。</p><p>　　六．各部分定性說明以及定量計(jì)算</p><p>　　七．在實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)過程中遇到的問題及排除措施</p><p><