直流穩(wěn)壓電源課程設(shè)計3

1、<p>　　<電子技術(shù)課程設(shè)計></p><p>　　直流穩(wěn)壓電源課程設(shè)計任務(wù)書一：設(shè)計任務(wù)及要求：</p><p><b>　　1. 設(shè)計任務(wù)</b></p><p>　　設(shè)計一集成直流穩(wěn)壓電源，滿足：</p><p>　?。?）當輸入電壓在220V交流時，輸出直流電壓為6V。</p>

2、<p>　?。?）輸出紋波電壓小于5mv，穩(wěn)壓系數(shù)<=0.01；</p><p>　　（3）具有短路保護功能。</p><p>　　(4) 最大輸出電流為:Imax＝1.0A;</p><p>　　2.通過集成直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計，要求學會：</p><p>　　（1）選擇變壓器、整流二極管、濾波電容及集成穩(wěn)壓器來設(shè)計直流穩(wěn)

3、壓電源。</p><p>　?。?）掌握直流穩(wěn)壓電源的調(diào)試及主要技術(shù)指標的測試方法。</p><p><b>　　3．設(shè)計要求</b></p><p>　?。?） 電源變壓器只做選擇性設(shè)計；</p><p>　　（2） 合理選擇集成穩(wěn)壓器；</p><p>　　（3） 完成全電路理論設(shè)計、繪制電路

4、圖；</p><p>　?。?）撰寫設(shè)計報告。</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　一.設(shè)計任務(wù)及要求：</p><p><b>　　二.基本原理與分析</b></p><p><b>　　三.三端集成穩(wěn)壓器</b></p

5、><p>　　四.穩(wěn)壓電源的技術(shù)指標及對穩(wěn)壓電源的要求</p><p>　　五.集成電路選用時應(yīng)注意的問題</p><p>　　六.參數(shù)性能指標及測試方法</p><p><b>　　七.心得體會</b></p><p><b>　　八.參考文獻</b></p>&

6、lt;p><b>　　附：部分</b></p><p><b>　　二、原理與分析</b></p><p>　　1．直流穩(wěn)壓電源的基本原理</p><p>　　直流穩(wěn)壓電源一般由電源變壓器T、整流濾波電路及穩(wěn)壓電路所組成，基本框圖如下。各部分的作用：</p><p>　?。?）電源變壓器T的作

7、用是將電網(wǎng)220V的交流電壓變換成整流濾波電路所需要的交流電壓Ui。變壓器副邊與原邊的功率比為P2/ P1=η，式中η是變壓器的效率。</p><p>　?。?）整流濾波電路：整流電路將交流電壓Ui變換成脈動的直流電壓。再經(jīng)濾波電路濾除較大的紋波成分，輸出紋波較小的直流電壓U1。常用的整流濾波電路有全波整流濾波、橋式整流濾波等。</p><p>　　各濾波電容C滿足RL-C＝（3~5）T/

8、2，或中T為輸入交流信號周期，RL為整流濾波電路的等效負載電阻。</p><p>　　（3）三端集成穩(wěn)壓器：常用的集成穩(wěn)壓器有固定式三端穩(wěn)壓器與可調(diào)式三端穩(wěn)壓器。常用可調(diào)式正壓集成穩(wěn)壓器有CW317（LM317）系列，它們的輸出電壓從1.25V－37伏可調(diào)，最簡的電路外接元件只需一個固定電阻和一只電位器。其芯片內(nèi)有過渡、過熱和安全工作區(qū)保護，最大輸出電流為1.5A。其典型電路如圖2，其中電阻R1與電位器R2組成輸

9、出電壓調(diào)節(jié)器，輸出電壓Uo的表達式為：Uo＝1.25（1＋R2/R1）</p><p>　　式中R1一般取120－240歐姆，輸出端與調(diào)整端的壓差為穩(wěn)壓器的基準電壓（典型值為1.25V）。</p><p>　　2．穩(wěn)壓電流的性能指標及測試方法 </p><p>　　穩(wěn)壓電源的技術(shù)指標分為兩種：一種是特性指標，包括允許輸入電壓、輸出電壓、輸出電流及輸出電壓調(diào)節(jié)范圍等；

10、另一種是質(zhì)量指標，用來衡量輸出直流電壓的穩(wěn)定程度，包括穩(wěn)壓系數(shù)（或電壓調(diào)整率）、輸出電阻（或電流調(diào)整率）、紋波電壓（紋波系數(shù)）及溫度系數(shù)。測試電路如圖3。</p><p>　　圖3 穩(wěn)壓電源性能指標測試電路</p><p>　?。?） 紋波電壓：疊加在輸出電壓上的交流電壓分量。用示波器觀測其峰峰值一般為毫伏量級。也可用交流毫伏表測量其有效值，但因紋波不是正弦波，所以有一定的誤差。</

11、p><p>　　（2）穩(wěn)壓系數(shù)：在負載電流、環(huán)境溫度不變的情況下，輸入電壓的相對變化引起輸出電壓的相對變化，即：</p><p>　?。?） 電壓調(diào)整率：輸入電壓相對變化為±10%時的輸出電壓相對變化量，穩(wěn)壓系數(shù)和電壓調(diào)整率均說明輸入電壓變化對輸出電壓的影響，因此只需測試其中之一即可。</p><p>　　（4） 輸出電阻及電流調(diào)整率</p>&

12、lt;p>　　輸出電阻與放大器的輸出電阻相同，其值為當輸入電壓不變時，輸出電壓變化量與輸出電流變化量之比的絕對值.電流調(diào)整率：輸出電流從0變到最大值時所產(chǎn)生的輸出電壓相對變化值。輸出電阻和電流調(diào)整率均說明負載電流變化對輸出電壓的影響，因此也只需測試其中之一即可。</p><p>　　直流穩(wěn)壓電源設(shè)計 (未經(jīng)整理僅供參考)</p><p><b>　　直流穩(wěn)壓電源設(shè)計<

13、/b></p><p>　　一. 設(shè)計任務(wù)與設(shè)計的基本要求：</p><p>　　(1).直流穩(wěn)壓電源的任務(wù)：</p><p>　　利用所學的知識設(shè)計并制作交流變換為直流的穩(wěn)壓電源．</p><p>　　(2)直流穩(wěn)壓電源的基本要求：</p><p>　　A．穩(wěn)壓電源 在輸入電壓為220V．50HZ.

14、 電壓變化范圍為+10%~-10%條件下：</p><p>　　a. 輸出電壓可調(diào)范圍為：+9V~+12V;</p><p>　　b. 最大輸出電流為:Imax＝1.5A;</p><p>　　c. 電壓調(diào)整率≤0.2%(輸入電壓220V變化范圍+10%~-10%下，滿載)；</p><p>　　d.

15、 負載調(diào)整率≤2%(最低輸入電壓下，空載到滿載)；</p><p>　　e. 紋波電壓(峰-峰值) ≤5mV(最低輸入電壓下，滿載);</p><p>　　f. 效率≥40%(輸出電壓為+9V，輸入電壓為220V下，滿載);</p><p>　　g. 具有過流保護及短路保護功能;</p>&l

16、t;p>　　B. 穩(wěn)流電源 在輸入電壓固定為直流+12V的條件下；</p><p>　　a. 輸出電流為：4~20mA可調(diào)；</p><p>　　b. 負載調(diào)整率≤2%(輸入電壓+12V，負載電阻由200Ω~300Ω變化時，輸出電流為20mA時的相對變化率);</p><p>　　C. DC-DC變換器 在輸入電壓為+9V~

17、+12V條件下：</p><p>　　a. 輸出電壓為+100V，輸出電流為10mA;</p><p>　　b. 電壓調(diào)整率≤2%(輸入電壓變化范圍+9V~+12V)；</p><p>　　c. 負載調(diào)整率≤2%(輸入電壓+12V下，空載到滿載);</p><p>　　d.

18、 紋波電壓(峰-峰值) ≤100mA(輸入電壓+9V下，滿載);</p><p>　　注：以下是本電路的發(fā)揮部分：</p><p><b>　　(1)擴充功能：</b></p><p>　　a. 排除短路故障后，自動恢復(fù)為正常狀態(tài)； b. 過熱保護；</p><p>　　c. 防止開, 關(guān)機時產(chǎn)生的”過沖”；</p

19、><p>　　(2)提高穩(wěn)壓電源的技術(shù)指標；</p><p>　　a. 提高穩(wěn)壓調(diào)整率和負載調(diào)整率；</p><p>　　b. 擴大輸出電壓調(diào)節(jié)范圍和提高最大輸出電流值．</p><p>　　(3)改善DC-DC變換器的性能；</p><p>　　a. 提高效率(在100V, 10

20、0mA下測試);</p><p>　　b. 提高輸出電壓．</p><p>　　(4)用數(shù)字顯示輸出電壓和輸出電流．</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本系統(tǒng)穩(wěn)壓電源部分采用電壓調(diào)整器uA723外加調(diào)整管2SC3280實現(xiàn)此功能，再通過單片機MCS-51(89C51)來起控制

21、電路，實現(xiàn)了擴充多種功能．穩(wěn)流部分采用了三端穩(wěn)壓調(diào)整器LM317T實現(xiàn)．DC-DC變換器采用了兩片PFM控制芯片MAX770來實現(xiàn)，使輸出電壓提高到+100V，輸出電流最大可以達到100mA．電壓調(diào)整，負載調(diào)整率及紋波電壓均優(yōu)于指標要求．可以說本系統(tǒng)比其它同類產(chǎn)品要好的多．</p><p><b>　　二．方案論證與比較</b></p><p><b>　　

22、1．穩(wěn)壓電源部分</b></p><p>　　方案一：簡單的并聯(lián)型穩(wěn)壓電源；</p><p>　　并聯(lián)型穩(wěn)壓電源的調(diào)整元件與負載并聯(lián)，因而具有極低的輸出電阻，動態(tài)特性好，電路簡單，并具有自動保護功能；負載短路時調(diào)整管截止，可靠性高，但效率低,尤其是在小電流時調(diào)整管需承受很大的電流，損耗過大，因而不能采用此方案．</p><p>　　方案二：輸出可調(diào)的開關(guān)

23、電源；</p><p>　　開關(guān)電源的功能元件工作在開關(guān)狀態(tài)，因而效率高，輸出功率大；且容易實現(xiàn)短路保護與過流保護，但是電路比較復(fù)雜，設(shè)計繁瑣，在低輸出電壓時開關(guān)頻率低，紋波大，穩(wěn)定度極差，因而也不能采用此方案．</p><p>　　方案三：由uA723組成的零伏起調(diào)電源；</p><p>　　uA723內(nèi)部設(shè)有高精度基準電壓源和高增益的放大器，外圍電路比較簡單，電

24、壓穩(wěn)定度也比較高，其典型電壓調(diào)整率為0.01%，負載調(diào)整率為0.03%，且熱穩(wěn)定性好，輸出噪聲也很小，還內(nèi)設(shè)有過電流控制電路，使用安全可靠，具有較高的性價比，為首選方案，所以此方案為必選題．</p><p><b>　　2．穩(wěn)流電源部分</b></p><p>　　方案一: 采用7805三端穩(wěn)壓器電源;</p><p>　　固定式三端穩(wěn)壓電源(

25、7805)是由輸出腳Vo,輸入腳Vi和接地腳GND組成,它的穩(wěn)壓值為+5V,它屬于CW78xx系列的穩(wěn)壓器,輸入端接電容可以進一步的濾波,輸出端也要接電容可以改善負載的瞬間影響,此電路的穩(wěn)定性也比較好,只是采用的電容必須要漏電流要小的鉭電容,如果采用電解電容,則電容量要比其它的數(shù)值要增加10倍,但是它不可以調(diào)整輸出的直流電源;所以此方案不易采用.</p><p>　　方案二:采用LM317可調(diào)式三端穩(wěn)壓器電源;&

26、lt;/p><p>　　LM317可調(diào)式三端穩(wěn)壓器電源能夠連續(xù)輸出可調(diào)的直流電壓. </p><p>　　不過它只能連續(xù)可調(diào)的正電壓,穩(wěn)壓器內(nèi)部含有過流,過熱保護電路;由一個電阻(R)和一個可變電位器(RP)組成電壓輸出調(diào)節(jié)電路,輸出電壓為:Vo=1.25(1+RP/R).由此可見此穩(wěn)壓器的性能和穩(wěn)壓穩(wěn)定都比上一個三端穩(wěn)壓電源要好,所以此此方案可選,此電源就選用了LM317三端穩(wěn)壓電源,也就是

27、方案二.</p><p>　　3.DC-DC變換部分;</p><p>　　方案一:用正弦信號(幾十赫茲以下)驅(qū)動硅鋼型互感耦合變壓器,經(jīng)整流濾波后輸出.由于硅鋼的磁滯特性,這種電源的開關(guān)頻率不算高,易出現(xiàn)磁飽和,因而不利于制作高效率的開關(guān)電源.</p><p>　　方案二:采用高頻磁芯和開關(guān)特性好的VMOS管的PFM或PWM型開關(guān)電源,負載調(diào)整特性好,效率高,性能

28、優(yōu)良,但制作調(diào)試復(fù)雜,所以此方案也不于采納,</p><p>　　方案三:采用充電泵型變換器,該類電源以電容代替電感作貯能元件,為一個或多個電容供電.該類電源的最大特點是元件易得,體積小,電路比較簡單,無電感;但由于對充電泵的要求嚴格,不適合于工作在大負載條件下,因而在大多數(shù)電源中沒有被廣泛使用.</p><p>　　綜合考慮效率,輸出功率,輸入輸出電壓,負載調(diào)整率,紋波系數(shù),本設(shè)計選用方

29、案二.考慮到PWM對磁性元件,開關(guān)元件特性的要求較低,因而較易實現(xiàn).對于效率和紋波的要求可以通過仔細調(diào)整磁性元件的參數(shù)(L,Q,M等)使其工作在最佳狀態(tài),所以我們在選擇方案的時候考慮到電路要簡單,元件要容易找,還有在電路設(shè)計的時候避免遇到某些不必要的問題,所以我們選擇了上述的方案中的第二個方案;第二個方案就能夠達到我們的要求,的所以方案二我們采用了,利用開關(guān)特性和負載調(diào)整特性好及效率高,性能優(yōu)良,而采用了它.(方案二)</p>

30、;<p>　　三.直流穩(wěn)壓電源電路的方框圖如下:</p><p>　　220V電源部分---變壓部分---整流濾波部分---穩(wěn)壓電源穩(wěn)流電源部分---+9V^+12V</p><p><b>　　直流穩(wěn)壓電源方框圖</b></p><p>　　四.電路原理及各部的分離電路;</p><p><b>

31、;　　1.穩(wěn)壓電路部分;</b></p><p>　　采用精密電壓調(diào)整器uA723,外加大功率調(diào)整管以提供大電流輸出.uA723的特點如下:</p><p>　　①無外接調(diào)整管時最大輸出電流為:I=150mA;</p><p>　?、谕饨诱{(diào)整管時,輸出電流最大可達到12A以上;</p><p>　?、圩畲筝斎腚妷簽?Vmax=40

32、V;</p><p>　?、茌敵鲭妷嚎烧{(diào)整范圍為: +9V~+12V;</p><p>　　具體的電路圖如下圖所示:</p><p>　　電源變壓器的效率如下所示:(小型變壓器)</p><p>　　副邊功率P2/vA <1010^30 30^80 80^200</p><p>　　效率 η 0

33、.6 0.7 0.8 0.85</p><p>　　由uA723的特性可知:要使電路實現(xiàn)零伏起調(diào),uA723的7腳至少要獲得-2V的附加電壓,本方案不采用多抽頭的變壓器,該-2V電壓可通過由電容C1,C2和二極管D1,D2組成的倍壓電路獲得.其輸出電壓由電阻R1和齊納二極管Z1固定-5.6V</p><p>　　,使uA723中的差分放大器在輸出電壓為0時仍能工作

34、,主要的正電壓通過整流橋和濾波電容C3從變壓器獲得.uA723的供電電壓由齊納二極管Z2固定在33V,以防止超過其極限電壓值(40V).由BG2,BG3組成的達林頓管將輸出電流提高到超過1A的范圍.</p><p>　　在12腳和3腳間加0.6V的電壓可調(diào)節(jié)極限電流值,該電壓是電阻R9和電位器VR3是壓降的總和,VR3的壓降是VR3的電阻值與晶體管三極管BG1的集電極電流值的乘積,極限電流值可以通過電位器VR3連

35、續(xù)調(diào)節(jié).</p><p>　　輸出電壓由電位器VR2進行線性調(diào)節(jié),電位器VR1用于調(diào)節(jié)零輸出電壓.</p><p>　　本設(shè)計還通過單片來實現(xiàn)了短路過流保護,過熱保護,具體的電路圖如下:</p><p>　　過熱保護:溫度開關(guān)KT一端通過一個上拉電阻接正電源,另一端接地,當溫度過高時開關(guān)斷開,產(chǎn)生一個零電平跳變送給單片來進行處理.</p><p&

36、gt;　　過流檢測和短路保護原理:采用單片機MCS-51(89C51)對輸出電流進行周期性的檢測,可以方便地實現(xiàn)短路保護及短路故障排除后自恢復(fù)的所有功能.過流或短路時,檢測電路向單片P1口發(fā)出報警信號,單片證實后啟動它的保護電路,經(jīng)過短時間延時后繼續(xù)查詢P1口上的內(nèi)容,如無報警信號,則電路又恢復(fù)到正常狀態(tài).</p><p>　　過熱保護,發(fā)聲報警等功能也直接由單片機(89C51)來實現(xiàn)控制.</p>

37、<p><b>　　2.穩(wěn)流電源部分;</b></p><p>　　LM317是三端可調(diào)式正電壓調(diào)整器,正常工作時在其調(diào)整端與輸出端之間有一個高穩(wěn)定度的1.25V電壓,利用該電壓即可以獲得可調(diào)的電流輸出.實際中, </p><p>　　LM317輸出端與電位器之間串接了一個10Ω/1W的電阻,使最大電流限制在125mA左右,以免發(fā)生過流現(xiàn)象.</p&

38、gt;<p>　　具體的電路圖如下所示:</p><p>　　3.DC-DC變換部分;</p><p>　　DC-DC變換器的核心部件是兩片升壓開關(guān)調(diào)節(jié)器MAX770,MAX770結(jié)合了PFM低的吸取電流和PWM大功率應(yīng)用下效率高的特點,能比以往的PWM器件提供更大的電流.</p><p>　　MAX770有以下的特點:</p><

39、p>　　①開關(guān)頻率較高(300KHZ),減小了電感的尺寸;</p><p>　?、谠谳^寬輸出電流范圍內(nèi)可以達到87%的效率;</p><p><b>　　③功耗比較低;</b></p><p>　　用MAX770制成的升壓器如下圖所示;由于MAX770對VMOS管的驅(qū)動能力有限,使用了一片MAX770很難實現(xiàn)本電路的性能指標,因此本電路采

40、用了兩級MAX770.</p><p>　　五. 測試方法與調(diào)試過程;</p><p><b>　　1.穩(wěn)壓電源部分;</b></p><p>　　(1) 輸出電壓范圍測試 </p><p>　　調(diào)節(jié)可調(diào)電位器,用數(shù)字型萬用表測出電阻兩端的輸出電壓,最小值為0.821V,最大值為:24.61V.</p>

41、<p>　　(2) 最大輸出電流測試 將輸出電壓調(diào)整至9V,輸出端接通可調(diào)電阻,串入數(shù)字萬用表,測得最大輸出電流為:2.06A.</p><p>　　(3) 電壓調(diào)整率測試 </p><p>　　將調(diào)壓變壓器輸出端接穩(wěn)壓電源的輸入端,將穩(wěn)壓電源輸出電壓調(diào)整至9V,調(diào)節(jié)調(diào)壓變壓器,使其輸出從176V升至到253V,用數(shù)字萬用表測量負載兩端的電壓,測得最大電壓變化量為:

42、10mV,計算得電壓調(diào)整率為:(0.01/9)*100%=0.11%.</p><p>　　(4)負載調(diào)整率測試 </p><p>　　空載時將輸出電壓調(diào)整至9V,在負載端接入300Ω/120W的變阻器,將變阻器從6Ω調(diào)整至100Ω,用數(shù)字萬用表監(jiān)視輸出電壓的變化,測得最大電壓變化量為:0.04V,因此負載調(diào)整率為:(0.04/9)*100%=0.44%.</p><

43、;p>　　(5)紋波電壓測試 將電壓輸出調(diào)整至9V,外接一個6Ω的電阻,將示波器置于AC/5mV輸入擋,測得負載上的紋波電壓為:1mV.</p><p>　　(6)效率測試 </p><p>　　將電壓輸出調(diào)整至9V,外接一個6Ω的電阻,其輸出功率P0=81/6=13.5W.在負載不變的情況下,測出穩(wěn)壓電源的交流輸入電壓為:12V,交流電流為:2.05A.因此輸入功率Pi

44、=12*2.05=24.7W(設(shè)功率因數(shù)為1),電源效率為(P0/Pi)*100%=(13.5/24.7)*100%=40%,達到上述所要求的指標.</p><p>　　(7)過流保護及短路保護功能測試 </p><p>　　將電壓輸出調(diào)至為9V,外接一個6Ω的電阻,用萬用表測得輸出電流為:0.說明過流保護功能正常.再將輸出短路,現(xiàn)象如同上,說明短路保護功能一切正常.</p>

45、;<p>　　(8)采用單片機(89C51)來實現(xiàn)保護,檢測 短路故障排除自恢復(fù),過熱保護,防止關(guān)機時產(chǎn)生的”過沖”均測試通過;一切正常.</p><p><b>　　2.穩(wěn)流電源部分;</b></p><p>　　(1) 輸出電流測試 輸入電壓為+12V,改變外接電阻的大小,記錄最小電流值Imin與最大電流Imax.Imax=45.40mA,

46、</p><p>　　Imin=1.46mA.</p><p>　　(2) 負載調(diào)整率的測量 </p><p>　　輸入電壓+12V,負載電阻由220Ω至300Ω之間變化,設(shè)定輸出電流20mA,每上升20Ω測輸出電流,數(shù)據(jù)如下所示:</p><p>　　電阻/Ω 200 220 240 260 280 300</p&g

47、t;<p>　　電流/mA 19.71 19.72 19.70 19.70 19.70 19.70</p><p>　　負載調(diào)整率≈0.02/20.00=0.1%.</p><p>　　3. DC-DC變換器部分;</p><p>　　(1) 輸出電壓電流測試 </p><p>　　輸入電壓由+9V至+12V變化,負載接

48、3.6KΩ/10W電阻,測得輸出電壓為+100.11V,輸出電流為:30.7mA.</p><p>　　(2) 電壓調(diào)整率的測試 空載,輸入電壓由+9V至+12V變化,測得最大電壓變化為:0.1V.</p><p>　　(3) 負載調(diào)整率的測試 輸入電壓+12V,空載,測得輸出電壓 +100.1V;10KΩ/5W電阻,測得輸出電壓為: </p><p>&l

49、t;b>　　+100.0V.</b></p><p>　　(4) 紋波電壓測試 輸入電壓 +9V,接3.6KΩ/10W的電阻,示波置于交流AC/250mV擋,測得紋波電壓.Vpp≈80mV.</p><p>　　(5) 效率的測試 </p><p>　　輸入電流為:5A,輸入電壓為:11.8V時,測得輸出電壓為100.08V(3.6KΩ的電

50、阻,電流為:27.8mA),計算可得出: </p><p><b>　　η=64.3%.</b></p><p>　　六. 電路的結(jié)果分析</p><p>　　1. 穩(wěn)壓電路部分;</p><p>　　(1) 輸出電壓的可調(diào)范圍 </p><p>　　由于本電路中uA723的7腳接-2V,因此

51、可以實現(xiàn)從零伏起調(diào),這也是本電路的特色之一,本電路實現(xiàn)了0^20V可調(diào),超過指標要求.</p><p>　　(2)最大輸出電流 </p><p>　　它由uA723的3腳所接電阻R9決定,計算公式為:Imax=0.6/R9,由于本電路中R9為0.33Ω,因此Imax限制為2A左右.</p><p>　　(3)電壓和負載調(diào)整率及紋波電壓 優(yōu)于指標要求,這是由uA

52、723優(yōu)良特性與方案設(shè)計思路決定的.</p><p>　　(4)效率的測試 輸出為9V,而輸入為17V左右,因此有一部分功率被調(diào)整管吸收,從而導致了效率并不是很高.</p><p>　　2. 穩(wěn)流電路部分;</p><p>　　(1) Rmin=10Ω, Rmax=1010Ω </p><p>　　I’min=1.25/1010

53、≈1.24mA > Imin</p><p>　　受輸入電壓+12V與LM317內(nèi)部壓降約為1.7V的影響,可能的最大電流為: I’max=(12-1.7)/220≈46.82mA > </p><p><b>　　Imax</b></p><p>　　Imin>I’min是由于LM317在小電流負載下穩(wěn)壓性能變差造成的.&

54、lt;/p><p>　　Imax<I’max是由于LM317內(nèi)部的損耗而造成的.</p><p>　　(2) 負載調(diào)整率 LM317的典型負載調(diào)整率為:0.1%,本電源在工作時工作在小電流負載情況下,與理論值吻合.</p><p>　　3. DC-DC變換電路;</p><p>　　由于該變換部分輸入電壓為12V,輸出電壓為100V,升

55、壓比較大,要保證電流輸出能力,多級并聯(lián)式開關(guān)升壓器是一種較好的選擇. </p><p>　　在保證第二級滿載輸出時,第一級至少應(yīng)留有80%的裕量,且第一級電壓波動應(yīng)不大于5%. </p><p>　　在實際電路中前級由于是升至次高壓,故要求開關(guān)管的Ron足夠小,Ids足夠大,Cis足夠小(否則將對驅(qū)動電路產(chǎn)生不利的影響);后級應(yīng)對反向擊穿電壓有較高的要求,應(yīng)不低于500V,取該級開關(guān)管耐壓

56、值為:900V,以防止高壓毛刺擊穿.對磁芯的選擇決定了電源的功率容量,在實際中,高于200KHZ時采用鐵粉芯等帶空氣隙的磁芯可獲得良好的功率容量和磁滯特性,有利于大L值電感的充放電的完成,即提高Q值.在該模塊的測試中,可以看到在大DC變換比的指標下,采用了多級串聯(lián)主從式開關(guān)電源是一種較好的解決方案.</p><p>　　七. 此電路的誤差分析</p><p>　　綜合分析可以知道在測試電路

57、的過程中可能帶來的誤差因素有:</p><p>　　① 測得輸出電流時接觸點之間的微小電阻造成的誤差; </p><p>　?、?電流表內(nèi)阻串入回路造成的誤差;</p><p>　　③ 測得紋波電壓時示波器造成的誤差;</p><p>　?、?示波器, 萬用表本身的準確度而造成的系統(tǒng)誤差;</p><p>　　可以通過

58、以下的方法去改進此電路:</p><p>　?、?減小接觸點的微小電阻;</p><p>　?、?根據(jù)電流表的內(nèi)阻對測量結(jié)果可以進行修正;</p><p>　?、?測得紋波時示波器采用手動同步;</p><p>　?、?采用更高精確度的儀器去檢測;</p><p>　　八. 對此電路的綜合總結(jié)</p>

59、<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(uA723)外加調(diào)整管(2SC3280)來實現(xiàn)電壓的調(diào)整部分;還通過單片機(89C51)來實現(xiàn)電路的控制,也實現(xiàn)了擴充多功能;而穩(wěn)流部分采用了LM317可調(diào)式三端穩(wěn)

60、壓電源管,通過LM317來實現(xiàn) </p><p>　　了電路中的穩(wěn)流部分,至于電路的最后一部分(DC-DC變換部分)我們是采用兩片升壓開關(guān)調(diào)節(jié)器(MAX770)來實現(xiàn)了電路中的DC-DC變換部分.本次設(shè)計在電壓調(diào)整器的電路中,采用了適當?shù)穆?lián)接方法,可以實現(xiàn)電壓”零”伏起調(diào);測試方法與過程也比較充分,同時也實現(xiàn)了電壓的可調(diào).同時我們四個人在設(shè)計此電路的時候也付出了不少,我們幾個分工完成了此電路,雖然電路不是很完善,

61、我們已經(jīng)盡力的去把它給做好了;由于時間的關(guān)系此電路只有硬件,軟件沒有時間來完成.</p><p>　　(注:由于時間的原因本電路的軟件部分沒有在報告上體現(xiàn)出來).</p><p>　　九. 參考文獻資料:</p><p>　　◆何立民編著 . MCS-51系列單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計--------系統(tǒng)配置與接口技術(shù), 北京航空航天大學出版社, 1991.</p&g

62、t;<p>　　◆王樹勛,潘承武,朱英杰編著. MCS—51單片微型計算機原理與開發(fā). 機械出版社,1990.</p><p>　　◆<<電子線路基礎(chǔ)>>,華東師范大學物理系萬嘉若,林康運等編著,高等教育出版社,1986年3月.</p><p>　　◆ <<電子技術(shù)基礎(chǔ)>>,華中工學院電子學教研室編,康華光主編,高等教育出版社

63、,1982年6月.</p><p>　　◆<<電子線路設(shè)計>>,(第二版)華中科技大學謝自美主編,華中科技大學出版社,2000年5月. </p><p>　　回答者： weidong2007_co - 初入江湖 三級   2009-1-5 18:00</p><p>　　集成直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計</p><

64、;p><b>　　一、設(shè)計要求</b></p><p>　　電源變壓器只做理論設(shè)計，合理選擇集成穩(wěn)壓器，合理設(shè)置保護電路，完成全電路理論設(shè)計、安裝調(diào)試、繪制電路圖，自制印刷板。</p><p><b>　　主要技術(shù)指標</b></p><p>　　1、同時輸出±15V電壓、輸出電流為2A。</p>

65、;<p>　　2、輸出紋波電壓小于5mV，穩(wěn)壓系數(shù)小于5×10-3；輸出內(nèi)阻小于0.1Ω。</p><p>　　3、加輸出保護電路，最大輸出電流不超過2A。</p><p><b>　　二、基本原理</b></p><p>　　1． 直流穩(wěn)壓電源的基本原理</p><p>　　直流穩(wěn)壓電源一般由

66、電源變壓器T、整流濾波電路及穩(wěn)壓電路所組成，基本框圖如圖1所示。各部分電路的作用如下：</p><p>　　圖1 直流穩(wěn)壓電源基本組成框圖</p><p>　　（1） 電源變壓器T的作用是將電網(wǎng)220V的交流電壓變換成整流濾波電路所需要的交流電壓ui。</p><p><b>　　（2）整流濾波電路</b></p><p

67、>　　整流電路將交流電壓ui 變換成脈動的直流電壓。再經(jīng)濾波電路濾除紋波，輸出直流電壓Ui。常用的整流濾波電路有全波整流濾波、橋式整流濾波、倍壓整流濾波電路如圖</p><p>　　（b）橋式整流電容濾波電路</p><p>　　各濾波電容C滿足：RL1C=（3~5）T/2</p><p>　　式中T為輸入交流信號周期；RL1為整流濾波電路的等效負載電阻。&l

68、t;/p><p>　　（3） 三端集成穩(wěn)壓器</p><p>　　常用的集成穩(wěn)壓器有固定式三端穩(wěn)壓器與可調(diào)式三端穩(wěn)壓器（均屬電壓串聯(lián)型），下面分別介紹其典型應(yīng)用。</p><p>　?、?固定三端穩(wěn)集成壓器</p><p>　　正壓系列：78XX系列，該系列穩(wěn)壓塊有過流、過熱和調(diào)整管安全工作區(qū)保護，以防過載而損壞。一般不需要外

69、接元件即可工作，有時為改善性能也加少量元件。78XX系列又分三個子系列，即78XX、78MXX和78LXX。其差別只在輸出電流和外形，78XX輸出電流為1.5A，78MXX輸出電流為0.5A，78LXX輸出電流為0.1A。</p><p>　　負壓系列：79XX系列與78XX系列相比，除了輸出電壓極性、引腳定義不同外，其他特點都相同。</p><p>　　② 可調(diào)式三端集成穩(wěn)壓器&

70、lt;/p><p>　　正壓系列：W317系列穩(wěn)壓塊能在輸出電壓為1.25V~37V的范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，外接元件只需一個固定電阻和一只電位器。其芯片內(nèi)有過流、過熱和安全工作區(qū)保護。最大輸出電流為1.5A。</p><p>　　其典型電路如圖7-2-4所示。其中電阻R1與電位器RP組成電壓輸出調(diào)節(jié)電器，輸出電壓U0的表達式為：</p><p>　　U0≈1.25(1+RP/

71、R1)</p><p>　　式中，R1一般取值為（120~240Ω），輸出端與調(diào)整壓差為穩(wěn)壓器的基準電壓（典型值為1.25V）。所以流經(jīng)電阻R1的泄放電流為5~10mA/。</p><p>　　負壓系列：W337系列，與W317系列相比，除了輸出電壓極性、引腳定義不同外，其他特點都相同。</p><p>　　圖7-2-4 可調(diào)式三端穩(wěn)壓器的典型應(yīng)用</p&g

72、t;<p>　　2． 穩(wěn)壓電源的性能指標及測試方法</p><p>　　穩(wěn)壓電源的技術(shù)指標分為兩種：一種是特性指標。包括允許的輸入電壓、輸出電壓、輸出電流及輸出電壓調(diào)節(jié)范圍等；另一種是質(zhì)量指標。用來衡量輸出直流電壓的穩(wěn)定程度。包括穩(wěn)壓系數(shù)（或電壓調(diào)整率）、輸出電阻（或電流調(diào)整率）、溫度系數(shù)及紋波電壓等。測試電路如圖7-2-6所示，可簡述如下：</p><p>　　圖7-2-

73、6 穩(wěn)壓電源性能指標測試電路</p><p><b>　　⑴ 波電壓</b></p><p>　　紋波電壓是指疊加在輸出電壓U0上的交流分量。用示波器觀測其峰-峰值。△Uopp一般為毫伏量級。也可以用交流電壓表測量其有效值。但因△U0不是正弦波，所以用有效值衡量其紋波電壓，存在一定誤差。</p><p>　?、品€(wěn)壓系數(shù)及電壓調(diào)整率<

74、;/p><p>　　穩(wěn)壓系數(shù)：在負載電流、環(huán)境溫度不變的情況下，輸入電壓的相對變化引起輸出電壓的相對變化。</p><p>　　電壓調(diào)整率:輸入電壓相對變化±10%時的輸出電壓相對變化量,即</p><p><b>　　Ku=△U0/U0</b></p><p>　　穩(wěn)壓系數(shù)Su和電壓調(diào)整率Ku均說明輸入電壓相對變

75、化對輸出電壓的影響,因此只需測試其中之一即可.</p><p>　　⑶輸出電阻及電流調(diào)整率</p><p>　　輸出電阻：放大器的輸出電阻相同,其值為當輸入電壓不變時,輸出電壓變化量與輸出電流變化量之比的絕對值,即</p><p>　　ro＝|△U0|/|I0|</p><p>　　電流調(diào)整率:輸出電流從0變到最大值ILmax時所產(chǎn)生的輸出電

76、壓相對變化值,即</p><p><b>　　Ki=△U0/U0</b></p><p>　　輸出電阻r0和電流調(diào)整率Ki均說明負載電流變化對輸出電壓的影響,因此也只需測試其中之一即可.</p><p><b>　　四.設(shè)計指導</b></p><p>　　直流穩(wěn)壓電源的一般設(shè)計思路為:由輸出電壓U

77、0、電流I0確定穩(wěn)壓電路形式,通過計算極限參數(shù)(電壓、電流和功率)選擇器件;有穩(wěn)壓電路所要求的直流電壓(Ui)、直流電流(Ii)輸入確定整流濾波電路形式,選擇整流二極管及濾波電容并確定變壓器的副邊電壓Ui的有效值、電流Ii(有效值)即變壓器功率.最后由電路的最大功耗工作條件確定穩(wěn)壓器、擴流功率管的散熱措施.</p><p>　　下圖為集成穩(wěn)壓電源的典型電路.其主要器件有變壓器Tr、整流二極管VD1～VD4、濾波電

78、容C、集成穩(wěn)壓器及測試用的負載電阻RL.</p><p>　　圖7-2-7 集成穩(wěn)壓電源的典型電路</p><p>　　下面介紹這些器件的一般原則.</p><p><b>　　1.集成穩(wěn)壓器</b></p><p>　　穩(wěn)壓電路輸入電壓Ui的確定：</p><p>　　為保證穩(wěn)壓器在電網(wǎng)量低

79、時仍處于穩(wěn)壓狀態(tài),要求</p><p>　　UI≥Uomax +(UI-U0)min</p><p>　　式中(UI-U0)min 是穩(wěn)壓器的最小輸入輸出壓差,典型值為3V.按一般電源指標的要求,當輸入交流電壓220V變化±10%時,電源應(yīng)穩(wěn)壓.所以穩(wěn)壓電路的最低輸入電壓</p><p>　　U1min≈[Uomax+(UI-U0)min]/0.9.&l

80、t;/p><p>　　另一方面，為保證穩(wěn)壓器安全工作，要求 UI≤Uomin +(UI-U0)max 式中(UI-U0)max是穩(wěn)壓器允許的最大輸入輸出壓差,典型值為35V.</p><p><b>　　2.電源變壓器</b></p><p>　　確定整流濾波電路形式后,由穩(wěn)壓器要求的最低輸入直流電壓Uimin計算出變壓器的副邊電壓Ui 、副

81、邊電流Ii. </p><p>　　五.按指標設(shè)計電路圖</p><p>　　1. 器件選擇</p><p><b>　　電路參數(shù)計算如下:</b></p><p>　?、糯_定穩(wěn)壓電路的最低輸入直流電壓Uimin</p><p>　　Uimin≈[Uomax+(Ui-U0)min]/0.9

82、</p><p>　　代入各指標,計算得:</p><p>　　Uimin≥(15+3)/0.9=20V</p><p><b>　　取值為20V.</b></p><p>　?、拼_定電源變壓器副邊電壓、電流及功率</p><p>　　Ui≥Uomax/1.1. I1≥Iimax</p&

83、gt;<p>　　所以我們?nèi)1為1.1A.UI≥20/1.1=18.2V ，變壓器副邊功率P2≥20W</p><p>　　變壓器的效率 =0.7，則原邊功率P1≥28.6W.由上分析,可選購副邊電壓為19V,輸出1.1A,功率30W的變壓器.</p><p>　　⑶選整流二極管及濾波電容</p><p>　　因電路形式為橋式整流電容濾波，通過每個整

84、流哦極管的反峰電壓和工作電流求出濾波電容值。已知整流二極管1N5401 ,其極限參數(shù)為URM=50V,ID=5A.</p><p>　　濾波電容：C1≈(3～5)T×Iimax/2U1min=(1650～2750)μF</p><p>　　故取2只2200μF/25V的電解電容作濾波電容。</p><p><b>　　2.壓電源功耗估算</

85、b></p><p>　　當輸入交流電壓增加10%時，穩(wěn)壓器輸入直流電壓最大，即</p><p>　　Uimax=1.1×1.1×19=22.99V</p><p>　　所以穩(wěn)壓器承受的最大壓差為：22.99-5≈18V</p><p>　　最大功耗為：Uimax×Iimax=18×1.1=19.

86、8W</p><p>　　故選用散熱功率≥19.8W的散熱器.</p><p><b>　　3.其他措施</b></p><p>　　如果集成穩(wěn)壓器離濾波電容C1較遠時，應(yīng)在W317靠近輸入端處接上一只0.33μF的旁電路C2。接在調(diào)整端和地之間的電容C3，是用來旁電路電位器RP兩端的紋波電壓。當C3的電容電量為10μF時，紋波抑制比可提高20

87、dB,減到原來的1/10.另一方面,由于在電路中接了電容C3,此時一旦輸入端或輸出端發(fā)生短路,C3中儲存的電荷會通過穩(wěn)壓器內(nèi)部的調(diào)整管和基準放大管而損壞穩(wěn)壓器.為了防止在這種情況下C3的放電電流通過穩(wěn)壓器,在R1兩端并接一只二極管VD2.</p><p>　　W317集成穩(wěn)壓器在沒有容性負載的情況下可以穩(wěn)定的工作.但當輸出端有500～5000pF的容性負載時,就容易發(fā)生自激.為了抑制自激,在輸出端接一只1μF鉭電

88、容或25μF的鋁電解電容C4.該電容還可以改善電源的瞬態(tài)響應(yīng).但是接上該電容后,集成穩(wěn)壓器的輸入端一旦發(fā)生短路.C4將對穩(wěn)壓器的輸出端放電,其放電電流可能損壞穩(wěn)壓器,故在穩(wěn)壓器的輸入與輸出端之間,接一只保護二極管VD1。</p><p>　　六.電路安裝與指標測試</p><p>　　1.安裝整流濾波電路</p><p>　　首先應(yīng)在變壓器的副邊接入保險絲FU,以防

89、電源輸出端短路損壞變壓器或其他器件,整流濾波電路主要檢查整流二極管是否接反,否則會損壞變壓器.檢查無誤后,通電測試(可用調(diào)壓器逐漸將入交流電壓升到220V),用滑線變阻器作等效負載,用示波器觀察輸出是否正常.</p><p>　　2.安裝穩(wěn)壓電路部分</p><p>　　集成穩(wěn)壓器要安裝適當散熱器,根據(jù)散熱器安裝的位置決定是否需要集成穩(wěn)壓器與散熱器之間絕緣,輸入端加直流電壓UI(可用直流電

90、源作輸入,也可用調(diào)試好的整流濾波電路作輸入),滑線變阻器作等效負載,調(diào)節(jié)電位器RP,輸出電壓應(yīng)隨之變化,說明穩(wěn)壓電路正常工作.注意檢查在額定負載電流下穩(wěn)壓器的發(fā)熱情況.</p><p><b>　　3.總裝及指標測試</b></p><p>　　將整流濾波電路與穩(wěn)壓電路相連接并接上等效負載,測量下列各值是否滿足要求:</p><p>　?、?

91、 UI為最高值(電網(wǎng)電壓為242V), U0為最小值(此例為+5V),測穩(wěn)壓器輸入、輸出端壓差是否小于額定值,并檢查散熱器的溫升是否滿足要求(此時應(yīng)使輸出電流為最大負載電流).</p><p>　?、?UI為最低值(電網(wǎng)電壓為198V), U0為最大值(此例為+15V)測穩(wěn)壓器輸輸出端壓差是否大于3V,并檢查輸出穩(wěn)壓情況.</p><p>　　如果上述結(jié)果符合設(shè)計要求,

92、便可按照前面介紹的測試方法,進行質(zhì)量指標測試.</p><p><b>　　七、綜合總結(jié) </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

93、管(uA723)外加調(diào)整管(2SC3280)來實現(xiàn)電壓的調(diào)整部分;還通過單片機(89C51)來實現(xiàn)電路的控制,也實現(xiàn)了擴充多功能;而穩(wěn)流部分可調(diào)式三端穩(wěn)壓電源管來實現(xiàn)。 </p><p><b>　　八、參考文獻資料 </b></p><p>　　◆<<電子線路基礎(chǔ)>>,華東師范大學物理系萬嘉若,林康運等編著,高等教育出版社.。</p&g