集成直流稳压电源设计.doc

2009级模拟电子技术课程设计 模拟电子技术课程设计报告书课题名称集成直流稳压电源设计姓 名学 号 院、系、部电气系专 业电气工程及其自动化指导教师王振玉2011年 6 月27日集成直流稳压电源设计摘要在电子电路当中，电源是一个重要的元器件，可以说电源就像电路中的太阳，没有了电源，电路将不能运转。幸运的是，此次我的课程设计内容就是直流的稳压电源设计，希望通过此次的课程设计能了解到更多的关于电源的知识。通过集成直流稳压电源的设计，安装和调试，学会选择变压器、整流二极管、滤波电容、集成稳压器及相关元器件设计直流稳压电源；掌握直流稳压电路的调试及主要技术指标的测试方法。关键字：三端集成稳压器 限流型保护电路 稳压系数 内阻 纹波稳压 最大输出电流一、设计目的 1、通过集成直流稳压电源的设计，安装和调试，学会选择变压器、整流二极管、滤波电容、集成稳压器及相关元器件设计直流稳压电源；2、掌握直流稳压电路的调试及主要技术指标的测试方法。二、设计要求1.集成稳压电源的主要技术指标 (1)输入交流电压220V(50Hz)；（2）输出电压：±15V，最大输出电流2A。 （3）稳压系数小于0.005，输出内阻小于0.1欧姆。（4）输出纹波电压小于5mV。（5）加输出保护电路，最大输出电流不超过2A。2.设计要求 （1）电源变压器只做理论设计。（2）全理选择集成稳压器及扩流三极管。（3）保护电路采用限流型（4）完成全电路理论设计，仿真调试，绘制电路图。 （5）撰写设计报告、调试报告。 三、设计方案及原理框图1.设计方案根据设计要求，因为课题要求采用三端集成稳压器芯片来设计这个稳压电路，而且要求输出正负十五伏。因此采用W7800（固定正输出）系列的W7815和W7900（固定负输出）系列的W7915 。设计方案如下：用变压器将标准市电变成所需的电压；由于单相桥式整流电路对电压具有比较高的利用率，因此在该设计中采用单相桥式整流电路；由整流电路出来后进入滤波电路，由于电容滤波电路具有结构简单 ，适用于小电流负载的电路，因此采用电容滤波电路。从滤波电路出来后接入由三端集成稳压器构成的稳压电路。这就是基本的设计方案！粗略的设计图如下：2.设计原理直流稳压电源一般由电源变压器T、整流、滤波电路及稳压电路所组成，基本框图及其各路段的波形如图2-1所示。图2-1电源变压器是将交流电网220V的电压变为所需要的电压值，然后通过整流电路将交流电压变成脉动的直流电压。由于此脉动的直流电压还含有较大的纹波，必须通过滤波电路加以滤除，从而得到较为平滑的直流电压。但这样的电压还随电网电压波动（一般有±10%左右的波动）、负载和温度的变化而变化。因而在整流、滤波电路之后，还需接稳压电路。稳压电路的作用是当电网电压波动、负载和温度变化时，维持输出直流电压稳定。在电子设备中，通常对直流电源要求是：输出电压稳定、纹波小、负载能力强等。直流电源的性能指标主要有如下几个参数： (1)输入电压Ui 。 电源所要求的（交流）输入电压，在我国一般是220V、50Hz 的交流电。（2）额定输出电压Uo ,电源输出稳定的直流电压值 (3)最大输出电流Im。电源在额定输出电压Uo ，所能提供的最大输出电流。有时也用最大输出功率Pm 来表示。（4）稳压系数Sr 。当负载不变时，稳压电路输出电压的相对变化量与输入电压的相对变化量之比。 这次设计主要讨论的是把电网电压的单相交流电转换为直流电源的方法及其原理、实现的电路及直流电源的性能指标。 四、单元电路设计及主要元器件参数计算1.变压部分电源变压器T的作用是将电网220V的交流电压变换成整流滤波电路所需要的交流电压ui 。考虑到整流滤波之后的电压要使三端集成稳压器能正常工作，即1.2Ui(Ui为二次侧的电压值，1.2Ui是指滤波之后的电压值，用U来表示)与输出电压的压差应该大于W7815的最小压差，数学表达式为：U-15>2经过计算，所需Ui最小应为15V,也就是说变压比应该大于15/220。又因为课题需要输出双电压，因此采用TS_MISC_VIRTUAL型号的变压器。该部分电路图如下标准的市电经过该变压器之后，将市电变换成相对较小的波，其一次侧和二次侧的波形图如下2.整流部分工作原理：桥式整流电路由四只二极管组成的一个电桥，电桥的两组相对节点分别接变压器二次绕组和负载。这种电路有三种画法，如图所示。在工作时，D1、D2与D3、D4轮流导通。在u2正半周，二极管D1和D2正向导通，而D3、D4反向截止，形成负载电流i0，i0流通路径为：aD1RLD2ba，u0=u2；在u2的负半周，二极管D3和D4正向导通，而D1、D2反向截止，形成负载电流i0，i0流通路径为：bD3RLD4ab， u0=u2。 由此可见，不论哪两只二极管导通，负载电流的方向都始终保持不变。电路图如下：二次侧电压经整流后的波形图如下：3.滤波部分经过整流后，输出电压在正负方向上没有变化，但输出电压波形仍然保持正弦波的形状，起伏很大。为了能够得到平滑的直流电压波形，需要有滤波的措施。在直流电源上多是利用电抗元件对交流信号的电抗性质，将电容器或电感器与负载电阻恰当连接而构成滤波电路。电容有通高频、阻低频的作用，将其直接并在整流电路后面，可以让高频电流通过电容流回电源，从而减少了流入负载的高频电流，降低了负载电压的高频成分，减小了脉动。滤波电路如下：该电路其实就是在整流电路的后边加了电容，利用电容的充放电和整流后波形传播的时间差，当使波形变得较为平缓，圆滑。滤波后的电路波形图如下：4.稳压部分稳压部分就是利用W78系列和W79系列的芯片即可。需要注意的是，应在输入端和公共端之间加上一个电容，其作用是防止自激振荡的产生，提高三端集成稳压的性能，还应在输出端和公共端之间加上一个电容以减少输出纹波和低频干扰。其电路图设计如下电压经过稳压电路之后电压值和波形图如下图所示：五、电路图 介于电路图的美观和提高电路的性能，将粗略的设计电路图经过美化和元器件的选用改造下图所示的电路图总电路图六、调试及故障分析1. 主要性能指标（1）稳压系数S 稳压系数又称为输入稳定系数，反映输入电压Vi变化时输出电压VO维持不变的能力。S越小，说明稳压性能越好。（2）电压调整率SV SV仅考虑由输入电压变化引起的输出电压相对变化量，即 SV = VO/VO×100% （3）电流调整率SI SI 仅由输出电流的变化引起的输出电压的相对变化量，即 SI= VO/VO×100% （4）纹波抑制比SR SR是在输入、输出条件不变时，输入纹波电压的峰峰值VIPP与输出纹波电压的 峰峰值VOPP 之比，即 SR= 20lg( Vipp/Vop_p)2.稳压电源性能指标的测试电路 将整流滤波电路与稳压电路相连接并接上等效负载，测量下列各值是否满足设计要求： Ui为最高值（电网电压为242V），Uo为最小值（此例为+5V），测稳压器输入、输出端压差是否小于额定值，并检查散热器的温升是否满足要求（此时应使输出电流为最大负载电流）。 Ui为最低值（电网电压为198V），Uo为最大值（此例为+12V），测稳压器输入、输出端压差是否大于3V，并检查输出稳压情况。 如果上述结果符合设计要求，便可按照前面介绍的测试方法，进行质量指标测试。七、设计总结：通过这次模拟电路设计我对电路设计有了更深一步的了解，尤其是集成三端稳压器，而对于保护电路的这一部分，还增长了额外的知识，保护电路不仅有限流保护还有，过压保护.过热保护等。 这次课程设计让我学到了在课堂上学不到的东西，像Multisim 7仿真技术就是此次设计的意外收获。经过几天的设计，我熟练掌握了这个软件的运用。此外，我还了解到模电这门课程在电子电路中的重要性和神秘性，激起我学习的兴趣。八、参考文献1.清华大学电子学将教研组编.童诗白，华成英主编。模拟电子技术基础第3版2.华中理工大学电子学教研室编.康华光主编集成电子技术基础教程.3版1李万臣主编.模拟电子线路设计、仿真、编程与实践.哈尔滨:哈尔滨工程大学出版社.2杨毅德主编.模拟电路.重庆:重庆大学出版社.3林红,周鑫霞主编.模拟电路基础.北京:清华大学出版社.4谢红主编.模拟电子技术基础.哈尔滨:哈尔滨工程大学出版社.5康华光主编.电子技术基础.北京:高等教育出版社.