1、0重庆科技学院模拟电子技术课程设计报告学 院: 电气与信息工程学院 专业班级: 自动化 2012 试 学生姓名: 丁杨 学号: 2012441745 设计地点（单位） I525 设计题目: 集成直流稳压电源的设计 完成日期： 2014 年 6 月 30 日 指导教师评语: _ _ 成绩（五级记分制）:_ 指导教师（签字）:_ 1摘要学习完了模拟电子技术课程，为了进一步熟悉和掌握其中的直流稳压电源一章，从理论走向实践，我们选择了集成直流稳压电源的课程设计题目。集成直流稳压电源的设计由电源变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路四个基本部分组成，我们分组进行了电路图的设计、仪器设备的调试、数据和图形的
2、测量和检验等。经过很多次的计算、改进和调试，率先成功实现了集成直流稳压电源设计要求的全部技术指标，得到了老师的表扬。通过集成直流稳压电源的设计、安装和调试，我们学会了通过理论计算和调试来选择变压器、整流二极管、滤波电容及集成稳压器，熟悉和掌握了直流稳压电路的测试及主要技术指标的测试方法。我们始终按照老师的要求，审慎选题，认真查找资料、消化资料。我们进行了任务的合理分配，经过半天时间就完成了方案确定和总体框图的设计，又用了一天时间完成了单元电路设计及总体理论电路的设计。之后一天，我们又进行了总体电路安装调试的工作。合理的安排加上认真踏实的投入，我们提前圆满完成了我们小组的课程设计任务。通过这次课
3、程设计，我们深刻理解了团队合作的重要性。通过团队的努力和帮助，我们都有很大的进步和提高。我们要感谢我们这支队伍，我们这个团队充满了活力和凝聚力，这也是我们组率先完成本次课程设计的主要原因。关键词： 电源变压器 整流电路 滤波电路 稳压电路 团队合作目 录摘要 .21 设计任务 .31.1 设计目的 .31.2 设计要求 .31.3 性能指标 .32 方案论证 .32.1 设计方案 .32.2 总体设计框图 .33 单元设计电路 .43.1 整流电路 .43.2 滤波电路 .53.2.1 工作原理 .53.2.2 平波的作用 .63.2.3 滤波的形式 .63.3 稳压电路 .63.4 本章小结
4、 .64 系统调试 .74.1 单元调试 .74.2 系统联调 .74.2.1 纹波电压 .84.2.2 稳压系数 .104.2.3 输出内阻 .104.3 调试中出现的问题及解决方案 .114.4 本章小结 .125 设计体会 .12参考文献 .1401 设计任务1.1 设计目的 选择变压器、整流二极管、滤波电容及集成稳压器来设计直流稳压电源； 掌握直流稳压电路的测试及主要技术指标的测试方法。1.2 设计要求 电源变压器只做理论部分。 合理选择集成稳压器及扩流三极管。 保护电路拟采用限流型。 完成全电路的理论设计部分、仿真、调试。 撰写课程设计报告。1.3 性能指标 同时输出15V 电压。
5、输出纹波电压小于 5 ；稳压系数小于 ；输出内阻小于 0.1 。mV3105 加输出保护电路，最大输出电流不超过 2A.。2 方案论证2.1 设计方案1.利用函数发生器来控制输入的交流电压，通过改变其峰值改变交流电压。2.得到的交流电压通过整流电路变成单向直流电，但其幅度变化大（即脉动大） 。3.脉动大的直流电压须经过滤波电路变成平滑，脉动小的直流电，即将交流成分滤掉，保留其直流成分。4.滤波后的直流电压，再通过 LM7815 稳压器实现功能，得到基本不受外界影响的15V 稳定直流电压。2.2 总体设计框图小功率直流电源一般由交流电源、变压器 T、整流电路、滤波电路和稳压电路几部分构成，如图
6、2.1。在电路中，变压器将常规的交流电压（220V 或380V）变换成所需要的交流电压；整流电路将交流电压变换成单方向脉动的直1流电压；滤波电路再将单方向脉动的直流电中的交流成分滤去，得到一个比较平滑的直流电信号；稳压电路用来消除由于电网电压波动、负载改变对其产生的影响，从而使输出直流电压在电网电压波动时保持稳定。其中输入电压 UI、输出电压 UO,变压器整流电路滤波电路稳压电路图 2.1 集成直流稳压电源组成框图3 单元设计电路3.1 整流电路在整流部分我们选择的是桥式整流电路，其原理图如下图。在输入正弦波的正半周时即 a 点电位高于 b 点电位，二极管 D1和 D3导通，D2 和 D4截止
7、，电流 i 的通路是 aD1RLD3b,这时，负载电阻 R 上得到一个半波电压。当输入电压为负半周时，D1 和 D3截止，D2 和 D4导通，电流的方向为 bD2RLD4a,同样在负载电阻上得到一个半波电压。因而在桥式整流电路中，每个二极管都只在半个周期内到点，所以流过每个二极管的平均电流等于输出电流的平均值的一半，电路中的每只二极管承受的最大反向电压为 1.4U2。输入电压的有效值为 30V，于是最大反向电压U=1.4*30=42V，根据算出的最大反向电压我们选择了型号为 3N259 的二极管。2图 3.1 整流电路原理图3.2 滤波电路整流电路将交流电变为脉动直流电，但其中含有大量的交流成
8、分（称为纹波电压） 。为了获得平滑的直流电压，应在整流电路的后面加接滤波电路，以滤去交流部。通过在整流桥的输出端并联两个电容器，也就是电容式滤波器，一个实际的的单相桥式整流滤波电路。如图所示：图 3.2.1 滤波电路3.2.1 工作原理当负载 R 未接入时的情况，设电容两端初始电压为零，接入交流电源后，当输入电压 v 为正半周期时，v 通过 D1、D3 向电容 C 充电，v 为负半周期时，经 D2、D4 向电容充电，充电电流方向相同。充电时间常数：T=RC. 由于 R 一般很小，故充电的时候时间常数也就很小，因此电容器上的电压很快充电到交流电压 v 的最大值。此时，电容器无放电回路，故输出电压
9、 V。滤波后的电压波形如图所示：3图 3.2.2 滤波后的电压波形3.2.2 平波的作用滤波电路通常由电抗元件组成，由于电抗元件在电路中有储能的作用，并联的电容 C 在电源供给的电压升高时，可以把部分能量储存起来，而当电源电压降低时，又可以把电场能量释放出来，使负载电压比较平滑，即电容 C 具有平波的作用。3.2.3 滤波的形式在滤波电路中形式多种多样，依不同的划分标准又可以进行不同的分类，而我们小组主要选择了 C 行滤波电路：这种滤波电路简单，负载直流电压 VL 较高，纹波也较小，它的缺点是输出特性较差，故适用负载电压较高，负载变动不大的场合。3.3 稳压电路稳压电路的功能是使输出的直流电压
10、稳定，不随交流电网电压和负载的变化而变化。采用 LM7815 是一个比较简单的方法，只需要在稳压器输入端和输出端分别接入电容，就可以防止稳压器产生高频自激振荡和抑制电路引入的高频干扰在稳压电源输出端接入一个电解电容，达到减小稳压电源输出由输入电源引入的低频干扰。保护电路由与稳压器并联保护二极管完成，当输入端短路时，输出电容形成放电通路，防止电容放电而引起稳压器损坏。稳压和保护电路如图 3-2 所示。4图 3.1 稳压和保护电路3.4 本章小结这是第一次触及到电子电路的设计，所需器件与参数全部需要自己选择，从总体电路布局到具体整流电路、滤波电路、稳压电路的设计全部需要根据自己所需知识来完成。这么
11、多需要完成的工作也就要求这要对电源有充分的了解和研究才行，才能随心所欲的完成好设计方案。稳压电源的设计需要解决好的几个问题：稳压器的选择、整流器的选择、滤波电容的选择。这些元器件的选择决定着整个电路能否实现预期效果，能否稳定运行。而现在各类元器件比比皆是，每种元器件性能各异，需要根据自己的需要去做出选择，这就需要不怕麻烦去对相关元件进行深入了解，然后反复对比，最终实现电路的可执行性和稳定性。这就意味着要做好电路设计，如果只是对电路和元件存在很肤浅的认识，对所有信息不加区分，那是很难选出适合系统的部件的。这次完成电路设计查阅了大量的书籍和网络资料，为最后电路方案定稿提供了很大帮助。所以在以后的学
12、习中也要静下心去充分了解研究对象，然后才能有的放矢的完成任务。4 系统调试4.1 单元调试由于本次设计采用三端固定输出的集成稳压器 LM8715，所以在单元测试时重点是放在整流桥的测试。其中整流桥我们根据需要选择了 3N246 等多款整流桥，但是输出波形都不太好，最终我们选择了 3N259 其输出直流形状较好，比较稳定。5图 4.1.1 为 3N246 整流桥输出波形，图 4.1.2 为 3N259 整流桥输出波形。图 4.1.1 3N246 整流桥输出波形图 图 4.1.2 3N259 整流桥输出波形图4.2 系统联调完成好系统的整流电路、滤波电路、稳压电路、保护电路后，各部分电路工作正常，由系统输出端输出可同时输出15V 电压，但是纹波电压较高，输出内阻较大。图 4.2 为稳压电源输出波形。图 4.2 直流稳压电源输出波形4.2.1 纹波电压.纹波电压的定义纹波就是一个直流电压中的交流成分。直流电压本来应该是一个固定的值，但是很多时候它是通过交流电压整流、滤波后得来的，由于滤波不干净，就会有剩余的交流成分，即使是用电池供电也会因负载的波动而产生波纹。事实上，即便是最好的基准电压源器件，其输出电压也是有波纹的。狭义上的纹波电压，是指输出直流电压中含有的工频交流成分。我国工频频率是 50Hz，所以纹波电压以工频 50Hz 或 50Hz 的整数倍计取。
