多路输出直流稳压电源的设计仿真与实现.docx
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多路输出直流稳压电源的设计仿真与实现.docx
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多路输出直流稳压电源的设计仿真与实现
第1章设计任务书说明……………………………3
第2章多路输出直流稳压电源的总体设计……4
2.1设计内容……………………………………………………4
2.2设计目的……………………………………………………4
2.3设计原始资料………………………………………………4
2.4设计原理图及实现功能……………………………………5
2.5设计实验参数………………………………………………6
第3章实验原理……………………………………6
3.1电源变压器…………………………………………………6
3.2整流电路……………………………………………………7
3.3滤波电路……………………………………………………7
3.4、稳压电路……………………………………………………8
第4章仿真结果显示……………………………9
第5章仿真结果分析………………………12
第6章设计总结……………………………13
第7章心得体会……………………………14
第8章主要参考文献………………………………14
课程设计任务书
学生姓名:
专业班级:
指导教师:
工作单位:
信息工程学院
题目:
多路输出直流稳压电源的设计仿真与实现
初始条件:
可选元件:
变压器/15W/±12V;整流二极管或整流桥若干,电容、电阻、电位器若干;根据需要选择若干三端集成稳压器;交流电源220V,或自选元器件。
可用仪器:
示波器,万用表,毫伏表等
要求完成的主要任务:
(1)设计任务
根据技术要求和已知条件,完成对多路输出直流稳压电源的设计、装配与调试。
(2)设计要求
要求设计制作一个多路输出直流稳压电源,可将220V/50Hz交流电转换为多路直流稳压电源
输出:
±12V/1A,±5V/1A,一组可调正电压+3~+18V/1A。
选择电路方案,完成对确定方案电路的设计。
计算电路元件参数与元件选择、并画出总体电路原理图,阐述基本原理。
(用Proteus画电路原理图并实现仿真)
安装调试并按规范要求格式完成课程设计报告书。
时间安排:
1、2011年1月3日至2011年1月7日,完成仿真设计、制作与调试;撰写课程设计报告。
2、2011年1月8日提交课程设计报告,进行课程设计验收和答辩。
指导教师签名:
年月日
系主任(或责任教师)签名:
年月日
二、多路输出直流稳压电源的总体设计
2.1、设计内容及要求
设计制作一个多路输出直流稳压电源,可将220V/50HZ交流电转换为多路直流稳压输出:
+12V/1A,-12V/1A,+5V/1A,-5V/1A,+5V/3A及一组可调正电压电源+3-+18V/1A。
稳压部分可用分立元件,也可用集成稳压模块。
对设计中所用的电子元器件完成选型,进行原理图设计,对性能指标进行计算分析。
使用相应软件proteus,绘制相应的电路原理图,并进一步对电路图进行仿真。
2.2设计目的
1.学习基本理论在实践中综合运用的初步经验,掌握模拟电路设计的基本方法、设计步骤,培养综合设计与调试能力。
2.学会直流稳压电源的设计方法和性能指标测试方法。
3.培养实践技能,提高分析和解决实际问题的能力。
2.3设计原始资料
直流电源是能量转换电路,将220V(或380V)50Hz的交流电转换为直流电。
主要包括变压器降压、整流、滤波、稳压等部分,也有集成元件来完成稳压功能。
硬件制作部分核心元器件:
变压器、整流桥、调整管、7805、7812、7905,7912,电阻电容不限。
2.4方案设计考虑
直流稳压电源一般有电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路所组成,
基本组成框图和整流稳压过程如下图所示:
稳压电源的设计是根据稳压电源的输出电压Uo、最大输出电流Imax,确定稳压器的型号及电路形式,再根据稳压器的输入电压U1,确定电源变压器副边电压u2的有效值U2,根据根据稳压电源的最大输出电流Iomax,确定流过电源变压器副边的电流I2和电压比,从而选定线圈匝数,和变压器副边功率。
2.5+-5V、+-12V设计原理图
+3-+18V可调直流电源原理图
本设计是把几个供电模块集成到一个供电电源上,能够同时提供固定输出+12V、-12V(最大输出电流1A)和固定输出、+5V、+5V(最大输出电流1A)的直流电输出。
(1)输出+/-12V:
核心器件选用稳压器7812和7912,组合应用这两个稳压器件与一个硅整流桥相接,按下图连好电路就能输出+/-12V的电压。
组合用7812和7912时,公共输出接地端用的是变压器输出端口的+12V并分别接入7812的接地引脚(GND)和7912的电压输入引脚(Vin);硅整流桥的正、负输出端口则分别接入7812的电压输入端(Vin)和7912的接地端;滤波电容用了两个1000uF首尾相接,连接处接公共输出接
(2)输出+5V:
核心器件选用7805三端集成稳压器,其输出电压为+5V,额定电流1A。
当变压器变压后输出6.3V交流电,经KBPC810硅整流桥,整流后输出约6V电压,滤波后由7805三端集成稳压电源处理,输出+5V电压,电流最大输出为1A。
(3)输出+5V/1A:
核心器件选用7805三端集成稳压器,其输出电压为3V,额定电流最大输出5A。
电容C组成滤波网络,以减小输出的纹波电压。
(4)输出可调3V-18V/1A可调直流电压:
核心器件选用317三端集成稳压器,其输出电压为V=1.25(1+RP/R),额定电流5mA-10mA。
RP为精密可调电位器,电容C与RP并联组成滤波网络,以减小输出的纹波电压。
二级管D的作用是防止输出端与地短接,损坏稳压器。
1.4设计实验参数
①输出电压Vo及最大输出电流Iomax;
I档Vo=±12V对称输出,Iomax=100mA;
II档Vo=+5V,Iomax=300mA;
III档Vo=(+3~+18)V连续可调,Iomax=200mA
②纹波电压:
△Vop-p≤5mA;
③稳压系数:
SV≤0.005
;
二实验原理
2.1电源变压器
电源变压器是将交流电网220V50HZ的电压变为所需要的电压值,并送给整流电路,变压器的变比由变压器的副边电压确定。
选择电源变压器
1)确定副边电压U2:
根据性能指标要求:
Uomin=3VUomax=9V
又∵Ui-Uomax≥(Ui-Uo)minUi-Uoin≤(Ui-Uo)max
其中:
(Ui-Uoin)min=3V,(Ui-Uo)max=40V
∴12V≤Ui≤43V
此范围中可任选:
Ui=14V=Uo1
根据Uo1=(1.1~1.2)U2
可得变压的副边电压:
2)确定变压器副边电流I2
∵Io1=Io
又副边电流I2=(1.5~2)IO1取IO=IOmax=800mA
则I2=1.5*0.8A=1.2A
3)选择变压器的功率
变压器的输出功率:
Po>I2U2=14.4W
2.2整流电路
整流电路常采用二极管单相全波整流电路,电路如图2所示。
在u2的正半周内,二极管D1、D2导通,D3、D4截止;u2的负半周内,D3、D4导通,D1、D2截止。
正负半周内部都有电流流过的负载电阻RL,且方向是一致的。
电路的输出波形如图所示
输出直流电压V1与交流电压有效值V2关系为V1=1.1V2
通过每只二级管的平均电流0.45V2/R
在桥式整流电路中,每个二极管都只在半个周期内导电,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(U2是变压器副边电压有效值)。
2.3、滤波电路
滤波电路选用一个3300μF的大容量电解电容C1和一个0.33μF的小容量涤纶CL11型电容C2并联滤波,如图3所示。
理论上,在同一频率下容量大的电容其容抗小,这样一大一小电容相并联后其容量小的电容C2不起作用。
但是,由于大容量的电容器存在感抗特性,等效为一个电容与一个电感串联。
在高频情况下的阻抗反而大于低频时的阻抗,小电容的容量小,在制造时可以克服电感特性,几乎不存在电感。
在大电容C1上并联一个小电容C2可以补偿其在高频下的不足。
当电路的工作频率比较低时,小电容不工作(容抗大相当于开路)。
大电容的容量越大滤波效果越好。
当电路的工作频率比较高时(输入信号的高频干扰成分),大电容由于感抗大而处于开路状态。
这时高频干扰成分通过小电容流到地线,滤除各种高频干扰成分。
电路的输出波形如图所示
2.4、稳压电路
1、稳压电路选用三端集成直流稳压器,其电路连接方式一般如下图所示。
性能上,常用的集成稳压器有三端固定式、三端可调式和开关式。
以三端固定式为例,其正输出为7800(后两位代表输出的额定稳压值,00是统称)系列,负输出为7900系列,常见的有05、06、08、09、12、15、18、24八种。
一般要求最小的输入、输出电压差(UI-U0)为2V~3V;输出稳压的容差约为5%;最大输出电流IOmax有0.1A(如78L12),0.3A(如78M12)和1.5A(如7812)等多种,部分器件的最大输出电流可达2.2A;其最大输入电压UImax一般是7818档以下为35V,7824档为40V;电压调整率SU一般为0.01%/V;输出电阻R0小于0.1Ω;纹波抑制比SVP一般为50dB;温度系数ST一般为每度1mV~2.4mV。
图4中,引脚1为电压变换的输入端,引脚2为电压变换后的输出端,引脚3为接地端。
电容Ci作用是改善纹波和抑制输入的过电压,一般取值为0.33μF。
C0作用是改善负载的顺态响应,一般可选取0.1μF的电容,当采用大容量的电解电容时效果更好。
稳压电源的输入输出端要跨接一个二极管,以防止集成稳压器输出调整管损坏。
三、仿真结果展示
3.1+5V波形图
3V-18V可调直流电压输出图
四、仿真结果分析
4.1+-5V仿真结果分析
如上图可知,220V、50Hz交流电经过变压器(U2=√L2/L1U1,即U2=1/15U1),输出10V的波动电压,经过整流桥后,呈现的是示波器中黄线的半波波形,接着,经过500nF的滤波电容后,变为含有较小谐波的直流电压,波形如示波器中蓝线所示,趋向于直线,接近直流,最后,电压通过7805稳压器,谐波被去除,成为较为稳定的直流电,如示波器中红线波形所示,达到实验要求。
而-5V电压由于采用7905稳压器,输出类似于+5V,输出波形一致。
4.2+-12V仿真结果分析
如上面第三个图所示,220V、50Hz交流电经过变压器(U2=√L2/L1U1,即U2=1/15U1)之后,也是输出10V的波动电压。
但是经过整流桥和滤波电容的整流和滤波作用之后,输出如图所示中第二条黄色波形,之后再经过7812和7912稳压器稳压之后,就出现较稳定的的+-12V,如图中电压表所示,满足设计要求。
4.23~18V仿真结果分析
同样,220V、50Hz交流电经过变压器之后,在经过整流、滤波和稳压之后,再利用滑动变阻器进行调节,使之产生可变的输出电压。
核心器件选用317三端集成稳压器,其输出电压为V=1.25(1+RP/R),额定电流1A。
RP为精密可调电位器,电容C与RP并联组成滤波网络,以减小输出的纹波电压。
二级管D的作用是防止输出端与地短接,损坏稳压器。
五、实验总结
我们是五个同学一组做这课题,实验的所有成果都是大家一起付出辛勤劳动而获得的,经过实验的设计方案考虑、元件选取、参数计算、原理图设计、
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