集成直流稳压电源设计报告.docx
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集成直流稳压电源设计报告
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集成直流稳压电源的设计
一【设计目的及要求】
1、设计目的
(1)掌握集成直流稳压电源的实验方法。
(2)掌握用变压器、整流二极管、滤波电容和集成稳压器来设计直流稳压电源的方法。
(3)掌握直流稳压电源的主要性能指标及参数的测试方法。
2、设计要求
(1)设计一个双路直流稳压电源。
(2)输出电压Uo=±12V,最大输出电流Iomax=1A。
(3)输出纹波电压ΔUop-p≤5mV,稳压系数SU≤5×10-3。
(4)选作:
输出5V的电压。
二【电路框图及原理图】
三【设计思想及基本原理分析】
1、设计思想
(1)确定电源变压器副边电压值
A.要设计输出12V,电流1A的直流稳压电源,并使7812正常工作,必须保证输入与输出间维持大于2V的压降。
因此,7812输入端的直流电压必须大于14V。
B.根据经验可取U=1.2Uef,若想在7812输入端获得14V电压,副边电压有效值Uef=U/1.2=14/1.2=11.7V
C.考虑到整流电路的压降最小为1.4V(两个二极管串联),副边电压电压有效值应为13.1V。
再考虑电网10%波动时,故副边电压可取15V。
(2)确定整流桥型号
考虑到电路中会出现冲击电流,整流桥的额定电流最少是工作电流的2~3倍。
选择RS307(3A,耐压1000V)可留有很大的富裕量,满足要求。
(3)确定滤波电容
A.确定滤波电容C1前要先求出Ri及τ值
B.求Ri时,电流为1A,7812输入端的电压为14V,所以Ri=14Ω
C.通常取时间常数τ=(3~5)T/2,T=0.02s,取τ=1.5T=0.03s
则滤波电容C1=0.03/14=2.14mF,可以选购2200μF,耐压25V的电解电容。
(4)确定去耦电容
去耦电容C2、C3是三端稳压芯片要求的,用来滤除高频分量防止自激,其值可以在0.1~0.47μF之间选取。
取C2=330nF,C3=100nF
(5)确定三端稳压器
根据实验要求,选择了7805,7812和7912稳压芯片,分别输出5V,12V和-12V稳定电压。
同时,在稳压芯片的输入与输出端之间并联上二极管,起到保护芯片的作用。
(6)确定散热片型号
电网向上波动10%时,变压器副边电压为16.5V。
电网向下波动10%时,变压器副边电压为13.5V。
7812输入端最大电压值为U=1.414(16.5-1.4)=21.3V。
此时,7812的压降为9.3V,最大功耗为9.3W。
C1的耐压值大于16.5V*1.414=23.3V,可以安全工作。
2、基本原理分析
在电子电路中,通常都需要电压稳定的直流电源供电,小功率稳压电源一般是由电源变压器、整流、滤波和稳压等四部分电路组成。
其基本电路框图及经各电路变换后,输出的波形如图3.3.1所示。
(1)电源变压器
电源变压器的作用是将电网220V的交流电压变换成整流滤波电路所需的低电压。
(2)整流电路
整流电路一般采用具有单向导电性的二极管组成,经常采用单相半波、单相全波和单相桥式整流电路。
图3.3.1所示的整流电路为应用广泛的桥式整流电路。
电路中采用了四个二极管,组成单相桥式整流电路。
整流过程中,四个二极管轮流导通,无论正半周或负半周,流过负载的电流方向是一致的,形成全波整流,将变压器输出的交流电压变成了脉动的直流电压。
(3)滤波电路
在整流电路的输出端并联电容即可形成滤波电路。
加入电容滤波电路后,由于电容是储能元件,利用其冲放电特性,使输出波形平滑,减少脉动成分,以达到滤波的目的。
为了使滤波效果更好,可选用大容量的电容为滤波电容。
因为电容的放电时间常数越大,放电过程越慢,脉动成分越少,同时使得电压更高。
(4)稳压电路
经过滤波后输出的直流电压仍然存在较大纹波,而且交流电网电压容许有±10%的起伏,随着电网电压的起伏,输出电压也会随之变动。
此外,经过滤波后输出的直流电压也与负载的大小有关,当负载加重时,由于输出电流能力有限,使得输出的直流电压下降。
因此,当需要稳定的直流电源时,在整流、滤波电路后通常需要配有稳压电路。
稳压电路的种类很多,在此我们以集成稳压器组成的稳压电路为例进行讨论。
在集成稳压器中,三端式稳压器应用广泛。
它有三个端子:
输入端、输出端和公共端。
三端式稳压器有两种,一种是输出电压固定,称为三端固定输出稳压器,另一种是输出电压可调,称为三端可调输出稳压器。
三端固定输出集成稳压器的通用产品有78XX系列(正输出电压)和79XX系列(负输出电压)。
输出电压由具体型号中的后两个数字代表。
其额定输出电流以78或79后面所加字母来区分:
L表示0.1A,M表示0.5A,无字母表示1.5A。
如:
7805,表示输出+5V电压,额定输出电流1.5A;又如79L12,表示输出-12V电压,额定输出电流0.1A。
三端固定输出稳压器可以最简单的形式接入电路中使用,如图3.5.2所示。
经过整流、滤波后不稳定的直流电压从输入端输入,在稳压器的输出端得到了稳定的直流电压输出。
为使电路正常工作,要求输入电压应比输出电压至少高出2.5~3V。
电容C1可防止自激振荡,还可抑制电源的高频脉冲干扰,一般取0.1~1μF。
输出端电容C2用以改善负载的瞬态响应,消除电路的高频噪声,同时也具有消除自激振荡的作用。
集成三端稳压器的内部电路中有保护电路,但在实际应用中仍需在其外围电路中增加保护电路,以使其不受损坏。
另外,在使用时还需注意以下几点:
①防止输入、输出反接;
②防止稳压器浮地故障;
③防止稳压器输入端短路;
④应接入足够大的散热器。
四【元件介绍及元件参数设计】
1、元件介绍
(1)三端集成稳压器
L78、79系列集成稳压器是一种有广泛用途的三端集成稳压器。
W78系列三端集成稳压电路具有固定输出正电压,L79系列三端集成稳压电路具有固定输出负电压。
这两个系列稳压器都具有较完善的短路和限流保护、过热保护和调整管安全工作区保护电路,因而他的工作是比较可靠的。
字母后面的数字表示输出电压,电压等级:
5V、6V、8V、12V、15V、18V、24V。
如设计一个输出的线性直流稳压电源,选择L7812、L7912。
(2)整流桥
整流桥的作用是将交流电转变为直流脉动电压。
整流桥堆产品是由四只整流硅芯片作桥式连接,外用绝缘朔料封装而成,大功率整流桥在绝缘层外添加锌金属壳包封,增强散热。
最大整流电流从0.5A到100A,最高反向峰值电压从50V到1600V。
一般整流桥命名中有3个数字,第一个数字代表额定电流;后两个数字代表额电压。
本实验用RS307,即额定电流3A,额定电压1000V。
2、元件参数设计
(1)整流电路参数计算
输出电压平均值:
输出电流平均值:
平均整流电流:
最大反向电压:
整流二极管的选择(考虑电网%波动):
(2)滤波电路参数计算:
滤波电容的选择:
一般选择几十至几千微法的电解电容,耐压值应大于。
五【测试结果分析】
1、测试结果分析
输出端正电压Uo1=12.15V纹波电压170uf
输出端负电压Uo2=-11.97V纹波电压170uf
输出端正电压Uo1=5.059V纹波电压160uf
仿真实验结果:
输出端正电压Uo1=12.471Vb
输出端负电压Uo2=-12.644V
输出端正电压Uo1=5.002V,
从仿真结果可以看出,该电路基本达到了输出直流电压的要求。
但与线性集成稳压电源相比,分立元件线性电路缺少限流保护、过热保护和调整管安全工作区保护电路,在实际电路中,比较容易出现问题;若再设计这些电路,则会使电路变得更加复杂,成本也会相应提高。
在两个线性集成稳压电源电路中,电路都较为简单,比较易于实现,且芯片中带有保护电路,使整个电路更加安全稳定。
通过对比,我们可以发现,实际测得结果甚至比仿真结果的效果还要好。
所设计满足了实验要求。
六【设计过程的体会】
(1)为了确保设计电路的正确性,建议在正式焊接之前先进行仿真,对设计不合理的地方进行调试改进,在仿真结果符合设计要求的前提下进行下一步的焊接工作。
在焊接时候,建议选择单连通洞洞板,这样可以避免不必要的线路短接,并且能较好的看到线路图布局。
(2)对于这种电路图比较简单,线路分布不是很复杂的电路,拖焊效果要比接导线要好,并且还很省事,但是缺点是如果不太熟练焊接可能会导致走线很粗,浪费焊锡。
(3)在元件选择方面应该详细的了解元件参数适配自己的电路。
很多同学接220V电压后电路烧毁,这不仅需要我们接电源之前自己检查核对电路,确保没有虚焊短路,还有看看元件是否匹配。
我焊好之后信心满满的去测试,在测试完成拔电源的一瞬间,我看到两个2200uf的电容吱吱的响着歪倒了,后来仔细检查发现他们是因为压限16V过小而被击穿。
七【元件清单】
序号
名称
数量
1
单股导线(蓝)
1米
2
单股导线(白)
1米
3
单面单连洞洞板(8cm*12Cm)
1块
4
KBP210整流桥
1个
5
40P杜邦线(20cm)
1排
6
散热片(套装)
3套
7
7805
1个
8
7912
1个
9
7812
1个
10
电解电容220uF
3个
11
电解电容2200uF
3个
12
电解电容0.1uF
3个
13
电解电容0.33uf
3个
14
变压器
1个
15
排针
1个
16
电源插头
1根
17
焊锡
八【软件仿真】
1、稳压器仿真电路图
2、原始电压
3、整流后电压
4、12V滤波后电压
5、5V滤波后电压
九【参考文献】
[1]李金平,路勇,延凤平.模拟集成电路基础[M].北京:
中国铁道出版社,2010.
[2]侯建军,佟毅,刘颖,等.电子技术基础实验、综合设计实验与课程设计[M].北京:
高等教育出版社,2007.
[3]谭博学,苗汇静.集成电路原理及应用[M].北京:
中国工业出版社,2011.
[4]陈军,孙梯全,施琴.电子技术基础实验[M].南京:
东南出版社,2011.
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