直流穩(wěn)定電源課程設(shè)計(jì)書(shū)

1、<p><b>　　課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)</b></p><p>　　題 目: 直流穩(wěn)定電源 </p><p><b>　　初始條件：</b></p><p>　　集成芯片LM317,變壓器，protel軟件，模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)</p>

2、;<p>　　要求完成的主要任務(wù): （包括課程設(shè)計(jì)工作量及其技術(shù)要求，以及說(shuō)明書(shū)撰寫(xiě)等具體要求）</p><p>　　1.設(shè)計(jì)并制作交流變換為直流的穩(wěn)定電源。</p><p>　　2．繪制具有一定規(guī)模、一定復(fù)雜程度的電路原理圖。</p><p>　　3.對(duì)電路原理圖進(jìn)行仿真，給出仿真結(jié)果并說(shuō)明是否達(dá)到設(shè)計(jì)意圖。</p><p>

3、　　4.根據(jù)電路原理圖制作出實(shí)物</p><p>　　5.撰寫(xiě)課程設(shè)計(jì)報(bào)告</p><p><b>　　時(shí)間安排：</b></p><p>　　1.安排任務(wù) 第19周</p><p>　　2.電路選擇與繪制 第19周 </p><p>　　3.制作實(shí)物

4、 第20周</p><p>　　4.撰寫(xiě)課程設(shè)計(jì)報(bào)告 第20周</p><p>　　5.答辯 第21周</p><p>　　指導(dǎo)教師簽名： </p><p>　　年 月 日</p><p>　　系主任

5、（或責(zé)任教師）簽名： </p><p>　　年 月 日 </p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　隨著現(xiàn)代科技的不斷發(fā)展，各種各樣的電氣、電子設(shè)備已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于日常工作、科研、學(xué)習(xí)等各個(gè)方面。電源作為電氣、電子設(shè)備必不可少的能源供應(yīng)部件，需求日益增加，而且

6、對(duì)電源的功能、穩(wěn)定性等各項(xiàng)指標(biāo)也提出了更高的要求。對(duì)電源的研究和開(kāi)發(fā)已經(jīng)成為新技術(shù)、新設(shè)備開(kāi)發(fā)的重要環(huán)節(jié)，在推動(dòng)科技發(fā)展中起著重要作用。本設(shè)計(jì)分別用LM317三端穩(wěn)壓芯片穩(wěn)壓電路，LM317三端穩(wěn)壓芯片穩(wěn)流電路和反饋式逆變電路設(shè)計(jì)直流穩(wěn)壓電源，直流穩(wěn)流電源和DC-DC變換器。通過(guò)相關(guān)知識(shí)計(jì)算出各電路中各個(gè)器件的參數(shù)，使電路性能達(dá)到設(shè)計(jì)要求中的電壓調(diào)整率，電流調(diào)整率，負(fù)載調(diào)整率，紋波電壓等各項(xiàng)指標(biāo)。</p><p>

7、;<b>　　.</b></p><p>　　關(guān)鍵詞：電源；LM317三端穩(wěn)壓芯片穩(wěn)壓電路；LM317三端穩(wěn)壓芯片穩(wěn)流電路；反饋式逆變電路。</p><p>　　Abstract With the continuous development of modern science and technology, a variety of electrical, ele

8、ctronic equipment has been widely used in daily work, research, and learning aspects. Power, as electric and electronic equipment components essential for energy supply, increasing demand, but also for the power function

9、, stability, and other indicators have also put forward higher requirements. The power of research and development has become the new technology, new equipment, development of </p><p>　　Keywords: power suppl

10、y; LM317 three-terminal regulator chip voltage regulator circuit; LM317 three-terminal regulator chip steady flow circuit; feedback inverter circuit.</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><

11、b>　　摘 要2</b></p><p>　　1原理電路的設(shè)計(jì)4</p><p>　　1.1直流穩(wěn)壓電源的電路設(shè)計(jì)4</p><p>　　1.1.1可行的直流穩(wěn)壓電源電路設(shè)計(jì)方案4</p><p>　　1.1.2最終決定的直流穩(wěn)壓電源電路設(shè)計(jì)方案7</p><p>　　1.2 直流穩(wěn)流

12、電源電路設(shè)計(jì)7</p><p>　　1.2.1可行的直流穩(wěn)流電源電路設(shè)計(jì)方案7</p><p>　　1.2.2最終決定的直流穩(wěn)流電8</p><p>　　1.3 DC-DC轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)8</p><p>　　1.3.1可行的DC-DC轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)方案8</p><p>　　1.3.1.1PWM DC/DC變

13、換器8</p><p>　　1.3.2最終決定的DC-DC轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)方案12</p><p>　　1.4電路圖與主要工作原理12</p><p>　　1.4.1穩(wěn)壓模塊工作原理12</p><p>　　1.4.2穩(wěn)流模塊工作原理13</p><p>　　1.4.3DC-DC轉(zhuǎn)換器模塊工作原理13</

14、p><p>　　1.5主要參數(shù)的選擇與計(jì)算14</p><p>　　2安裝、調(diào)試、仿真過(guò)程16</p><p>　　2.1電路實(shí)物的安裝與調(diào)試16</p><p>　　2.2DC-DC轉(zhuǎn)換器的仿真與參數(shù)分析16</p><p>　　2.3針對(duì)問(wèn)題的調(diào)試17</p><p>　　3數(shù)據(jù)整理及

15、最終分析19</p><p>　　3.1穩(wěn)壓模塊的數(shù)據(jù)結(jié)果19</p><p>　　3.2穩(wěn)流模塊的數(shù)據(jù)結(jié)果20</p><p>　　3.3 DC-DC變換器的數(shù)據(jù)結(jié)果：20</p><p>　　3.4 數(shù)據(jù)分析：20</p><p><b>　　4 心得體會(huì)22</b></p&

16、gt;<p><b>　　參考文獻(xiàn)23</b></p><p>　　附錄 元器件清單24</p><p><b>　　1原理電路的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　1.1直流穩(wěn)壓電源的電路設(shè)計(jì)</p><p>　　1.1.1可行的直流穩(wěn)壓電源電路設(shè)計(jì)方案</p>&l

17、t;p>　　經(jīng)過(guò)多方查找資料，我認(rèn)為直流穩(wěn)壓電源電路的設(shè)計(jì)可以采用兩種大思路：采用分立元件設(shè)計(jì)或采用集成穩(wěn)壓芯片設(shè)計(jì)。</p><p>　　分立元件的設(shè)計(jì)方案我查找到以下幾種：</p><p>　　1.1.1.1由運(yùn)算放大器和晶體管構(gòu)成的穩(wěn)壓電路：</p><p>　　圖表 1 運(yùn)算放大器和晶體管構(gòu)成的穩(wěn)壓電路</p><p>　　如

18、圖a、b是由運(yùn)算放大器和晶體管構(gòu)成的穩(wěn)壓電路。如圖(a)是采用運(yùn)算放大器的高穩(wěn)定性基準(zhǔn)電壓電路，A1輸出采用VDZ1進(jìn)行電平移動(dòng)，目的是使其工作穩(wěn)定。VDZ2是溫度補(bǔ)償型穩(wěn)壓二極管，溫度特性非常好。由于該二極管的電流恒定，因此電壓變動(dòng)非常小。VT1的發(fā)射極電壓約為16V,因此,VDZ2的電流也恒定,輸出電壓非常穩(wěn)定?！　∪鐖D(b)~(d)是誤差放大器采用TA7502的穩(wěn)壓電路。其中，如圖(b)是輸出電壓高于穩(wěn)壓二極管穩(wěn)定電壓的電路，

19、如圖(c)是輸出電壓低于穩(wěn)壓二極管穩(wěn)定電壓的電路。   為了增大輸出電流，采用VT1作為射隨電路，輸出電流為10mA左右時(shí);只用TA7502已足夠。VT2為限流晶體管，R1為電流檢測(cè)電阻，當(dāng)電路輸出電流超過(guò)設(shè)定值時(shí)，R1上電壓降增大使VT2導(dǎo)通，從而限制輸出電流。如圖(d)是負(fù)輸出電壓電路，其工作原理與如圖(b)電路基本相同。</p><p>　　1.1.1.2分立元件制作的帶限流保護(hù)可調(diào)穩(wěn)壓

20、電源:</p><p>　　P1 是用來(lái)設(shè)置限制最大輸出電流，調(diào)整它可以在相應(yīng)的輸出電壓時(shí)，給出50mA-2A的電流限制。 P2 用做輸出電壓調(diào)節(jié)。這里必須注意的是要求用對(duì)數(shù)型的電位器。這樣輸出電壓的可調(diào)性和線性會(huì)更好些。 電源變壓器的輸出電壓和容量應(yīng)根據(jù)你所需要的輸出電壓和電流來(lái)選區(qū)。最佳的方案是：變壓器次級(jí)電壓為36、40、48V或帶中間抽頭的50、75、80V。容量為100VA。 電容C1可以從2200-6

21、800uF/35-50V之間選擇。BC182 為50V/100mA/NPN三極管；BD139為80V/1.5A/NPN三極管；BC212為50V/100mA/PNP三極管；2N3055為60V/15A/NPN三極管。 Q4必需使用散熱器，另外它可以由TIP3055替代。 </p><p>　　1.1.1.3 LM317集成穩(wěn)壓芯片構(gòu)成的可調(diào)式穩(wěn)壓電源</p><p>　　這里介紹的可調(diào)穩(wěn)

22、壓電源可以實(shí)現(xiàn)從1.25V~30V連續(xù)可調(diào)，輸出電流可到4A左右。采用最常見(jiàn)的可調(diào)穩(wěn)壓集成電路LM317組成電路的核心，關(guān)于LM317的詳細(xì)指標(biāo)參數(shù)可參閱用LM317制作簡(jiǎn)易電源電路。下面簡(jiǎn)單介紹一下該電路的特點(diǎn)。</p><p>　　本電路中，由T2、D5、VW1、R5、R6、C10及繼電器K構(gòu)成自適應(yīng)切換動(dòng)作電路。當(dāng)輸出電路低于14V時(shí)，VW1因擊穿電壓不夠而截止，無(wú)電流通過(guò)，T2截止，K不吸合，其觸點(diǎn)K在常

23、態(tài)位置，電路輸入電流14V交流電。反之當(dāng)輸出電壓高于14V時(shí)，VW1擊穿導(dǎo)通，T2亦導(dǎo)通，繼電器K吸合，28V交流電接入電路。這樣可以保證輸入電壓與輸出電壓差不會(huì)大于15V，此時(shí)，LM317輸出電流典型值為2.2A。圖中采用了兩塊LM317供電，整個(gè)電路輸出電流可在4A以上。由于兩塊LM317參數(shù)不可能一樣，電路中在LM317輸出端串接了小阻值電阻R3、R4，用以均分電流。</p><p>　　圖表3 LM317

24、集成穩(wěn)壓芯片構(gòu)成的可調(diào)式穩(wěn)壓電源</p><p>　　輸出電壓調(diào)整由RP1、RP2完成。附加晶體管T1的目的在于避免電位器RP1滑動(dòng)端接觸不良，使W317調(diào)整公共端對(duì)地開(kāi)路，造成輸出電壓突然變化，損壞電源及負(fù)載</p><p>　　雙色發(fā)光二極管作為保險(xiǎn)絲熔斷指示器（紅光）兼電源只是器（橙色光）。當(dāng)電源正常時(shí)，兩只發(fā)光二極管均加有正向電壓，紅、綠發(fā)光二極管均發(fā)光，形成橙色光。當(dāng)保險(xiǎn)絲FU2

25、斷開(kāi)時(shí)，僅紅色發(fā)光管加有正向電壓，故此時(shí)只發(fā)紅光。</p><p>　　為保證穩(wěn)壓準(zhǔn)確，設(shè)計(jì)電路板時(shí)主電流回路應(yīng)足夠?qū)挘⒑干?mm以上的銅導(dǎo)線或涂錫，以減少紋波電壓。C6、C8盡量靠近LM317的輸入、輸出端，并優(yōu)先采用無(wú)感電容。C5如無(wú)合適容量，可用幾只電容并聯(lián)。R3、R4可用錳絲自制。</p><p>　　調(diào)試時(shí)，調(diào)整RP1、RP2應(yīng)使繼電器在電源輸出14V左右時(shí)吸合，否則可調(diào)換穩(wěn)壓

26、二極管再試。</p><p>　　1.1.2最終決定的直流穩(wěn)壓電源電路設(shè)計(jì)方案</p><p>　　最終，我決定采用第三種LM317三端集成穩(wěn)壓芯片設(shè)計(jì)直流穩(wěn)壓源，主要因?yàn)樗氖褂梅浅：?jiǎn)單，僅需兩個(gè)外接電阻來(lái)設(shè)置輸出電壓。此外它的線性調(diào)整率和負(fù)載調(diào)整率也比標(biāo)準(zhǔn)的固定穩(wěn)壓器好。LM117/LM317 內(nèi)置有過(guò)載保護(hù)、安全區(qū)保護(hù)等多種保護(hù)電路。通常 LM117/LM317 不需要外接電容，除非

27、輸入濾波電容到 LM117/LM317 輸入端的連線超過(guò) 6 英寸（約 15 厘米）。使用輸出電容能改變瞬態(tài)響應(yīng)。調(diào)整端使用濾波電容能得到比標(biāo)準(zhǔn)三端穩(wěn)壓器高的多的紋波抑制比。</p><p>　　1.2 直流穩(wěn)流電源電路設(shè)計(jì)</p><p>　　1.2.1可行的直流穩(wěn)流電源電路設(shè)計(jì)方案</p><p>　　最終，我決定采用第三種LM317三端集成穩(wěn)壓芯片設(shè)計(jì)直流

28、穩(wěn)壓源，主要因?yàn)樗氖褂梅浅：?jiǎn)單，僅需兩個(gè)外接電阻來(lái)設(shè)置輸出電壓。此外它的線性調(diào)整率和負(fù)載調(diào)整率也比標(biāo)準(zhǔn)的固定穩(wěn)壓器好。LM117/LM317 內(nèi)置有過(guò)載保護(hù)、安全區(qū)保護(hù)等多種保護(hù)電路。通常 LM117/LM317 不需要外接電容，除非輸入濾波電容到 LM117/LM317 輸入端的連線超過(guò) 6 英寸（約 15 厘米）。使用輸出電容能改變瞬態(tài)響應(yīng)。調(diào)整端使用濾波電容能得到比標(biāo)準(zhǔn)三端穩(wěn)壓器高的多的紋波抑制比。</p><

29、;p>　　1.2.1.1高精度恒壓恒流直流穩(wěn)壓電源電路</p><p>　　該電路可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)流輸出，但毫無(wú)疑問(wèn)的是過(guò)于復(fù)雜，精度極高，超出題目要求及制作條件，故不予考慮。</p><p>　　1.2.1.2開(kāi)關(guān)電源式高壓恒流源電路圖</p><p>　　研制儀器需要一個(gè)能在0到3兆歐姆電阻上產(chǎn)生1MA電流的恒流源,用UC3845結(jié)合12V蓄電池設(shè)計(jì)了一個(gè),變壓

30、器采用彩色電視機(jī)高壓包,其中L1用漆包線在原高壓包磁心上繞24匝,L3借助原來(lái)高壓包的一個(gè)線圈,L2借助高壓包的高壓部分.L3和LM393構(gòu)成限壓電路,限制輸出電壓過(guò)高,調(diào)節(jié)R10可以調(diào)節(jié)開(kāi)路輸出電壓</p><p>　　1.2.1.3三端固定輸出集成穩(wěn)壓器組成的輸出電流可調(diào)的恒流源電路</p><p>　　此種電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，穩(wěn)流效果比較好，但由于7805的2、3端之間電壓比較大，導(dǎo)致R1

31、、R2上分得電壓和消耗功率較多，影響電路效率。</p><p>　　1.2.1.4改進(jìn)方案</p><p>　　同樣是采用的LM317集成三端穩(wěn)壓器，用12V供電，依靠317的2、3兩端帶隙電壓恒定的特點(diǎn)，用R3與RS2的阻值控制輸出電流的大小，達(dá)到輸出穩(wěn)定可調(diào)電流的目的。</p><p>　　圖表4 LM317組成穩(wěn)流電源電路</p><p&g

32、t;　　1.2.2最終決定的直流穩(wěn)流電</p><p><b>　　源電路設(shè)計(jì)方案</b></p><p>　　最終我決定采用第四種設(shè)計(jì)方案，原因基本與穩(wěn)壓源的選擇想通。而且用LM317制作這一電路簡(jiǎn)單易行，在性能上又能達(dá)到設(shè)計(jì)要求指標(biāo)，是最合理和最理想的方案之一。</p><p>　　1.3 DC-DC轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)</p>&

33、lt;p>　　1.3.1可行的DC-DC轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)方案</p><p>　　1.3.1.1PWM DC/DC變換器</p><p>　　圖表 5 UC3843組成的PWM DC/DC變換器</p><p>　　1MHz 電流型 PWM DC/DC變換器的原理框圖。電流型控制電路以 UC3843 為核心，開(kāi)關(guān)頻率為1MHz；變換器采用推挽式〔3〕主電路 ；

34、同步整流采用功率 MOSFET 可控整流電路；輔助電流由電阻和12V穩(wěn)壓管組成(也可采用自舉電路)，為 UC3843 提供+12V 電源；電流采樣是取變壓器初級(jí)串聯(lián)電阻上的電壓(見(jiàn)圖2中電阻R)。 </p><p>　　UC3843 的限流和占空比控制 </p><p>　　變壓器初級(jí)電流流過(guò)取樣電阻R后，在R兩端產(chǎn)生正比于初級(jí)電流的電壓，該電壓經(jīng) RC 濾波加到 UC3843 的9腳，從

35、而實(shí)現(xiàn)逐周限流。正常工作狀態(tài)下，UC3825的9腳輸入電壓必須低于1V 門(mén)限電壓。9腳輸入電壓超過(guò)1V時(shí)，脈寬將隨之變窄。當(dāng)9腳輸入電壓超過(guò)1.4V時(shí)，輸出電流中斷，并且 UC3843 開(kāi)始軟啟動(dòng)程序。 </p><p>　　利用斜坡 RAMP 腳(7腳)輸入信號(hào)， UC3843 可以實(shí)現(xiàn)電流型控制或常規(guī)的占空比控制。當(dāng)該腳接定時(shí)電容器時(shí)，UC3843 可以實(shí)現(xiàn)占空比控制。當(dāng) RAMP 腳接電流取樣電阻時(shí)，UC3

36、843 可以實(shí)現(xiàn)電流型控制。在這種應(yīng)用電路中，初級(jí)電流波形經(jīng)過(guò)很小的RC濾波網(wǎng)絡(luò)后，產(chǎn)生斜坡波形。RC網(wǎng)絡(luò)的作用是斜率補(bǔ)償。該輸入信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍為1.3V，通常用來(lái)產(chǎn)生 PWM 斜率補(bǔ)償。 </p><p><b>　　同步整流電路 </b></p><p>　　過(guò)去低電壓輸出的 DC/DC 開(kāi)關(guān)變換器采用肖特基二級(jí)管作為同步整流管，其正向壓降約為0.4 ～0.65V

37、，低電壓、大電流時(shí)通態(tài)功耗很大。因功率MOSFET管的正向壓降很小，所以用功率MOSFET管作為輸出的整流管。與肖特基二極管相比，用功率 MOSFET 管的優(yōu)點(diǎn)除了正向壓降很小外，還有阻斷電壓高，反向電流小等優(yōu)點(diǎn)。圖2所示為輸出全波</p><p>　　同步整流電路。功率MOSFET管VT1、VT2為兩個(gè)整流管(VD1、VD2分別為VT1、VT2內(nèi)部反并聯(lián)二極管)。當(dāng)變壓器次級(jí)繞組同名端為正時(shí)，VT2、VD2同時(shí)

38、導(dǎo)通，VT1、VD1阻斷 ，在L1續(xù)流期間，VT1、VT2截止，VD1、VD2同時(shí)導(dǎo)通續(xù)流；反之，當(dāng)變壓器次級(jí)繞組同名端為負(fù)時(shí)，VT1、VD1同時(shí)導(dǎo)通，VT2、VD2阻斷，在 L1續(xù)流期間，VT1、VT2截止，VD1、VD2同時(shí)導(dǎo)通續(xù)流。 </p><p>　　采取此功率 MOSFET 管整流電路，可以大大提高整流效率。輸出+5V/20A，采取導(dǎo)通電阻10mΩ的功率 MOSFET 管，則導(dǎo)通損耗為：</p&

39、gt;<p>　　PON=10mΩ×(20A)2=4×103mW=4w</p><p>　　如果采取肖特基二極管整流電路，肖特基二極管的導(dǎo)通壓降取0.6V，則導(dǎo)通損耗為： </p><p>　　PON=0.6V×20A=12w </p><p>　　可見(jiàn)僅整流管損耗就減小8W，效率約能提高6%。 </p>&

40、lt;p><b>　　變壓器的制造 </b></p><p>　　初級(jí)繞組 N2與次級(jí)繞組 N4之間具有較緊密的耦合；而初級(jí)繞組 N1到初級(jí)繞組 N2之間的耦合不很?chē)?yán)格。 </p><p><b>　　高頻設(shè)計(jì) </b></p><p>　　需要特別注意外部導(dǎo)體和元件的布置，減小不必要的電感和電容影響。所有的導(dǎo)線長(zhǎng)度

41、必須盡可能地短。印制電路板應(yīng)仔細(xì)地布置元件及其連接。功率 MOSFET 管柵極的電阻應(yīng)選碳成分的電阻，以降低串聯(lián)電感.</p><p>　　1.3.1.2 NE555芯片的升壓電路</p><p>　　圖表 6 NE555芯片的升壓電路</p><p>　　E555、RW2、R7、R8、C6組成多諧振蕩電路，由NE555的引腳3輸出振蕩波形；R9、C8組成加速電

42、路，Q5為推動(dòng)管；Q6 組成電流開(kāi)關(guān)電路，L1是儲(chǔ)能元件，R14、C9是阻尼元件；D9、C10、C11組成輸出整流濾波電路；D11、R15為輸出電壓指示電路。 </p><p>　　上電時(shí)，VCC通過(guò)RW2、R7、R8給C6充電，NE555輸出高電平，當(dāng)C6的電壓>2/3VCC 時(shí)，NE555輸出翻轉(zhuǎn)，開(kāi)始輸出低電平，引腳 7對(duì)地短路，此時(shí)C6通過(guò)R8對(duì)地放電，當(dāng)C6上電壓<1/3VCC 時(shí)，NE55

43、5輸出翻轉(zhuǎn)，再次輸出高電平，引腳7對(duì)地呈現(xiàn)斷路，VCC再次向 C6充電，如此周而復(fù)始，在NE555的輸出端輸出周期矩形波。 </p><p>　　當(dāng)NE555輸出低電平時(shí)，Q5截至，Q6導(dǎo)通，電源VCC經(jīng)L1、Q6形成回路，電能轉(zhuǎn)換為磁能；當(dāng)NE555輸出高電平時(shí)，Q5導(dǎo)通，Q6截至，由于電感，里面電流不能突變，此時(shí)L1上儲(chǔ)存的磁能轉(zhuǎn)換為電能，在L1兩端產(chǎn)生一自感應(yīng)電壓，此自感電壓與電源電壓串聯(lián)起來(lái)一起經(jīng)D9向C

44、10充電，同時(shí)向負(fù)載提供電流。此電路輸出的電壓大于電源電壓，為一升壓式開(kāi)關(guān)電源。</p><p>　　通過(guò)調(diào)節(jié)RW2，可以改變NE555的振蕩周期，同時(shí)也改變了輸出波形的占空比，從而改變L1的儲(chǔ)能大小，最終改變了輸出電壓值。</p><p>　　1.3.1.3 集成運(yùn)算放大器的升壓電路</p><p>　　不過(guò)此電路只能由5V升至30V，達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。</

45、p><p>　　1.3.1.4 DC-AC-DC轉(zhuǎn)換升壓電路</p><p>　　如圖表7所示，這一電路依靠Q1、Q2、Q3組成的自激震蕩電路，將直流電源輸入的電能轉(zhuǎn)化為交流電壓，經(jīng)變壓器升壓后再恢復(fù)為直流。此種電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)合理，且升壓范圍比較大，能夠達(dá)到設(shè)計(jì)要求。缺點(diǎn)在于輸出的電壓不穩(wěn)定，有較大波動(dòng)，而且交流紋波電壓比較大。</p><p>　　圖表7 DC-

46、AC-DC轉(zhuǎn)換升壓電路</p><p>　　1.3.2最終決定的DC-DC轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)方案</p><p>　　鑒于制作難度、電路性能、工作效率、元器件取得的難易程度等多方面考慮，我最后選擇了第四種設(shè)計(jì)方案，至于是否能制作成功，還要看電路的仿真結(jié)果。</p><p>　　1.4電路圖與主要工作原理</p><p>　　經(jīng)過(guò)仔細(xì)研究，我決定采用

47、如下電路制作穩(wěn)定電源實(shí)物。</p><p>　　1.4.1穩(wěn)壓模塊工作原理</p><p>　　本電路的穩(wěn)壓電源模塊采用了LM317集成穩(wěn)壓電源構(gòu)成的可調(diào)式穩(wěn)壓電路，將22V-15V變壓器變出的15V交流電壓，經(jīng)過(guò)全波橋式整流后得到直流脈動(dòng)電壓，在經(jīng)過(guò)濾波電容的調(diào)整成為一近似恒壓的直流電壓，最終經(jīng)過(guò)LM317穩(wěn)壓后得到穩(wěn)定的1.25V帶隙電壓。再依靠R1電阻固定電流，經(jīng)R2與RS1調(diào)整輸出

48、端的電壓。達(dá)到輸出穩(wěn)定可調(diào)電壓的要求。</p><p>　　1.4.2穩(wěn)流模塊工作原理</p><p>　　本電路的穩(wěn)流電源模塊采用了LM317集成穩(wěn)壓電源構(gòu)成的可調(diào)式穩(wěn)流電路，將上一級(jí)產(chǎn)生的12V穩(wěn)定電壓轉(zhuǎn)換為輸出端的4-20mA的穩(wěn)定電流。由穩(wěn)壓源供電，仍然是依靠LM317</p><p>　　的帶隙電壓，通過(guò)R3與RS2電阻的調(diào)節(jié)控制輸出端電流，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定輸出可

49、調(diào)電流的題目要求。</p><p>　　圖表8 完整電路圖</p><p>　　1.4.3DC-DC轉(zhuǎn)換器模塊工作原理</p><p>　　同樣是依靠第一級(jí)的穩(wěn)定電壓輸出供電，依靠Q1、Q2、Q3和R7、R8、C5構(gòu)成的自激振蕩電路，由上一級(jí)的直流供電產(chǎn)生一個(gè)交流電信號(hào)，在經(jīng)過(guò)變壓器升壓，再度轉(zhuǎn)換為直流信號(hào)輸出，同時(shí)達(dá)到升壓的目的。</p><

50、p>　　1.5主要參數(shù)的選擇與計(jì)算</p><p><b>　?。ü揭唬?lt;/b></p><p><b>　?。ü蕉?lt;/b></p><p><b>　?。ü饺?lt;/b></p><p><b>　　（公式四）</b></p>

51、<p><b>　　選二極管</b></p><p><b>　?。ü轿澹?lt;/b></p><p><b>　　電流平均值：</b></p><p><b>　?。ü搅?lt;/b></p><p>　　承受最高反壓：

52、 （公式七）</p><p>　　選二極管應(yīng)滿足：IF (2 3) ID （公式八）</p><p>　　可選：2CZ55C(IF = 1 A，URM = 100 V)或 1 A、100 V 整流橋，此電路中選擇2A、100V整流橋，滿足要求。</p>

53、;<p><b>　　2. 選濾波電容</b></p><p><b>　　（公式九）</b></p><p><b>　?。ü绞?lt;/b></p><p>　　可選： 1 000 F，耐壓 50 V 的電解電容</p><p>　　根據(jù)輸出直流電壓UO = 1

54、5（V）的要求，由式(7-8)穩(wěn)定電壓</p><p><b>　?。ü绞唬?lt;/b></p><p>　　由輸出電壓VO = 15（v）及最小負(fù)載電阻RL = 3KΩ的要求,負(fù)載電流最大值</p><p><b>　?。ü绞?lt;/b></p><p>　　由式(7-8)計(jì)算 mA<

55、/p><p>　　查半導(dǎo)體器件手冊(cè)，選擇穩(wěn)壓管2CW20，其穩(wěn)定電壓UZ = (13.5～17) (V)，穩(wěn)定電流mA， mA。</p><p>　　2安裝、調(diào)試、仿真過(guò)程</p><p>　　本設(shè)計(jì)方案采用實(shí)物與仿真共同采用的方式：穩(wěn)壓、穩(wěn)流模塊和DC-DC轉(zhuǎn)換器，制作還算簡(jiǎn)單，易于調(diào)試，雖然所購(gòu)買(mǎi)的元器件與實(shí)驗(yàn)原理圖中元器件的計(jì)算值有差異，但是對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果和仿真影響不

56、大，最后得出的實(shí)驗(yàn)結(jié)果還是與實(shí)驗(yàn)要求相符合。</p><p>　　2.1電路實(shí)物的安裝與調(diào)試</p><p><b>　　焊接過(guò)程省略。</b></p><p>　　完成電路板后，將電源與變壓器接至電路的輸入端口，閉合開(kāi)關(guān)s1，用萬(wàn)用表在電壓輸出端測(cè)量，得到輸出電壓為11.73V,調(diào)節(jié)電位器RS1，輸出電壓可以實(shí)現(xiàn)9-12V的穩(wěn)定輸出變化，證明

57、原理正確，電路圖繪制正確，且電路板此模塊制作無(wú)誤。</p><p>　　閉合開(kāi)關(guān)s2，用萬(wàn)用表測(cè)量電流輸出端，得到電流12.3mA。調(diào)節(jié)電位器RS2，電流輸出端可以實(shí)現(xiàn)4-20 mA的穩(wěn)定輸出變化，證明恒流部分原理正確，電路圖繪制正確，且電路板此模塊制作無(wú)誤。</p><p>　　2.2DC-DC轉(zhuǎn)換器的仿真與參數(shù)分析</p><p>　　在仿真軟件MULTISIM

58、里按設(shè)計(jì)原理圖繪制好電路圖，并設(shè)置好參數(shù)（由于沒(méi)有合適的變壓器，故采用TS_PQ4_10代替），安裝萬(wàn)用表。打開(kāi)仿真開(kāi)關(guān)后，觀察到如下圖表 8所示結(jié)果。</p><p>　　升壓之后的值達(dá)到了400V左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)題目要求的100V的直流電壓，從這個(gè)角度看似乎是超額完成了任務(wù)，但仔細(xì)分析之后發(fā)現(xiàn)，電壓升至400V左右后并不能穩(wěn)定的停留在某一定值上，而是不停地小幅變動(dòng)。并且由于電容的選擇導(dǎo)致時(shí)間常數(shù)過(guò)大，需要較長(zhǎng)

59、時(shí)間才能達(dá)到較穩(wěn)定的值，證明這一設(shè)計(jì)不夠穩(wěn)定，容易收到干擾，并沒(méi)有達(dá)到題目的要求。應(yīng)想辦法改變這一模塊的設(shè)計(jì)。</p><p>　　2.3針對(duì)問(wèn)題的調(diào)試</p><p>　　針對(duì)2DC-DC轉(zhuǎn)換器模塊存在的問(wèn)題，我對(duì)電路作了如下調(diào)整：在輸出端的兩邊串聯(lián)兩個(gè)電阻，阻值分別為10M歐和30M歐，再將一10nF的瓷片電容與10M歐電阻并聯(lián)，并以瓷片電容的兩端作為電壓的最終輸出端。再次仿真測(cè)試后得

60、到如下圖表9所示結(jié)果。</p><p>　　圖表9 轉(zhuǎn)換器的仿真結(jié)果1</p><p>　　圖表10 轉(zhuǎn)換器的仿真結(jié)果2</p><p>　　3數(shù)據(jù)整理及最終分析</p><p>　　為了便于圖片和數(shù)據(jù)的整理，我特將穩(wěn)壓與穩(wěn)流模塊也進(jìn)行了仿真，仿真結(jié)果如下圖：</p><p>　　3.1穩(wěn)壓模塊的數(shù)據(jù)結(jié)果</p&

61、gt;<p>　　如圖10所示，穩(wěn)壓電源 在輸入電壓220V、50Hz、電壓變化范圍＋15%～－20%條件下：</p><p>　　a．輸出電壓可調(diào)范圍為+9.019V～+13.663V</p><p>　　b．最大輸出電流為1.537A</p><p>　　c．電壓調(diào)整率為0.172%（輸入電壓220V變化范圍＋15%～－20%下，空載到滿載）<

62、;/p><p>　　d．負(fù)載調(diào)整率0.79%（最低輸入電壓下，滿載）</p><p>　　e．紋波電壓（峰-峰值）2.37mV（最低輸入電壓下，滿載）</p><p>　　f．效率43.36%（輸出電壓9V、輸入電壓220V下，滿載）</p><p>　　3.2穩(wěn)流模塊的數(shù)據(jù)結(jié)果</p><p>　　如圖11所示，穩(wěn)流電源

63、 在輸入電壓固定為＋12V的條件下：</p><p>　　a．輸出電流：3.112～20.26mA可調(diào)</p><p>　　b．負(fù)載調(diào)整率為8.32%（輸入電壓＋12V、負(fù)載電阻由200Ω～300Ω變化時(shí)，輸出電流為20mA時(shí)的相對(duì)變化率）</p><p>　　3.3 DC-DC變換器的數(shù)據(jù)結(jié)果：</p><p>　　DC-DC變換器 在輸入

64、電壓為+9V～+12V條件下：</p><p>　　a．輸出電壓為+101.104V，輸出電流為44.796uA</p><p>　　b．電壓調(diào)整率3.7%（輸入電壓變化范圍+9V～+12V）</p><p>　　c．負(fù)載調(diào)整率6.1%（輸入電壓+12V下，空載到滿載）</p><p>　　d．紋波電壓（峰-峰值）0mV （輸入電壓+9V下，

65、滿載）</p><p><b>　　3.4 數(shù)據(jù)分析：</b></p><p>　　由以上數(shù)據(jù)可見(jiàn)，穩(wěn)壓模塊、穩(wěn)流模塊以基本完成題目要求，達(dá)到了各項(xiàng)要求指標(biāo)，說(shuō)明設(shè)計(jì)合理，制作正確。</p><p>　　而DC-DC變換器變換器模塊的各項(xiàng)數(shù)值沒(méi)有明顯達(dá)到題目要求，我分析原因有以下幾點(diǎn)：</p><p>　　電路圖本身的問(wèn)

66、題：電路圖本身的穩(wěn)定性不夠好，沒(méi)有穩(wěn)定電壓的電路模塊，所以輸出的電壓極其不穩(wěn)定，波動(dòng)比較大。</p><p>　　仿真過(guò)程中的問(wèn)題：由于電路原圖上選用的變壓器是專(zhuān)門(mén)制作的變壓器，在仿真軟件里沒(méi)有對(duì)應(yīng)的電子實(shí)體，所以沒(méi)有辦法選擇合適的輸出電壓值，造成輸出電流比要求差很多，而且電壓調(diào)整率和負(fù)載調(diào)整率比較大，且達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)所需要的時(shí)間比較長(zhǎng)。</p><p><b>　　4 心得體會(huì)&

67、lt;/b></p><p>　　為期兩個(gè)星期的課程設(shè)計(jì)已經(jīng)結(jié)束，在這兩個(gè)星期的學(xué)習(xí)、設(shè)計(jì)、焊接過(guò)程中我感受頗深。使我對(duì)抽象的理論知識(shí)有了具體的認(rèn)識(shí)。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我掌握了常用元件的識(shí)別和測(cè)試；熟悉了常用儀器儀表；了解了電路的連接、焊接方法；以及如何提高電路的性能等等。</p><p>　　制作了這次穩(wěn)定電源之后，不但讓我理解了有關(guān)于穩(wěn)壓電源、穩(wěn)流電源和直流轉(zhuǎn)換器的有關(guān)知識(shí)，就連

68、與之相關(guān)的其他模電知識(shí)也都很好的復(fù)習(xí)了一遍，這不僅僅是加深了理解這么簡(jiǎn)單，我是真正意義上的理會(huì)了其中的含義，讓我可以把書(shū)本上的知識(shí)用于解決實(shí)際中遇到的問(wèn)題。</p><p>　　通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，讓我懂得首先要對(duì)設(shè)計(jì)原理搞懂，才能在設(shè)計(jì)內(nèi)容方面游刃有余。我也從中加深了各種電子電氣元件的了解，比如四角開(kāi)關(guān)的接法，LM317的接法和工作條件，這次課程設(shè)計(jì)是自電工實(shí)習(xí)以來(lái)對(duì)我們的電氣知識(shí)的又一次補(bǔ)充和熟練，加深了我們對(duì)

69、各種實(shí)際問(wèn)題處理的經(jīng)驗(yàn)。</p><p>　　此外，我學(xué)習(xí)到電路仿真的一般步驟，即先新建仿真設(shè)計(jì)項(xiàng)目，然后輸入原理電路結(jié)構(gòu)圖并連接好線路，接著編輯修改元件標(biāo)號(hào)和參數(shù)值，再接著新建所需要的仿真簡(jiǎn)要表，執(zhí)行仿真，如果有原理及連線的錯(cuò)誤，就要重新修改后再執(zhí)行仿真，最后查看輸出的仿真結(jié)果。</p><p>　　還有就是在焊接過(guò)程中，好多同學(xué)被電烙鐵燙傷了，也有同學(xué)不小心把電烙鐵燙在電線上，導(dǎo)致電線

70、燒壞甚至短路或者觸電。這不得不讓我想起安全問(wèn)題，所以在以后的實(shí)驗(yàn)中我們應(yīng)該注意安全，讓不必要的傷害減至最少。另外大容量的電容也容易損壞，甚至造成安全事故，發(fā)生爆炸等等。我們應(yīng)該特別注意電容等具有危險(xiǎn)性的電氣元件。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]謝自美 主編 《電子線路設(shè)計(jì)·實(shí)驗(yàn)·測(cè)試》 第三版，華中科技大

71、學(xué)出版社，2006年出版</p><p>　　[2]梁宗善主編 《新型集成電路的應(yīng)用-電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)》，華中科技大學(xué)出版社，1998年出版</p><p>　　[3]孫梅生等編著 《電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)》，高等教育出版社，2005年出版</p><p>　　[4]黃繼昌，張海貴主編《實(shí)用單元電路及其應(yīng)用》；人民郵電出版社，2000年出版 </p>

72、;<p>　　[5]王衛(wèi)東，江曉安主編《模擬電子電路基礎(chǔ)》， 西安電子科技大學(xué)出版社，2003年出版</p><p>　　[6]王槐斌 吳建國(guó) 周?chē)?guó)平主編《電路與電子簡(jiǎn)明教程》， 華中科技大學(xué)出版社，2006年出版</p><p>　　[7]劉泉主編：《數(shù)字信號(hào)處理原理與實(shí)現(xiàn)》，電子工業(yè)出版社，2005年出版</p><p><b>　　附錄