毕业设计(论文)-可调直流稳压电源的设计与组装.doc
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1、西安欧亚学院本科毕业论文(设计) 西安欧西安欧亚亚学院学院 本科本科毕业论毕业论文(文(设计设计) ) 题题 目:目: 学生姓名:学生姓名: 指指导导教教师师: : 所在分院:所在分院: 专专 业业: : 班班 级级: : 二二 OO 年年 月月 西安欧亚学院本科毕业论文(设计) 可调直流稳压电源的设计与组装可调直流稳压电源的设计与组装 摘要:摘要:采用三端集成 W317(W117、W217)正电压输出和 W337(W137、W237)负 电压输出的可调式稳压器,输出电压在1.25-37V 之间连续可调电压供功率放大器 使用。该稳压电源具有性能稳定.结构简单.电压、电流指标精度高.调节方便等优
2、点。 三端可调稳压器的输出电压可调,稳压精度高,输出纹波小,其一般输出电压 为 1.2537v 或1.2537v 连续 可调。因此它的性能优良,可靠性高。又因这 种稳压器 具有体积小、使用方便、价格低廉等优点,所以得到广泛应用。 本文介绍了三端集成 W317 和 W337 为稳压器的可调直流稳压电源的设计与制作。 关键字:关键字:稳压器;变压器;可调电源 西安欧亚学院本科毕业论文(设计) Adjustable dc manostat design and assembly Abstract: adopting three end W317 (W117, integrated W217) is
3、W337 (W137 voltage output and W237) load voltage output, the output voltage regulators, adjustable in + 1.25 - + 37V continuous adjustable voltage between use for power amplifier. This manostat has stable performance. Simple structure. Voltage, current index precision. Convenient adjustment, etc. Th
4、ree end adjustable regulators adjustable output voltage, high precision, the output voltage ripple is small, the general output voltage of 1.25 37v or - 1.25 - 37v continuous adjustable. So its excellent performance, high reliability. And because the stabilizer has small volume, convenient, price is
5、 low wait for an advantage, so widely used. This paper introduces three end W317 and W337 integrated for regulators adjustable dc manostat design and production. Key word: regulators; Transformer; Adjustable power 西安欧亚学院本科毕业论文(设计) 目录目录 第一章 引言1 1.1 论文研究背景与意义 1 1.2 本课题研究内容与目标 1 第二章 稳压电源2 2.1 集成稳压器的概述
6、2 2.1.1 集成稳压器的分类 .2 2.1.2 开关式集成稳压器的特点 .2 2.2 集成稳压电源的主要性能和指标 2 2.2.1 稳压系数 Sv.2 2.2.2 稳压电路的输出电阻 .3 2.2.3 电流调整率 SI3 2.2.4 电压调整率 SU3 2.2.5 纹波系数 3 2.3 三端式输出集成稳压器.5 2.3.1 固定式三端式稳压器 5 2.3.2 三端试可调稳压器 W317(LM317).5 2.4 直流稳压电源的基本原理 .5 2.5 串联型集成稳压电源的组成及原理 .6 2.5.1 线性串联型稳压电路 6 2.5.2 集成线性稳压电路6 2.6 可调试集成稳压电源的设计.7
7、 2.6.1 可调试三端集成稳压电源的设计基础.7 2.6.2 计算.7 2.6.3 集成稳压器的散热器设计.8 第三章 电源的组装与测试.10 3.1 元器件 .10 3.2 安装与调试10 3.2.1 电源的指标及调试方法10 西安欧亚学院本科毕业论文(设计) 3.2.2 稳压电源的调试10 3.3 测试与仿真11 3.3.1 调试仪器.11 3.3.2 测量与仿真 .12 3.3.3 电路的误差分析.12 3.3.4 电路设计所出现问题.12 第四章 结论12 致谢.32 参考文献.33 西安欧亚学院本科毕业论文(设计) 第一章第一章 引言引言 1.11.1 论文研究背景与意义论文研究背
8、景与意义 随着电子技术的发展,电子设备在人们的生活和生产中的地位也越来越重要, 许多的电子设备对所需的电源也提出了更高的要求。而这其中相当多的电子设备不 能直接使用公用电网提供的交流电源, 而是需要稳定的直流电源,因此对直流电源 的性能、体积、重量等的要求也不断提高,再加上当今世界能源贫乏,于是对稳压 电源的功率损耗也提出了更严格的要求;同时,电子设备种类的不断增加,使得其 对直流电源输出电压值、电流值的需求也越来越多。 从上世纪九十年代末起,随着对系统更高效率和更低功耗的需求,电信与数据 通讯设备的技术更新推动电源行业中直流/直流电源转换器向更高灵活性和智能化方 向发展。在 80 年代的第一
9、代分布式供电系统开始转向到 20 世纪末更为先进的第四 代分布式供电结构以及中间母线结构,直流/直流电源行业正面临着新的挑战,即如 何在现有系统加入嵌入式电源智能系统和数字控制。 早在 90 年代中,半导体生产商们就开发出了数控电源管理技术,而在当时,这 种方案的性价比与当时广泛使用的模拟控制方案相比处与劣势,因而无法被广泛采 用。由于板载电源管理的更广泛应用和行业能源节约和运行最优化的关注,电源行 业和半导体生产商们便开始共同开发这种名为“数控电源”的新产品。 现今随着直流电源技术的飞跃发展, 整流系统由以前的分立元件和集成电路控 制发展为微机控制, 从而使直流电源智能化, 具有遥测、遥信、
10、遥控的三遥功能, 基本实现了直流电源的无人值守。 1.21.2 本课题研究内容与目标本课题研究内容与目标 在业余条件下进行电子制作,拥有一个可调节输出电压的稳压电源是非常有用 的,市面上所售的成品可调稳压电源价格一般都在百元以上,外表看上去是挺好看 的,但对于业余电子爱好者来说,实用是最主要的。本文介绍的这款可调稳压电源, 采用三端集成 W317(W117、W217)正电压输出和 W337(W137、W237)负电压输出的可调 式稳压器来实现输出电压在1.2537V 之间连续可调电压供功率放大器使用。要 求器件具有足够的散热条件。 西安欧亚学院本科毕业论文(设计) 第第 2 2 章章 稳压电源
11、稳压电源 2.12.1 集成稳压器的概述:集成稳压器的概述: 2.1.12.1.1 集成稳压器的分类集成稳压器的分类 集成稳压器又叫集成稳压电路,将不稳定的直流电压转换成稳定的直流电压 的集成电路, 用分立元件组成的稳压电源,固有输出功率大,适应性较广的优 点,但因体积大焊点多可靠性差而使其应用范围受到限制,近年来,集成稳压电 源已得到广泛应用,其中小功率的稳压电源以三端式串联型稳压器应用最为普遍。 一般分为线性集成稳压器和 半导体集成稳压器两类,线性集成稳压器又分为低 压差集成稳压器和一般压差集成稳压器 。开关集成稳压器分为降压型集成稳压 器、升压型集成稳压器和输入与输出极性相反集成稳压器。
12、 2.1.2 开关式集成稳压器的特点开关式集成稳压器的特点 开关式集成稳压电源是最近几年发展的一种稳压电源,其效率特别高。它的工 作原理与上面 3 种类型稳压器不同 ,是由直流变交流(高频)再变直流的变换器。 通常有脉冲宽度调制和脉冲频率调制两种,输出电压是可调的。 以 AN5900,TlJ494,HA17524 等为代表,目前广泛应用在微机、电视机和测量仪 器等设备中。 2.22.2 集成稳压电源的主要性能和指标:集成稳压电源的主要性能和指标: 2.2.12.2.1 稳压系数稳压系数 SvSv (电压调整率)(电压调整率) 稳压系数定义为:当负载保持不变,输出电压相 对变化量与输入电压相对变
13、化 量之比,即: 由于工程上常把电网电压波动10做为极限条件,因此也有将此时输出电压的相 对变化U0U0 做为衡量指标,称为电压调整率。 2.2.22.2.2 稳压电路的输出电阻稳压电路的输出电阻 输出电阻 R0 定义为:当输入电压 UI(指稳压电路输入电压)保持不变,由于 负载变化而引起的输出电压变化量与输出电流变化量之比,即 L R OO II U/ U Sv 常数 U/ U 西安欧亚学院本科毕业论文(设计) 输出电阻反映了稳压输出受负载变化的影响。 2.2.32.2.3 电流调整率电流调整率S SI I 输出电流从 0 变化到最大额定输出值时, 输出电压的相对变化量被称为电流调 整 率:
14、 2.2.42.2.4 电压调整率电压调整率S Su u 工程上把电网电压波动 10%做为极限条件,将输出电压的相对变化做为衡量指 标,称为电压调整率。 CR U U S L o o u 2.2.52.2.5 纹波系数纹波系数 定义稳压电路输入电压Ui中的交流分量udi和输出电压Uo中的交流分量udo之 比为纹波系数 。 =udi/udo 2.32.3 三端式输出集成稳压器:三端式输出集成稳压器: 2.3.12.3.1 固定式三端式稳压器固定式三端式稳压器 随着半导体工艺的发展,稳压电路也制成了集成器件。由于集成 稳压器具有体积小,外接线路简单、使用方便、工作可靠和通用性等优 点,因此在各种电
15、子设备中应用十分普遍,基本上取代了由分立元件构 成的稳压电路。集成稳压器的种类很多,应根据设备对直流电源的要求 来进行选择。对于大多数电子仪器、设备和电子电路来说,通常是选用 串联线性集成稳压器。而在这种类型的器件中,又以三端式稳压器应用 最为广泛。 常数 I V O O o I V R %100= 0= O O I I V V V S 西安欧亚学院本科毕业论文(设计) 78XX 、79XX 系列三端式集成稳压器的输出电压是固定的,在使 用中不能进行调整。78XX 系列三端式稳压器输出正极性电压,一般有 5V、6V、9V、12V、15V、18V 、24V 七个档次,输出电流最大可达 1.5A(
16、加散热片)。 同类型 78M 系列稳压器的输出电流为 0.5A,78L 系列稳压器的输出电流为 0.1A。若要求负极性输出电压,则可选用 79XX00 系列稳压器除固定输出三端稳压器外,尚有可调式三端稳压器, 后者可通过外接元件对输出电压进行调整,以适应不同的需要。 78XX00 系列外形及接线图 上图为 78XX 系列的外形和接线图,有三个引出端: 输入端-1 公共端-2 输出端-3 本电路所用集成稳压器为三端固定正稳压器 7812,它的主要参数有: 输出直流电压 U012V,输出电流 L:0.1A,M:0.5A,电压调整率 10mV/V,输出电阻 R00.15,输入电压 UI 的范围 15
17、17V 。因为一 般 UI 要比 U0 大 35V ,才能保证集成稳压器工作在线性区。 西安欧亚学院本科毕业论文(设计) 78XX00 系列外形及接线图 上图是用三端式稳压器 7812 构成的单电源电压输出串联型稳 压电源的实验电路图。 其中整流部分采用了由四个二极管组成的桥式整流器成品(又称桥 堆),内部接线和外部管脚引线如图 9.3 所示。滤波电容 C1、C2 一般 选取几百几千微法。当稳压器距离整流滤波电路比较远时,在输入端 必须接入电容器 C3(数值为 0.33F ),以抵消线路的电感效应,防 止产生自激振荡。输出端电容 C4(0.1F)用以滤除输出端的高频信号, 改善电路的暂态响应
18、。 西安欧亚学院本科毕业论文(设计) 图(a)正、负双电压输出电路 图(b)输出电压扩展电路 图(a)为正、负双电压输出电路,例如需要 U0115V, U0215V,则可选用 78xx 和 79xx 三端稳压器,这时的 UI 应为单电 压输出时的两倍。 当集成稳压器本身的输出电压或输出电流不能满足要求时,可通过 外接电路来进行性能扩展。图 (b)是一种简单的输出电压扩展电路。 如 7812 稳压器的 3、2 端间输出电压为 12V,因此只要适当选择 R 的 值,使稳压管 DW 工作在稳压区,则输出电压 U012Uz,可以高于稳 压器本身的输出电压。 2.3.22.3.2 三端试可调稳压器三端试
19、可调稳压器 W317W317(LM317LM317) 可调试三端稳压电路,其中 LM117LM117,LM337LM337 就是有代表性的产品,国内产品的前 缀是 W,即 W117W117, W337W337。后两位数字 1717 表示为正电压输出,3737 表示负电压输出。 317 系列稳压器输出连续可调的正电压,337 系列稳压器输出连可调的 负电压,可调范围为 1.2V37V,最大输出电流为 1.5A。稳压内部含 maxO I 有过流、过热保护电路,具有安全可靠,性能优良、不易损坏、使用方 便等优点。其电压调整率和电流调整率均优于固定式集成稳压构成的可 调电压稳压电源。W317 系列和
20、w337 系列的引脚功能相同,管脚图和典 型电路如图 4 和图 5.图 6 为外形 图 4 管脚图 图 5 典型电路 西安欧亚学院本科毕业论文(设计) 图 6 W317 输出电压表达式为: 1 1 125 . 1 R RP Uo 式中,1.25 是集成稳压块输出端与调整端之间的固有参考电压, REF V 此电压加于给定电阻两端,将产生一个恒定电流通过输出电压调节电 1 R 位器,电阻常取值,一般使用精密电位器,与其并联1RP 1 R2401201RP 的电容器 C 可进一步减小输出电压的纹波。图中加入了二极管 D,用于 防止输出端短路时 10F 大电容放电倒灌入三端稳压器而被损坏。 W317
21、其特性参数: 输出电压可调范围:1.2V37V 输出负载电流:1.5A 输入与输出工作压差 U=Ui-Uo:340V 能满足设计要求,故选用 w317 组成稳压电路。 2.42.4 直流稳压电源的基本原理:直流稳压电源的基本原理: 1.直流稳压电源设计思路 (1)电网供电电压交流 220V(有效值)50Hz,要获得低压直流输出,首先必须 采用电源变压器将电网电压降低获得所需要交流电压。 (2)降压后的交流电压,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 成份滤掉,保留其直流成份。 (4)滤波后的直流电压,再
22、通过稳压电路稳压,便可得到基本不受外界影响的 稳定直流电压输出,供给负载 RL。 西安欧亚学院本科毕业论文(设计) 2.直流稳压电源是一种将 220V 工频交流电转换成稳压输出的直流电压的装置, 它需要变压、整流、滤波、稳压四个环节才能完成。 T 工频交流脉动直流 直流 整 流 滤 波 稳 压 负 载 图 2.4.1 直流稳压电源方框图 其中: (1)电源变压器:是降压变压器,它将电网 220V 交流电压变换成符合需要的 交流电压,并送给整流电路,变压器的变比由变压器的副边电压确定。 (2)整流电路:利用单向导电元件,把 50Hz 的正弦交流电变换成脉动的直流 电 (3)滤波电路:可以将整流电
23、路输出电压中的交流成分大部分加以滤除,从而 得到比较平滑的直流电压。 (4)稳压电路:稳压电路的功能是使输出的直流电压稳定,不随交流电网电压 和负载的变化而变化。 整流电路常采用二极管单相全波整流电路,电路如图 2.4 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 2.5 所示。 t 0 23 4 2 2U t 0 234 o u 2 2U 图 2.4 整流电路图 2.5 输出波形图 西安欧亚学院本科毕业论文(设计) 在桥式整流电路中
24、,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,即 。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 2U 在设计中,常利用电容器两端的电压不能突变和流过电感器的电流不能突变的 特点,将电容器和负载电容并联或电容器与负载电阻串联,以达到使输出波形基本 平滑的目的。选择电容滤波电路后,直流输出电压:Uo1=(1.11.2)U2,直流输出电 流: (I2是变压器副边电流的有效值。),稳压电路可选集成三端稳压器 电路。 2.52.5 串联型集成稳压电源的组成及原理串联型集成稳压电源的组成及原理 串联型稳压电源属于直流稳压电源的
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