资源描述
山西大学工程学院
课 程 设 计 任 务 书
设计题目：___步进式直流稳压电源____
所属课程：_____模拟电子技术_________
系别：_______电力工程系____________
专业：电气工程及其自动化及其自动化
设计任务下达日期：2012年6月19日
设计时间：2012年6月19日至2012年6月21日
目录
第一章 绪论...............................................3
第二章 设计方案的确定.....................................5
§2.1 设计题目........................................5
§2.2 设计目的........................................5
§2.3 设计要求........................................5
§2.4 设计思路........................................6
第三章 电路原理...........................................6
§3.1 步进式直流稳压电源的电路图......................6
§3.2理论分析及计算...................................7
§3.3 电源变压器......................................8
§3.4 整流滤波电路....................................9
§3.5 稳压电路.......................................10
第四章 模拟仿真..........................................13
§4.1 Multisim的安装与调试...........................13
§4.2电路的图........................................13
§4.3 模拟仿真.......................................13
第五章 课设心得..........................................19
参考资料.................................................21
第一章：绪论
电源技术尤其是数控电源技术是一门实践性很强的工程技术，服务于各行各业。电力电子技术是电能的最佳应用技术之一。当今电源技术融合了电气、电子、系统集成、控制理论、材料等诸多学科领域。随着计算机和通讯技术发展而来的现代信息技术革命，给电力电子技术提供了广阔的发展前景，同时也给电源提出了更高的要求。随着数控电源在电子装置中的普遍使用，普通电源在工作时产生的误差，会影响整个系统的精确度。电源在使用时会造成很多不良后果，世界各国纷纷对电源产品提出了不同要求并制定了一系列的产品精度标准。只有满足产品标准，才能够进入市场。随着经济全球化的发展，满足国际标准的产品才能获得进出的通行证。数控电源是从80年代才真正的发展起来的，期间系统的电力电子理论开始建立。这些理论为其后来的发展提供了一个良好的基础。在以后的一段时间里，数控电源技术有了长足的发展。但其产品存在数控程度达不到要求、分辨率不高、功率密度比较低、可靠性较差的缺点。但在实际生活中，都是由220V 的交流电网供电。这就需要通过变压、整流、滤波、稳压电路将交流电转换成稳定的直流电。滤波器用于滤去整流输出电压中的纹波，一般传统电路由滤波扼流圈和电容器组成，若由晶体管滤波器来替代，则可缩小直流电源的体积，减轻其重量，且晶体管滤波直流电源不需直流稳压器就能用作家用电器的电源，这既降低了家用电器的成本，又缩小了其体积，使家用电器小型化。传统的直流稳压电源通常采用电位器和波段开关来实现电压的调节,并由电压表指示电压值的大小.
此数控直流稳压电源共有六部分，输出电压的调节是通过“+，-” 两键操作，步进电压精确到 0.5V 控制可逆计数器分别作加，减计数.
第二章 ：设计方案的确定
§2.1 设计题目：
步进式直流稳压电源
§2.2 设计目的：
设计一个采用步进式进行调节输出电压的直流稳压电源。通过设计使学生了解所学的电子技术课程的理论知识在实际中的综合应用。加深学生对所学理论知识与实际的应用知识的结合，全面提高学生分析、判断、解决问题的能力，拓宽知识面，系统的进行电子电路的工程实践训练，使学生对所学知识的应用能力，有一个较大的提高，为毕业设计打下一定的基础。
§2.3 设计要求
1.技术指标
（1）输出电压范围：3-20V,步进调节单位：0.5v
（2）电压稳定度ΔU/U。<0.2%,纹波电压<10mV。
（3）输出电流：1A
（4）输出电压值用电压表显示，并由按键或开关分别控制输出电压步进的增减。
2.画出步进式直流稳压电源的电路原理图（电路及所用元器件自定）
3.对设计的电路进行仿真检验（可分单元进行仿真），给出仿真检验结果。
4.每位学生都应该根据自己的能力独立完成。
5.写出完整的实验报告。
§2.4 设计思路
要将220伏市电转换为3-20伏直流输出可调，需要经过变压、整流、滤波、稳压调节等环节（具体见下图）。
第三章 ：电路原理
§3.1 步进式直流稳压电源的电路图
§3.2 理论分析及计算
1.输出电压：
因为要求输出电压可调，所以选择三段可调式集成稳压器LM117系列三端集成稳压器，输出电压范围可达1.5——37V，输出电流可达1.5A以上，满足本实验的要求。且内部带有过载保护电路，具有稳压精度高、工作可靠等特点。
由于LM117 的2、3脚之间的U32为基准电压1.25V，故有U。=（1+Rp/R1）*1.25,其中，R1取240欧姆，调节Rp可改变输出电压的大小
2.步进式设定电阻
按照步进设定要求，输出电压步进为0.5V，即ΔU=0.5V，由公式可得：
ΔU=Un+1-Un=1.25(Ri+1-Ri)/R =0.5V
ΔR=96Ω
3.可调电阻最小值R20
按照设计要求最小输出电压为3V，R20=336Ω
4. 滤波后的电压U'
设Uomax为稳压电源输出最大值20V，（U1-U0）min为集成稳压器输入输出最小电压差为3V，ΔUi为电网波动引起的电网波动的变化，（一般取U。（U1-U。）min之和的10%），则输出电压满足下列要求：
U’≥Uomax+(U1-U。)min +ΔUi
=20+3+23*10%≈24V
5. 变压器次级电压U2
U2=U'/1.2≈20V
6. 电压变比
n1:n2=220:22=10:1
7. 滤波电容C
对于桥式整流电路，滤波电容C的充电周期等于交流周期的一半，即 RLC≥(2～5)T/2
所以滤波电容电量C≈2400μF。
§3.3 电源变压器
变压器变比 220：24 通过变压器可以将初始波形转换为有效值24V交流电压信号。
§3.4 整流滤波电路
整理电路采用桥式整流电路。
整流后的波形
滤波后的电路：
§3.5 稳压电路
稳压后的波形：
稳压电路采用稳压模块LM117HVH，具体参数
LM117/LM317 是美国国家半导体公司的三端可调正稳压器集成电路。我国和世界各大集成电路生产商均有同类产品可供选用，是使用极为广泛的一类串连集成稳压器。
LM117/LM317 的输出电压范围是1.2V至37V，负载电流最大为1.5A。它的使用非常简单，仅需两个外接电阻来设置输出电压。此外它的线性调整率和负载调整率也比标准的固定稳压器好。LM117/LM317 内置有过载保护、安全区保护等多种保护电路。
LM117/LM317 能够有许多特殊的用法。比如把调整端悬浮到一个较高的电上，可以用来调节高达数百伏的电压，只要输入输出压差不超过 LM117/LM317 的极限就行。当然还要避免输出端短路。还可以把调整端接到一个可编程电压上，实现可编程的电源输出。
特性简介: 可调整输出电压1.2V~37V
最大输出电流1.5A
典型线性调整率 0.01%。
典型负载调整率 0.1%
输出短路保护。
过流、过热保护。
标准三端晶体管封装。
1，2脚之间为1.25V电压基准。保证稳压器的输出性能，R1应小于240欧姆。改
变R2阻值即可调整稳压电压值。D1，D2用于保护LM317/337
电压范围:LM117/LM317可 1.25V 至 37V 连续高精度微调.
第四章：模拟仿真
§4.1 Multisim10.0的安装与调试
§4.2 电路的图
§4.3模拟仿真
纹波电压
定义：简单讲：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。
整流侧交流电压值：
负载侧的交流电压：
通过公式U。=1.25*（1+R2/R1）,当R2=3.6KΩ时，理论输出电压为20v,实际输出电压为20.415V,误差2.075%。
最终输出电压形成波形：
280ms后输出电压稳定。
步进式的调节方案：
方案1：多电阻单刀开关
如图所示：
改变接地的位置，或通过开关拨片调节即开实现输出电压的步控调节，步进0.5V，图示为最低电压3.00V，误差1.97%。
方案2：拨码开关
拨码开关(也叫DIP开关，拨动开关,超频开关，地址开关，拨拉开关，数码开关，指拨开关)是一款用来操作
各种各样的拨码开关
控制的地址开关，采用的是0/1的二进制编码原理。通俗的说也就是一款能用手拨动的微型的开关，所以也通常叫指拨开关的也很多。
拨码开关很多款型号，按照脚位来区分有直插式（DIP) 和贴片式（SMD）之分，按照拨动的方式来分有平拨跟侧拨之分，按照脚间距有2.54mm和1.27mm脚间距之分，按照颜色有黑色，红色，蓝色的区别。根据状态来说还有两态跟三态之分。根据位数来说正常是都是1-10位、12位等11个位数。其实细分下来，还有很多种。
广泛使用于数据处理、通信、遥控和防盗自动警铃系统、风淋室等需要手动程式编制的产品上。
产品性能：
1 额定电流：切换电流 25mA,24VDC
不切换电流 100mA,24VDC
2 接触阻抗：初始值 50毫
寿测后 100毫欧
3 绝缘阻抗: 最小500兆欧 at 500VDC
4 耐压值 : 500VDC/一分钟
5 操作力度: 最大1000gf
6 寿命测试: 5000次
材质:
1 上盖与本体：工程塑料UL94V-0等级高温材质,黑色
2 推钮：工程塑料UL 94V-0高温材质,白色
3 固定触点与可动触点：铜片镀锡或金;
4 引脚：铜片镀锡或金;
5 贴附薄膜：防水薄膜
焊接方式:
1 手焊: 30瓦以下烙:摄氏350度以下不超过三秒钟或摄氏270度以内不超过5秒钟.
2 回流焊：摄氏265度30秒内
3 波峰焊：摄氏260度10秒内
包装方式:
所有开关推扭在包装时都设置在"OFF"的位置;IC管或卷装.
2N5550/2N5551 NPN小功率三极管,可与2N5400/2N5401 PNP管做互补对称管.
2N5551 电流增益带宽积100-300MHZ 放大倍数 80-250
方案3：调节电阻网络
调压电阻网络
第六章 ：心得体会
课程设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程.对我们学工科的同学来说尤为重要！
回顾起此次电气课程设计，至今我仍感慨颇多，的确，从选题到定稿，从理论到实践，紧紧张张的3、4天，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，比如说变压器不懂怎么去选，不懂怎么去选互感器，对电气主接线图的选择掌握得不好……通过这次课程设计之后，一定把以前所学过的知识重新温故。
通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。
这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多专业知识问题，最后在老师的辛勤指导下，终于游逆而解。同时，在老师的身上我们学也到很多实用的知识，在次我们表示感谢！同时，对给过我帮助的所有同学和各位指导老师再次表示忠心的感谢！
参考资料：
《模拟电子技术》中国电力出版社
《基于FPGA可逆步进直流稳压电源设计制作》
《步进可控直流稳压电源设计（南京理工大学紫金学院电光系）》
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