电源电路的设计与仿真完整版

课程论文

题 目： 电源电路的设计

学生姓名： 叶 柳 康 学生学号： 1008030319 系 别： 电气工程学院 专 业： 电子信息工程 年 级： 10级 任课教师： 朱 士 永

电气信息工程学院制

2012年10月

目 录

电源电路的设计 .......................................... 2

一、前言 ............................................ 3 二、设计目的 ........................................ 3 三、设计任务及要求 ................................... 3 四、直流稳压电源设计思路 ............................. 4

．直流稳压电源原理 ............................... 4 ．设计方法简介 ................................... 5

（1）选择电源变压器 .......................... 5 （2）选择整流电路中的二极管 .................. 6 （3）滤波电路中滤波电容的选择 ................ 6

五、原理图的编辑..................................... 7

1、电原理图编辑器的操作步骤： .................... 7 2电路功能和性能指标 ............................. 8 3 、PCB版图设计 ................................. 9 4 电路仿真及仿真结果分析 ......................... 9 六、课程设计报告总结 ................................ 14

电源电路的设计

学生：叶柳康 指导老师：朱士永 电气信息工程学院电子信息工程

一、前言

直流稳压电源一般由电源变压器，整流滤波电路及稳压电路所组成。变压器把市电交流电压变为所需要的低压交流电。整流器把交流电变为直流电。经滤波后，稳压器再把不稳定的直流电压变为稳定的直流电压输出。本设计主要采用直流稳压构成集成稳压电路，通过变压，整流，滤波，稳压过程将220V交流电，变为稳定的直流电，并实现电压可在1.5-15V可调。 二、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。包括：根据设计任务和指标初选电路；调查研究和设计计算确定电路方案；选择元件、安装电路、调试改进；分析实验结果、写出设计总结报告。

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。

4、学会选择变压器、整流二极管、滤波电容及集成稳压器来设计直流稳压源。 5、 完成全电路理论设计、绘制电路图。

三、设计任务及要求

1．设计并制作一个直流稳压电源，主要技术指标要求：

① 输出电压可调：Uo=+1.5V～+15V ② 最大输出电流：Iomax=500mA

③ 稳压系数：SV≤5% （最大的波动不能超过5%） ④ 纹波电压（输出电压变化量）：Δvop-p≤5mV

2．设计电路结构，选择电路元件，计算确定元件参数，画出实用原理电路图。 3．自拟实验方法、步骤及数据表格，提出测试所需仪器及元器件的规格、数量，提交指导教师审核。

4. 学生自行进行组装、调试，并测试其主要性能参数。 四、直流稳压电源设计思路

（1）电网供电交流电压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。 ．直流稳压电源原理

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。

工频交流

脉动直流

直流

负载

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。 ．设计方法简介 （1）选择电源变压器 1）确定副边电压U2:

根据性能指标要求：Uomin=1.5V Uomax=15V 又 ∵ Ui-Uomax≥(Ui-Uo)min Ui-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：U2 UO1 2）确定变压器副边电流I2 ∵ Io1=Io

1.15

12V

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）选择整流电路中的二极管 ∵ 变压器的副边电压U2=12V

∴ 桥式整流电路中的二极管承受的最高反向电压为：桥式整流电路中二极管承受的最高平均电流为：Io

2

2U2 17V 0.8

0.4A 2

查手册选整流二极管IN4001，其参数为：反向击穿电压UBR=50V>17V 最大整流电流IF=1A>0.4A （3）滤波电路中滤波电容的选择

Iot Ui滤波电容的大小可用式 求得。

C

1）求ΔUi:

根据稳压电路的的稳压系数的定义： 设计要求ΔUo≤15mV ，SV≤0.003

Uo=+3V～+9V Ui=14V

代入上式，则可求得ΔUi 2）滤波电容C

设定Io=Iomax=0.8A，t=0.01S 则可求得C。

一般滤波电路常用的滤波电容有2200u F和1100u F两种，电容的耐压要大于2U2=2×12=16.968V≈17V，故滤波电容C取容值为2200u F（1100u F仿真的结果是一样的），耐压为25 V电解电容。电路中滤波电容承受的最高电压为

2U2 17V，所以所选电容器的耐压应大于

17V。

注意： 因为大容量电解电容有一定的绕制电感分布电感，易引起自激振荡，形成高频干扰，所以稳压器的输入、输出端常 并入瓷介质小容量电容用来抵消电感效应，抑制高频干扰。

五、原理图的编辑

1、电原理图编辑器的操作步骤：

（1）设置编辑器的工作参数。

（2）选择图纸幅面、标题栏格式、图纸放置方向等。 （3）放大绘图区内呈现大小适中的栅格线为止。

（4）在工作区内放置元器件：先放置核心元件的电气图形符号，再放置电

路中剩余元件的电器图形符号。 （5）调整元件的位置。

（6）修改，调整元件的标号、型号及其字体大小、位置等。 （7）连线，放置电气节点、网络标号以及I\O端口。

（8）放置电源及地线符号。

（9）运行电气设计规则检查，找出原理图中可能存在的缺陷。 （10）加注释信息。 （11）生成网络表文件。 （12）打印

用PROTEL绘出所选电源电路的原理图，如图1所示。

图1 电源原理图的编辑

2电路功能和性能指标

图1所示电路中，C302用于抑制过压和纹波。C306用于改善负载瞬态响应。为避免因输入端短路或输入滤波电容开路所造成的输出瞬间过压，在输入和输出端之间加保护二极管D。

电源中电源电路是非常重要的部分，所有的用电器要正常工作，就必须有一个好的电源电路。本电源为220v输入到变压器，输出14V交流，整流、滤波，经过7812，可输出12V稳压直流。本电源可为其他电路提供稳定的12V和5V双电压，输出电压不可调，更适用于其负载不变的情况。另外可同时为两总不同电路提供两种不同的稳定电压以满足实际需要。78L12三端稳压器其主要特点为：

输出电流可达100mA，输出电压为12V，具有功放输出保护、过热保护、过流及短路保护和低噪声、纹波抑制比高等特点，此元器件广泛应用于各种视听、手机、电动玩具、数码相机、MP3、MP4等高科技电子产品。78L05是一种固定电压(5V)三端集成稳压器，其适用于很多应用场合，输出电流可达到100mA。 3 、PCB版图设计

用PROTEL绘出所选电源电路的PCB版图，如图2所示。

图2 PCB版图设计

4 电路仿真及仿真结果分析

在protel99 SE中进行电路仿真分析的操作步骤： （1）编辑原理图。 （2）放置仿真激励源。 （3）放置节点网络标号。

（4）选择仿真方式并设置仿真参数。

（5）执行仿真操作。

（6）观察、分析仿真测试数据。 （7）保存或打印仿真波形。

用PROTEL的SIM.ddb中的仿真元件库绘出所选电源电路的仿真原理图。 如图3所示。

图3 电路仿真图的编辑

瞬态分析属于时域分析，用于获得电路中个节点对地电压、支路电流或元件功率等信号的瞬时值，即被测信号随时间变化的瞬态关系，相当于在示波器上直接观察各节点电压（对地）信号波形，因此瞬态分析是一种最基本、最常用的仿真分析方式。

对图3所示的电源电路进行瞬态仿真分析，观察整流滤波后输出波形Vi、三端稳压块输出VDD和VCC瞬态波形，通过参数扫描分析观察电源滤波电容C301的容量对输出波形的影响。

图4 整流滤波后输出波形Vi

图4为整流滤波后输出波形Vi，从图4可以看出：Vi从开始到稳定只需要5ms的时间，然后得到为稳压纹波比较大的14伏左右的直流电压。

图5 三端稳压块输出VDD波形

图5为三端稳压块输出VDD波形，从图5可以看出：输入14伏的直流电压经过

稳压器后得到11左右的直流电压，输入电压比输出电压要高2V—3V，与稳压块理论一致。从图还可以看出此波形纹波也比较大，VDD需要7ms达到稳定。

图6 VCC瞬态波形

图6为VCC瞬态波形，从图5可以看出：VCC，纹波非常小，波形非常稳定，从开始到稳定大概也只需7ms时间，输出稳定电压为5V。

参数扫描分析研究电路中滤波电容C301电容变化时对电路性能的影响，常用于确定电路中某些关键元件参数的取值。在进行瞬态分析时，同时启动“参数扫描”分析，即可非常迅速、直观地了解到电路中特定元件参数变化对电路性能的影响。

图7 滤波电容C301变化对应的Vi的输出信号

图7为电源滤波电容C301的参数扫描Vi的输出波形，从图中可以看出：在滤波电路中滤波电容的容量越大，电路的性能越好，输出波形越稳定，但容量越大影响越小，当容量达到一定值，波形基本不再变化。

图8 滤波电容C301变化对应的VCC的输出信号

图8为电源滤波电容C301的参数扫描Vi的输出波形，从图中可以看出滤波电容

C301的变化对VCC基本没有影响。因此次电路的稳定性能比较好。

由上述对电路的仿真可得此电路输出电压VCC的波纹小，稳定性非常好，可适用于对电压要求比较高的电路系统，而电压VDD的纹波较大，可用于对电压稳定性要求不高的电路系统。、总体设计思路

六、课程设计报告总结

经过很长时间的探索，课程设计终于完成了。从来没有做过课程设计，刚开始虽然课程设计的题目确定了，可是由于对所选的课程设计所用到的原理不了解，对于集成直流稳压电源电路图改了又改，花了很多时间去确定电路图。通过查阅资料，才慢慢懂得集成直流稳压电源电路的原理和电路图中各个部分的作用。通过这次课程设计，懂得了不同系列的稳压器有不一样的性能，为了能使电路设计的误差更少，在设计出电路图后进行仿真。仿真也还是有一定的误差。这次的课程设计从题目的选定到最后硬件的完成、性能测试都让我受益匪浅，不但懂得了一些电路元件的性能、作用，为以后的课程设计、毕业设计奠定了基础。本次的设计让我受益匪浅，让我更进一步的了解自己的不足之处，更进一步的巩固的所学过的知识，更懂得了做任何事情都要自己主动努力去做，学习到的理论知识只有在实践中，才会真正发挥作用，也只有通过实践才能把知识运用的现实中。准备越充分，实验越顺利。古人云：“磨刀不误砍柴工”。前期的知识储备、文献储备、材料准备、方法准备可以避免手忙脚乱，充分的预实验使你充满信心。一步一个脚印，就不必“从头再来”。最不能容忍的是在开始的几步偷懒，造成后面总有一些无法排除的障碍。态度决定一切。这次试训更让我明白了一个道理“态度决定一切”，让我认识到不管以后做什么事，都应抱着认真的态度。通过这次对直流稳压电源的制作，使自己对其更深层次的了解了，在实验过程中学习到了许多课堂上无法学到的知识，收获颇多。加深了对知识的了解，并有所巩固，在此基础上得到了升华。通过自身的动手实践，提高了自己的实际操作能力，在这次实训中受益匪浅。

参考文献

[1]康华光，电子技术基础（模拟部分）。 [2]康光华，电子技术基础（数字部分） [3]王力，张伟，protel99se.典型实例 [4]周荣富，曾技。电子线路CAD.

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/2dtq.html