12V双路稳压电源设计

课程论文

题 目：作 者：所在学院：专业年级：学 号：指导教师：职 称： 正负12V双路稳压电源

信息科学与工程学院 讲 师

年 12月 30 日

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2011

正负12V双路稳压电源

Multisim介绍：

Multisim是美国国家仪器（NI）有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。近年来电网谐波污染已日益严重，谐波治理问题已引起人们的广泛关注，与电网并联的无源电力滤波器(PPF-Passive Power Filter)由于其经济性得到了广泛的运用。在PPF的设计中，对LC参数的优化是一个很重要的问题；即使在有源和无源相结合的混合电力滤波器(PFS)中，无源LC参数的优化选择也是降低有源电力滤波器(APF)安装容量的关键。对无源电力滤波器参数的优化，单凭一个指标难以评价其质量的优劣。在实际工程设计中应考虑多个指标。而在现有的设计方法中，假设条件较多，一般是根据各个考虑因数的目标函数通过一定的加权系数，构成单目标函数，而加权系数的确定主要取决于经验，因此有很大的盲目性。本文提出了基于遗传算法(GA—Genetic Algorithms)的PPF设计方法，并开发出了计算软件包，较全面的考虑了PPF的成本、无功补偿、谐振和滤波效果等问题。

DXP2004介绍：

Altium公司2004年最新产品Protel 2004完全能满足初学者的要求。Protel 2004面对的用户不光是这些有多年经验的PCB工程师们。Protel 2004同时还降低了制作PCB的门槛，很容易学会。很短时间您都可以很快的制作一块合格的PCB。

Protel 2004引入了集成库的概念。Protel 2004附带了68,000多个元件的设计库，包括原理图FPGA设计的即调即用及预综合元件集成库，并且这些封装都能完全符合您的要求，当然如果您不满意，也可以修改这个元器件的封装为您所需，当然您还可以在PCB库编辑器制作您所需要的封装。

Protel 2004共可进行74个板层设计，包含32层Signal(信号走线层); 16层Mechanical(机构层); 16层Internal Plane(内层电源层);2层Solder Mask(防焊层); 2层Paste Mask(锡膏层); 2层Silkscreen(丝印层); 2层钻孔层（钻孔引导和钻孔冲压）; 1层Keep Out (禁止层); 1层Multi-Layer (横跨所有的信号板层) 。Protel 2004中Pad点的外型：圆形；方形；八角形。Pad点堆迭结构：包含Simple (所有的层数都相同)；Top-Mid-Bottom (可对不同的层数下外型定义有 top, bottom 或者是mid layers)；Full Stack (每个层数都能各自定义Pad点外型)。Protel 2004Via(贯孔)的种类：Through-hole(从顶层贯穿到底层)；Blind & Buried(板层对)；Blind & Buried (任意层数)。Protel 2004布线模式：Oblique(任意角走线)；45 deg(45度角走线)；45 deg with arcs(45度角圆弧走线)；90 deg(90度角走线)；90 deg with arcs(90度角圆弧走线 )。Protel 2004交互式布线模式：Ignore Obstacles(忽略障碍模式)；Avoid Obstacles(避开障碍模式)；Push-and-Shove(推挤障碍模式)。Protel 2004铺铜的形式：90度角铺铜;45度角铺铜;垂直铺铜;水平铺铜。Protel 2004内层连接：可以指定到任意的网络(Net) 。Protel 2004内层电源：所有的内层电源层都能指定到任意的网络,而且所有的内层分割都能重迭。在这里特别要提一下现在的Protel 2004中的自动布线功能也是许多PCB工程师们最为关心的。Protel 2004采用了改进型Situs

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Topological Autorouting 布线规则。这种改进型的布线规则以及内部算法的优化都大大的提高了布线的成功率和准确率。这也在某种程度上减轻了工程师们的负担。Protel 2004中的高速电路规则也很实用，它能限制平行走线的长度，并可以实现高速电路中所要求的网络匹配长度的问题，这些都能让您设计高速电路也变的无比的容易。同时如果您需要进行多层板设计，您只需在层管理器中进行相关的设置即可，前面已经介绍了Protel 2004共可进行74个板层设计。您还可以在设计规则中制定每个板层的走线规则。在使用过程中只要布局适当，进行完全自动布线一次性成功率很高。多次布线也不会发现短路或是网络混乱问题。在自动布线这点上Protel 2004做的可以说是堪称完美了。通常情况下高速数字电路对PCB这方面要求较高，且一块PCB代价也比较高，重复修改设计投资也比较大。现在Protel 2004不仅提供了部分电路的混合模拟仿真，而且提供了PCB和原理图上的信号完整性分析。混合模拟仿真包括真正的混合3f5 compliant混合电路模拟器电路图编辑的无缝集成，使用户可以直接从电路图进行模拟，而不需要网表输出输入数字SimCode语言对Xspice的扩展使得可以进行数字程序传播延迟的模拟、输入和输出加载以及独立电源状态。全面的分析，包括AC、小信号、瞬态过程、噪音和DC转换等。用来测试零件变化和公差影响的完善的零件扫描和Monte Carlo分析模式。您也许会对原理图和PCB上的信号如何进行完整性分析以及这种分析到底有什么意义有些疑问。信号完整性分析是您能够在软件上就能模拟出整个电路板各个网络的工作情况。并且可以提供多种优化方案让用户选择。您应当了解这里的信号完整信分析是属于模拟级别的，分析的是您需要的EMC、EMI 及串扰的参数，且这些分析是完全建立于Protel 2004所提供的强大的集成库之上的。 大到IC元器件，小到电阻电容都有独自的仿真模型参数。混合模拟分析和完整性分析的结果以波形的形式显示出来，且波形的的计算算法均较以前版本有较大的优化。同时您也可以为自己建立的库元件设置模拟参数。总之信号完整性分析可以给您的设计带来很大的方便，提高了一次PCB制作的成功率。当然Protel 2004的功能还不光停留在PCB上，为了实现真正的完整的板级设计，Altium公司提出了LiveDesign-enabled的平台概念―这个平台实现了Altium软件的无缝集成。它集成了当今很流行的可设计ASIC(专门应用集成电路)的功能，并提供了原理图和HDL(硬件描述语言)混合设计的功能，而且所有设计I/O的改变均可返回到PCB，使PCB上相应的FPGA芯片I/O发生改变。Protel 2004还为Xilinx和Altera设备族提供完全的巨集和基元库。这些实际上只说明了一个方便之处，就是说你进行完整的板级(由于现在系统级的设计大都包含了FPGA，所以完整的板级应当包含这些芯片的设计这种开发)设计时，无需再借助第三方开发工具，您在Protel 2004及硬件工具Nano－Board就可很方便的完成这两方面的工作。由于本人对ASIC方面有过一些学习的经验，在使用Protel 2004中的FPGA功能时发现Protel 2004用的FPGA工具内核是业界普遍使用的ISE集成开发软件和Quartus II 3.0工具（这仅是个人观测结果）。另外Protel 2004支持更完美的3D功能，在PCB加工之前就可以从各个角度观看PCB及焊装元件后的\"实物\"，马上就会给你带来成就感！特别是可支持双屏显示功能！PCB方面的更新网络分析器速度的改善 特性增强!Protel开发团队已经有效的改善了网络分析器引擎。这改善了系统的全面响应，特别是对包含若乾节点的大型网络。复制到Windows剪贴板新特性!PCB编辑器已经升级为支持用WMF格式从PCB文档复制内容到Windows剪贴板，使板级设计文档化更容易。多重剪贴板支持 新特性!剪贴板是已经在原理图编辑器中实现的功能，现已追加允许在PCB编辑

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器用DXP剪贴板面板进行多重复制和粘贴操作。这将使您在具有多重剪贴板缓存同时具有每个缓存的图形预览。追加的自动布线模式 新特性!Situs™拓扑逻辑自动布线系统增加了新的命令。它允许在被选的元件，网络类和元件类之间选择性的连接路由。同时，附加的功能已被追加到SPECCTRA®界面，它现在支持SPECCTRA®到版本10Situs Topological Autorouter （英文）PCB拼版能力新特性!Protel已经增加一个新特性。此特性为了面板视图的生成允许将单板的步进和重复作为一个X-Y队列嵌入到另一个PCB文档。它将允许您生成由一个单板的多种情况或不同板拼版而成的面板视图。实心的覆铜区灌铜选择项 新特性!覆铜区灌铜现在支持一种实心覆铜模式作为一种用导线和圆弧填充的替代方法。此选项包含对Gerber覆铜图元的完全支持。它可以有效的降低数据库的数据量和因此而减小文件大小以及文件的读取和保存时间。现有的覆铜区灌铜能够通过改变它们的模式和重灌铜能够被容易地转换为实心覆铜。实心覆铜区灌铜的基础是区域图元。它已被追加到PCB设计环境里。它允许在PCB信号层上建立多边形区以及在覆铜区灌铜里建立多边形切块。作为一个图元对象，区域可以被用于在库编辑器里建立元件，允许覆铜填充被加到PCB封装。排列全部PCB对象的工具新特性!目前PCB编辑器里的排列工具只面向元件。这些工具已被扩展到涵盖全部设计对象，允许在PCB设计里准确和容易地排列任何类型的对象。围绕电路板布置元件 新特性!一个新特性已经被增加， 当初始化设定元件的布局时它允许围绕PCB板的空间自动排列元件。改善的Room空间支持 特性增强!对于Protel的Room空间的布局支持有若乾的升级。这些升级包含将元件锁定到Room空间，定义和放置Room空间队列的能力。

原理图相关的更新智能型单击鼠标右键时的上下文相关弹出式菜单 新特性!原理图编辑器现在支持上下文相关弹出式菜单。此功能目前实现于PCB编辑器中，而它被追加到原理图环境中将使图纸编辑更方便和更直观。在复杂的元件中支持锁定子元件 新特性!您现在可以锁定子元件来允许更多智能的复杂元件注释。重点更新了注释标识符工具 特性增强!原理图注释工具已经被更新以提供更多的全面的选择项来处理复杂的多重零件元件和改进注释的速度。在注释期间的标识符复制处理也已被改善。原理图库编辑器更新 特性增强!原理图库编辑器经过修改更加支持基于列表的原理图编辑。一个新的模型管理器将使同时从多重元件添加和删除模型更容易。图形化的编译屏蔽 新特性!原理图编辑器已经增加了一个新特性。可以使您有效的屏蔽对原理图区域的编译处理。在编程期间这个特性允许您在开发中注解部分原理图图纸，使它容易将部分电路的暂时地排除在编译和错误检查处理之外。在原理图里定义网络和元件类 新特性!Protel已被升级为包括在原理图级支持定义网络和元件类。元件类可以通过在原理图表上追加适当的参数给网络和元件进行手工定义。改善的自动的类生成控制 特性增强!自动的类生成系统已被检查和修正以提供更好的控制来实现在原理图级生成类。用户可定义网格 新特性!原理图网格系统已被改善为可允许用户设定自己的网格测量单位。网格可以使用用户定义的公制或英制刻度来测量。现已支持更高的分辨率。“DXP Units”仍被保留为默认值，但是新的系统允许用户从P-CAD导入公制的原理图，同时还支持更高的分辨率来放大所有网格。图纸入口和图纸符号 特性增强!图表符号和图表入口处理因为增加了很多新特性和功能而得到了改进。

总之Protel 2004功能非常强大，很完善很人性化，很适合初学者学习使用，也很适合工程师用。

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基本原理：

1 变压部分 通常采用变压器来实现。

2 整流部分 一般桥式整流可采用4个整流二极管接成桥式，也可以也可采用

二极管整流桥堆。

3 滤波电路 采用电容滤波即可。 4 稳压电路 可以采用集成稳压电路。

设计思想：

1 电网供电电压交流220V(有效值)频率为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，通过整流电路变成直流电，但其幅度变化大。 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。

设计内容：

1. 220V变压为24V。

2. 设计输出正负12V双路稳压输出。 3. 调节元器件参数。

设计目的：

1. 掌握Multisim的使用。 2. 初步掌握DXP2004的使用。

3. 初步了解印刷电路板的制作。 4. 掌握各元器件参数的调节。

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Multisim的安装

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参考网络和书籍资料设计出电路图，然后在Multisim中完成仿真电路

电路仿真图：

正负12V双路稳压电路

在Multisim中初步完成仿真电路后调整部分元器件的参数使变压后为24V，输出为正负12V 用万用表测量的输入交流电压图：

用万用表测量的变压后的交流电压图：

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用万用表测量的12V输出电压图：

用万用表测量的—12V输出电压图：

DXP 2004运行界面：

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根据仿真电路图在DXP 2004做出原理图和PCB板图

DXP 2004里的电路原理图：

PCB板图：

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自制元件图：

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总结：

经过几天的努力，终天完成的这个双路稳压电源设计。虽然做出来的制作没有想象中那么理想，但经过这次设计实验，巩固了我的基础知识，提高了动手实操能力，在实践中理解理论知识，明白了学以致用的真谛。从设计到电路仿真，再到电路原理图，以及PCB板的转化都得到很好的磨练学到了很多知识。我觉得设计的部分最难，因为理论知识还是不够，使设计遇到了很大的难题，但经过上网查询，以及查阅了相关的资料之后，最终初步设计出了电路图。设计过程中，电路图的设计需精心琢磨。所有这一切培养了做学问严谨态度和科学精神；搞设计的如果没有耐心和严谨的话，是不可能有所成就的。养成这样的习惯对自己以后的道路很有帮助。在本次设计实验中自己也暴露出不少缺点，在设计过程中发现电子电路基本知识不扎实、对电子设计类软件不了解等。针对自身的不足，查漏补缺。在以后的学习中要多查阅电子学习资料，以丰富自己的理论知识，夯实理论基础。作为当代大学生，仅仅掌握理论知识是远远不够的，还需要大量的实践，加强素质，成为一名合格的大学生。

八、参考文献

[1] 陈晓文 电子电路的设计方法 电子工业出版社，2004

[2] 陈大钦 电子技术基础实验 华中理工大学电子学教研室,2007 [3] 姜 邈 电子线路课程设计指导 高等教育出版社，2009 [4] 张 睿 Protel DXP 2004电路设计 电子工业出版社，2006

[5] 郭 勇 Protel DXP 2004印刷电路板设计教程 机械工业出版社，2009

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新疆大学课程论文（设计）、学年论文评分表

题 目 作 者 指导教师评语及 评分建议 指导教师： 年 月 日 正负12V双路稳压电源 专业年级 指导教师 院 （部） 或 教 研 室 意 见 学院或教研室主任： 年 月 日

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