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1、直流稳压电源设计一、设计任务与要求:1. 设计任务设计一波形直流稳压电源,满足:(1)当输入电压在220V10%时,输出直流电压为12V,输出直流电流d的最大为500mA;(2)输出纹波电压小于5mV,稳压系数小于5%,输出阻小于0.1欧。2.设计要求:(1)合理的选择电源变压器、集成稳压器等(2)完成全电路理论设计、计算机辅助分析与仿真、安装调试、绘制电路图;( 3)自拟实验方法、步骤与数据表格,提出测试所需仪器与元器件的规格、数量,交指导教师审核。(4)批准后,进实验室进展组装、调试,并测试其主要性能参数。二、设计方案的选择和论证 方案一:简单的并联型稳压电源; 并联型稳压电源的调整元件与
2、负载并联,因而具有极低的输出电阻,动态特性好,电路简单,并具有自动保护功能;负载短路时调整管截止,可靠性高,但效率低,尤其是在小电流时调整管需承受很大的电流,损耗过大,因而不能采用此方案方案二:输出可调的开关电源; 开关电源的功能元件工作在开关状态,因而效率高,输出功率大;且容易实现短路保护与过流保护,但是电路比拟复杂,设计繁琐,在低输出电压时开关频率低,纹波大,稳定度极差,因而也不能采用此方案方案三:由固定式三端稳压器7812组成由固定式三端稳压器7812输出脚V0、输入脚Vi和接地脚GND组成,它的稳压值为+12V,它属于CW78*系列的稳压器,输入端接电容可以进一步滤波,输出端接电容可以
3、改善负载的瞬间影响,此电路比拟稳定。根据实验设计要求,本实验采用方案三。三、总体电路的方框图与说明直流稳压电源一般由电源变压器T、整流、滤波电路与稳压电路所组成,根本框图如下列图。各局部的作用:1电源变压器T的作用是将电网220V的交流电压变换成整流滤波电路所需要的交流电压U2。变压器副边与原边的功率比为P2/ P1=,式中是变压器的效率。2整流滤波电路:整流电路将交流电压U1变换成脉动的直流电压。再经滤波电路滤除较大的纹波成分,输出纹波较小的直流电压U0。常用的整流滤波电路有全波整流滤波、桥式整流滤波等,如下列图。整流桥将交流电压U2变成脉动的直流电压,再经滤波电容C滤波纹波,输出直流电压U
4、0。U0与交流电压U2的有效值u2的关系为 U0=1.1-1.2u2每只整流二极管承受的最大的方向电压Vrm=U2式中,R 为整流电路的负载电阻.它为电容C提供放电回路,RC放电时间常数应满足RLC(3-5)T/2式中,T为50HZ交流电压的周期,即20ms.3电压输出稳压器由于输入电压U1发生波动、负载和温度发生变化时,滤波电路输出的直流电压UI会随着变化。因此,为了维持输出电压UI稳定不变,还需加一级稳压电路.四、直流稳压电源的电路图与其工作原理1选择三端集成稳压器,确定电路形式。选择电源变压器 电源变压器有很多种:有降压的、有升压的,在这次的设计中我用的是降压变压器,它的作用是将来自电网
5、的220V交流电压u1变为整流电路所需要的交流电压u2。,其中:是变压器副边的功率,是变压器原边的功率。选用整流桥和滤波电容整流桥:整流输出电压平值 二极管平均电流 =二极管最大反向压故整流桥选用2W06W(1A,50V)保护二极管选IN4001(1A,50V)滤波电容:RLC(3-5)T/2,如此C1=5T/2RL, 式中T为交流电源周期,T=20ms, RL 为C1右边的等效电阻,应去最小值,由于Imax=500mA,因此 RL =U1/Imax=33,所以C1=C2=1515f,可见C1的容量较大,应选电解电容,受规格限制,电容的耐压要25V,故滤波电容C取容量为2200uF,耐压为25
6、V的电解电容。 发光二极管的保护电阻选用470.五、单元电路设计原理分析过整流电路将交流变为脉动的直流电压。由于此脉动的直流压含有较的纹波,必须通过滤波电路加以滤波,从而得到平滑的直流电压。电源变压器的作用将交流220V的电压变为所需的电压值,然后通过的电压还随电网电压波动、负载何温度的变化而变化。因而在整流、滤波电路之后,还需接稳压电路。稳压电路的作用是当电网电压波动、负载何温度变化时,维持输出直流电压稳定2整流电路。利用二极管的单向导电性,将交流电压电流变成单向脉动电压电流的电路,称为整流电路。交流电分为三相交流电和单相交流电,在小功率电路中一般采用单相半波、全波、桥式整流电路和倍压整流电
7、路。本节主要研究单相桥式整流电路,对于倍压整流电路与全波整流电路,可通过相应参考书来了解。 为了保存全波整流电路效率高、脉动系数小的优点而克制其反向电压高的缺点,假如使二极管承受的反向电压和半波电路一样,比全波整流电路减少一半,使二极管本钱下降,可在此根底上多用几只二极管,如下列图电路就根本解决了上述问题。电路组成与工作原理 桥式整流电路由四只二极管组成的一个电桥,电桥的两组相对节点分别接变压器二次绕组和负载。这种电路有三种画法,如下列图。在工作时,D1、D2与D3、D4两两轮流导通。在u2正半周,二极管D1和D2正向导通,而D3、D4反向截止,形成负载电流i0,i0流通路径为:aD1RLD2
8、ba,u0=u2;在u2的负半周,二极管D3和D4正向导通,而D1、D2反向截止,形成负载电流i0,i0流通路径为:bD3RLD4ab, u0=u2。由此可见,不论哪两只二极管导通,负载电流的方向都始终保持不变。为了能够得到平滑的直流电压波形,需要有滤波的措施。在直流电源上多是利用电抗元件对交流信号的电抗性质,将电容器或电感器与负载电阻恰当连接而构成滤波电路。下面讨论电容滤波电路的工作原理,为讨论问题的方便,我们以半波整流电容滤波电路为例进展分析,电路如图3.3所示。 图所示单向半波整流电容滤波电路与其波形图1工作原理设u2波形如图3.3b所示,未接电容时,输出电压如图3.3b中的虚线所示。在
9、u2正半周,设u2由零上升,二极管D导通,u0=u2,此时电源对电容充电,由于充电时间常数很小,电容充电很快,所以电容上升的速度完全跟得上电源电压的上升速度,uC=u2。当u2上升到峰值时,电容充电达到1.4U2,二极管D截止,随后u2下降,电容C向负载RL放电,放电时间常数为RLC,其值较大,所以电容电压下降的速度比u2下降到速度慢得多,此时负载电压靠电容C的放电电流来维持,u0=uC。当电容放电到b点时,uCu2,二极管D又导通,电容又被充电。充电至1.4U2后,又放电。如此重复进展,就得到输出电压的波形如图3.3b中实线所示。由图可见,经电容滤波后,负载电压变得平稳,且平均值提高了。桥式
10、整流电容滤波电路的原理与半波时一样2输出直流电压 在有滤波电容的整流电路中,要对其输出直流电压进展准确的计算是很困难的,工程上一般按如下经验公式进展估算。当电容的容量足够大,满足RLC35T/2T为电网电压的周期时, 对于半波整流电容滤波: U0 U2 对于全波或桥式整流电容滤波: U01.2 U2 3滤波电容的选择 为了得到比拟好的滤波效果,在实际工作中常根据下式选择滤波电容的容量。 对于半波整流: RLC35T 对于全波或桥式整流: RLC35T/2 由于电容值比拟大,约为几十至几千微法,一般选用电解电容,接入电路时,注意极性不要接反,电容器的耐压值应大于1.4U2 。4整流二极管的选择对
11、于全波或桥式整流电容滤波电路:ID=I0/2 ,桥式整流URM= 集成三端稳压器具有体积小,外围元件少,调整简单,使用方便且性能好,稳定性高,价格廉价等优点,因而获得越来越广泛的应用。 常见的有固定式和可调式两类集成三端稳压器,部多以串联型稳压电源为主,还有适当的过流、过热等保护电路。一般固定式较廉价,可调式较贵,性能也好些,功率相对也较大。故本次设计采用固定式三端稳压器。六、元器件、仪器列表清单固定式三端稳压器7812 保护二极管IN4001(1A,50V) 集成稳压器选用L7812cv(,12V)与PJ7912(,-12V滤波电容C桥式整流电容 整流二极管 电源变压器1个七、主要参考文献1
12、.王之斌模拟电子技术根底高等教育技术;2.谢井电子线路设计实验测试华中科技大学;3.宴如模拟电子技术根底高等教育技术;4.孔秀模拟电子技术根底:高等教育;5.康华光,电子技术根底。:高等教育。八、收获和体会,采用了电压调整管外加调整管来实现电压的调整,也实现了扩大多功能;而稳流局部采用了LM317可调式三端稳压电源管,通过LM317来实现 了电路中的稳流局部,至于电路的最后一局部(变换局部)我们是采用两片升压开关调节器来实现了电路中的变换局部.本次设计在电压调整器的电路中,采用了适当的联接方法,可以实现电压零伏起调;测试方法与过程也比拟充分,同时也实现了电压的可调,同时我也对word、画图等软件有了更进一步的了解,这使我在以后的学习中中更加得心应手。实验中,借助仿真软件,不仅可以把课堂中所学到的知识,直接加以运用,而且还可以把各个别离的知识点组合