開關(guān)直流穩(wěn)壓電路的設計書

1、<p>　　開關(guān)直流穩(wěn)壓電路的設計方案</p><p><b>　　1 總體設計方案</b></p><p>　　本設計所介紹的直流電壓源為單相小功率電源，它可以將頻率為50Hz、有效值為220V的單相交流電壓轉(zhuǎn)化為幅值穩(wěn)定、輸出電流為幾十安以下的直流電壓。</p><p>　　直流電源的輸入為220V的電網(wǎng)電壓，由于所需直流電壓的

2、數(shù)值和電網(wǎng)電壓的有效值有很大的差別，因此需要通過電源變壓器降壓后，再對交流電壓進行處理。</p><p>　　變壓器副邊電壓通過整流電路從交流電壓轉(zhuǎn)化為直流電壓，即將正弦波電壓轉(zhuǎn)化為單一方向的脈動電壓，可以通過半波整流電路和全波整流電路實現(xiàn)此功能。但是它們均含有較大的交流分量，會影響負載電路的正常工作。</p><p>　　為了減小電壓的脈動，需通過低通濾波電路濾波，使輸出電壓平滑。理想情

3、況下，應將交流分量全部濾掉，使濾波電路的輸出電壓僅為直流電壓。但是，由于濾波電路為無源電路，所以接入負載后勢必會影響其濾波效果。</p><p>　　交流電壓通過整流、濾波后雖然變?yōu)榻涣鞣至枯^小的直流電壓，但是當電網(wǎng)電壓波動或負載變化時，其平均值也將隨之變化。穩(wěn)壓電路的功能是使輸出的直流電壓基本不受電網(wǎng)電壓波動和負載電阻變化的影響，從而獲得足夠高的穩(wěn)定性。</p><p>　　電 源

4、 整 流 濾 波 穩(wěn) 壓 </p><p>　　變壓器 電 路 電 路 電 路 </p><p>　　2 各單元電路的分析與設計</p><p><b>　　2.1 電源變壓器</b></p><p>　

5、　由于設計中要求可以輸出正、負穩(wěn)定電壓，則對于每一種需要固定輸出的電壓和可調(diào)電壓，都必須由輸出電壓極性相反的兩片集成穩(wěn)壓器實現(xiàn)。而兩芯片輸入端需要分別加上極性相反的電壓，所以在選擇變壓器時，有兩種方案：</p><p>　　方案一：選用兩個變壓器，然后把一個變壓器的負極和另一個變壓器的正極連接起來作為參考地（即電勢為0）。如圖2.1.1所示。</p><p>　　方案二：選用一個帶中間抽頭

6、的變壓器，從中間抽頭引出一條線作為參考地。如圖2.1.2所示。</p><p>　　方案比較：由于變壓器的體積比較大，所以在電路中應盡量避免使用太多變壓器，另外帶中間抽頭的變壓器也非常常見，經(jīng)分析選用方案二。</p><p>　　圖2.1.1 帶中間抽頭的變壓器 圖2.1.2 普通變壓器</p><p><b

7、>　　2.2整流電路</b></p><p>　　方案一：單相半波整流電路</p><p><b>　　工作原理</b></p><p>　　單相半波整流電路是最簡單的整流電路，設變壓器的副邊電壓有效值為，則其瞬時值。在的正半周，二極管外加正向電壓，因而處于導通狀態(tài)，電流由A經(jīng)負載電阻流到B點，在的負半周，二極管外加反向電壓，

8、故處于截止狀態(tài)，。負載電阻的電壓和電流都具有單一方向脈動的特性。</p><p>　　圖2.2.1 單相半波整流電路</p><p><b>　　2）主要參數(shù)</b></p><p><b>　?。?.2.1）</b></p><p><b>　?。?.2.2）</b>&

9、lt;/p><p><b>　?。?.2.3）</b></p><p>　　方案二：單相橋式整理流電路</p><p><b>　　工作原理</b></p><p>　　單相橋式整流電路由四只二極管組成，其構(gòu)成原則就是保證在變壓器副邊電壓的整個周期內(nèi)，負載上的電壓和電流方向始終不變。單相橋式整流電路的電

10、路組成如下圖所示：</p><p><b>　　主要參數(shù)</b></p><p><b>　?。?.2.4） </b></p><p><b>　?。?.2.5）</b></p><p><b>　?。?.2.6）</b></p><p

11、>　　方案比較：單相橋式整流電路與半波整流電路相比，在相同的變壓器副邊電壓下，對二極管的參數(shù)要求是一樣的，并且還具有輸出電壓高、變壓器利用率高、脈動小等優(yōu)點，因此本設計采用方案二--單相橋式整流電路。</p><p><b>　　2.3濾波電路</b></p><p>　　方案一：電容濾波電路</p><p>　　由于電容在電路中也有儲能

12、的作用，并聯(lián)的電容器在電源供給的電壓升高時，能把部分能量存儲起來，而當電源電壓降低時，就把能量釋放出來，使負載電壓比較平滑，也就是電容具有平波的作用。電容濾波電路簡單，負載直流電壓比較高，紋波也較小，適用于負載電壓較高，負載變動不大的場合，也減輕了電路設計和實際焊接的工作。可以通過改變RC的大小改變電容的充放電時間，從而得到較為平滑的輸出電壓曲線。圖2.3.1為電容濾波電路，圖2.3.2為不同時的波形。</p><p

13、>　　方案二：電感濾波電路</p><p>　　由于電感在電路中有儲能的作用，在電路中可以串聯(lián)電感，當電源供給的電流增加時，它把能量存儲起來，而當電流減小時，又把能量釋放出來，使負載電流比較平滑，即電感有平波的作用。在電感濾波電路中，整流管的導電角較大，峰值電流很小，輸出特性比較平坦，但是由于鐵心的存在，笨重、體積大，容易引起電磁干擾。一般用只用在低電壓、大電流場合。圖2.3.3為電感濾波器的基本電路。&l

14、t;/p><p>　　圖2.3.3 電感濾波器電路</p><p>　　基于以上分析，選用方案一。</p><p><b>　　2.4穩(wěn)壓電路</b></p><p>　　方案一：穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路</p><p><b>　　1）電路組成</b></p><

15、p>　　該電路由穩(wěn)壓二極管和限流電阻R所組成的穩(wěn)壓電路使一種最簡單的直流穩(wěn)壓源。其輸入電壓是整流濾波后的電壓，輸出電壓就是穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)定電壓，，是負載電阻。圖2.4.1是其電路圖</p><p>　　圖2.4.1 穩(wěn)壓二極管組成的穩(wěn)壓電路</p><p><b>　　穩(wěn)壓原理</b></p><p>　　在穩(wěn)壓二極管所組成的穩(wěn)壓電路

16、中，利用穩(wěn)壓管所起的電流調(diào)節(jié)作用，通過限流電阻R上的電壓或電流進行補償，來達到穩(wěn)壓的目的。</p><p>　　穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的優(yōu)點是電路簡單，所用元件數(shù)量少；但是，因為受穩(wěn)壓管自身參數(shù)的限制，其輸出電流較小，輸出電壓不可調(diào)節(jié)，因此只適用于負載電流較小，負載電壓不變的場合。</p><p>　　方案二：三端集成穩(wěn)壓器的組成的穩(wěn)壓電路</p><p>　　調(diào)整管接在輸

17、入端與輸出端之間，當電網(wǎng)電壓或負載電流波動時，調(diào)整自身的集—射壓降使輸出電壓基本保持不變。放大短路將基準電壓與從輸出端得到的采樣電壓進行比較，然后再放大并送到調(diào)整管的基極。放大倍數(shù)越大，則穩(wěn)定性能越好。由于三端集成穩(wěn)壓器是串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路的一種，而串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路的輸出電壓與基準電壓成正比，因此，基準電壓的穩(wěn)定性將直接影響穩(wěn)壓電路的輸出電壓的穩(wěn)定性。采樣電路由兩個分壓電阻組成，它將輸出電壓變化量的一部分送到放大電路的輸入端。啟動電路

18、的作用是在剛接通電流輸入電壓的時，使調(diào)整管、放大電路和基準電源等建立起各自的工作電流，而當穩(wěn)壓電路正常工作時啟動電路被短開，一面影響穩(wěn)壓電路的性能。保護電路主要起到限流保護、過熱保護和過壓保護。</p><p>　　圖2.4.2 三端集成穩(wěn)壓器的組成</p><p>　　綜合考慮選用方案二作為穩(wěn)壓電路。</p><p>　　3 各元器件參數(shù)計算及選擇<

19、/p><p>　　3.1電源變壓器的選擇</p><p>　　變壓器副邊輸出電壓：</p><p>　　變壓器副邊輸出電流：</p><p><b>　　故取I2=2A。</b></p><p>　　變壓器副邊輸出功率：</p><p>　　變壓器的效率為η=0.7，則原邊輸入

20、功率：</p><p>　　由上分析,副邊輸出電壓可取40V，輸出電流為2A，為留有余地，一般選功率為100W的變壓器。</p><p>　　3.2集成穩(wěn)壓器電路形式的選擇</p><p>　　7800，7900系列集成穩(wěn)壓器由于輸出電壓決定于集成穩(wěn)壓器為使電路正常工作，要求輸入電壓U1比輸出電壓Uo至少大(2.5～3)V。輸入端電容用以抵消輸入端較長接線的電感效應

21、，以防止自激振蕩，還可抑制電源的高頻脈沖干擾。一般取0.1～1μF。輸出端電容用以改善負載的瞬態(tài)響應，消除電路的高頻噪聲，同時也具有消振作用。同時會在輸入、輸出端的電容之間接保護二極管，用來防止在輸入端短路時輸出電容所存儲電荷通過穩(wěn)壓器放電而損壞器件。</p><p>　　降壓整流濾波部分所輸出的正向電壓，通過集成穩(wěn)壓管LM7805、LM7812、LM7815和LM317可分別輸出+5V、+12V、+15V和0～

22、15V可調(diào)電壓。而由降壓整流濾波部分所輸出的負向電壓，通過集成穩(wěn)壓LM7905 、LM7912 、LM7915輸出的負向電壓-5V、-12V、-15V穩(wěn)定電壓。</p><p>　　3.3整流二極管及濾波電容的選擇</p><p>　　整流二極管選1N4001，其極限參數(shù)為，而，因為，而，，,，所以，濾波電容為,電容C的耐壓應大于。</p><p>　　所以我們選用

23、的電容。</p><p><b>　　4 整體電路圖</b></p><p>　　圖4.1 直流穩(wěn)壓電源電路圖</p><p><b>　　5 系統(tǒng)測試</b></p><p>　　為了確定系統(tǒng)與題目要求的符合程度,我們對系統(tǒng)中的關(guān)鍵部分用進行了測試。</p><p>

24、　　5.1 測試儀器</p><p>　　測試使用的儀器設備如下所示：</p><p>　　（1）YB4365雙跟蹤示波器</p><p><b>　?。?）數(shù)字萬用表</b></p><p>　　5.2 測試指標</p><p><b>　　1）紋波電壓</b>&l

25、t;/p><p>　　紋波電壓是指疊加在輸出電壓U0上的交流分量。用示波器觀測其峰-峰值，△U0PP一般為毫伏量級。也可以用交流電壓表測量其有效值，但因△U0不是正弦波，所以用有效值衡量其紋波電壓，存在一定誤差。</p><p><b>　　穩(wěn)壓系數(shù)</b></p><p>　　穩(wěn)壓系數(shù)：在負載電流、環(huán)境溫度不變的情況下，輸入電壓的相對變化引起輸出

26、電壓的相對變化，即</p><p><b>　　（5.2.1） </b></p><p><b>　　輸出電阻</b></p><p>　　輸出電阻：放大器的輸出電阻相同，其值為當輸入電壓不變時，輸出電壓量與輸出電流變化量之比的絕對值，即</p><p><b>　?。?.2.2） <

27、;/b></p><p>　　5.3 電路仿真</p><p>　　1）調(diào)節(jié)滑動變阻器使該直流穩(wěn)壓電路實現(xiàn)輸出+5V穩(wěn)定電壓。</p><p>　　2）調(diào)節(jié)滑動變阻器使該直流穩(wěn)壓電路實現(xiàn)輸出+12V穩(wěn)定電壓。</p><p>　　3）調(diào)節(jié)滑動變阻器使該直流穩(wěn)壓電路實現(xiàn)輸出+15V的穩(wěn)定電壓。</p><p>

28、　　通過仿真軟件的模擬證明：</p><p>　?。?）當輸入電壓在220V±10%時，輸出電壓為±5V, ±12V, ±15V和從0V到15V可調(diào)，輸出電流大于1A。</p><p>　?。?）輸出紋波電壓小于5mv,穩(wěn)壓系數(shù)小于5×10-3，輸出內(nèi)阻小于0.1歐。</p><p>　　6 課程設計心得體會<

29、;/p><p>　　通過將近一周的課程設計，使我基本掌握了直流穩(wěn)壓電源的基本組成部分：電源變壓器、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路。同時我學會了使用multisim軟件，對其中的一些原件有了一些初步的掌握，對其基本性能也有所了解。</p><p>　　回顧本次課程設計的過程，我以教材為主線，按照規(guī)定的程序進行，針對的各功能模塊的特點，進行拓整合和拓展，以設計直流穩(wěn)壓電源為目的，調(diào)查和學習相關(guān)資料。

30、最后確定方案，制作簡易電路，完成設計任務。</p><p>　　我認為這是一次非常有意義的實踐活動，它鍛煉了我的獨立思維能力，同時也培養(yǎng)了我與人溝通的能力和協(xié)調(diào)組織的能力，培養(yǎng)了我自主學習的能力。我們在課堂上學習的僅僅是理論知識，而課程設計是的面對現(xiàn)實，讓我們將所學理論知識運用到實踐中。在課程設計的過程中，我查閱了很多次設計書和指導書。為了讓自己的設計更加完善，更加符合工程標準，我們必須一次又一次的查閱資料。所以

31、課程設計讓我們養(yǎng)成了嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度，同時讓我們更加明白，工程設計一定要符合實際。在做設計的過程中我發(fā)現(xiàn)許多知識已經(jīng)遺忘了，所以我們應該邊學邊用，時刻鞏固所學知識。同時還應該學會活學活用，學以致用，努力提高自己。</p><p>　　由于個人的能力和設計的水平有限，設計內(nèi)容難免會有錯誤的的地方，還望老師給予糾正。</p><p><b>　　參考文獻</b></p

32、><p>　　[1] 華成英 童詩白 ，模擬電子技術(shù)基礎， 北京 ，高等教育出版社，2006</p><p>　　[2] 夏路易,石宗義.電路原理圖與電路板設計教程.北京：北京希望電子出版社.2002.</p><p>　　[3] 張占松.電路和系統(tǒng)的仿真實踐. 北京：科學出版社.2000. </p><p>　　[4] 邱關(guān)源.電路.第五版.北