交流变换为直流的稳定电源设计方案

1 交流变换为直流的稳定电源 设计方案 设计目的及意义 本次设计的直流稳 压 电源 和直流稳流电源 具有较高的实用价值。通过本次设计让我充分理解了直流稳 压 电源 和直流稳流电源 的工作原理，了解其工作特点以及目前市面上一些直流稳 定 电源存在的一些缺陷。通过设计尽量去完善直流稳 定电源系统。使得这个电源在使用的时候尽量便捷，尽量直观。在一系列的设计过后能够使自己初步形成工程设计的基本思想和一般设计方法。此外通过本次设计让我学到 了一些 东西：较熟练的掌握了电子线路仿真软件（ 使用 。 设计的任务及要求 要求完成的 主要任务 : 设计并制作交流变换为直流的稳定电源。 基本要求： （ 1） 稳压电源 在输入电压 220V、 50压变化范围 15% 20%条件下： a输出电压可调范围为 +9V +12V b最大输出电流为 c电压调整率 （输入电压 22015% 20%下，空载到满载） d负载调整率 1% （最低输入电压下，满载） e纹波电压（峰 5最低输入电压下，满载） f效率 40% （输出电压 9V、输入电压 220V 下，满载） g具有过流及短路保护功能 （ 2） 稳流电源 在输入电压固定为 12 a输出电流： 4 20 2 b负载调整率 1% （输入电压 12V、负载电阻由 200 300 变化时，输出电流为 20 2. 设计方案 直流稳压电源电路设计 该电路中，输出电压 样电压与基准电压进行比较得到误差电压，该误差电压对调整管的工作状态进行调整，从而使输出电压发生变化，该变化与由于供电电压 生变化引起的输出电压的变化正好相反，从而保证输出电压 稳压值 )。因输出 电压要求从 0 此要在基准电压处设计辅助电源，用于控制输出电压能够从 0 单纯的串联式直流稳压电源电路很简单，但增加辅助电源后，电路比较复杂，由于都采用分立元件，电路的可靠性难以保证。 该电路 采用输出电压可调且内部有过载保护的三端集成稳压器，输出电压调整范围较宽，设计一电压补偿电路可实现输出电压从 0 要求电路具有很强的带负载能力，需设计一软启动电路以适应所带负载的启动性能。该电路所用器件较少，成本低且组装方便、可靠性高。 该电路采用可控硅作为第一级调压元件，用稳压电源芯片 为第二级调压元件，通过 而改变调压元件的外围参数，并加上软启动电路，获得 0 24 V， 步长，驱动能力可达 1 A，同时可以显示电源电压值和输出电流值的大小。 3 其硬件电路主要包括变压器、整流滤波电路、压差控制电路、稳压及输出电压控制电路、电压电流采样电路、掉电前重要数据存储电路、单片机、键盘显示等几部分，硬件部分 。 正、负端压差控制电路的 作用是减少 功耗。稳压电路由三端稳压芯片 压用 外围器件组成，输出电压控制电路采用继电器控制的电阻网络。电阻网络的每个电阻都需要精密匹配，电阻的精密程度直接影响输出电压的精度。电压电流采样电路由单片机控制实时对当前电压电流进行采样，以修正输出电压值。掉电前重要数据存储电路用以保存当前设置的电压值，可以方便用户在重新上电后不用设置，而且也不会因为电压值过高损坏用户设备。 该电源稳定性好、精度高，并且能够输出 24 V 范围内的可调直流电压，且其性能优于传统的可调直流稳压电源，但是电路比较复杂，成本较高，使用于要求较高的场合。在实际中，如果对电路的要求不太高 (这种情况较多 )，多采用第二种设计方案。 最终决定的直流稳压电源电路设计方案 最终，我决定采用第二种 要因为 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。 置有过载保护、安全区保护等多种保护电路。通常 需要外接 电容，除非输入滤波电容到 入端的连线超过 6 英寸（约 15 厘米）。使用输出电容能改变瞬态响应。调整端使用滤波电容能得到比标准三端稳压器高的多的纹波抑制比。 电路图如下： 4 图 1 317 系列稳压器输出连续可调的正电压，可调范围为 7V，最大输出电流为 足设计需要。图中 位器组成电压输出调节电路，电容 容 小输出的纹波电压。二极管 容 该电路可以实现稳流输出，但毫无疑问的是过于复杂，精度极高，超出题目要求及制作条件，故不予考虑。 成的 可调稳流源电路 用 12V 供电，依靠 317 的 2、 3 两端带隙电压恒定的特点，用 阻值控制输出电流的大小，达到输出稳定可调电流的目的。 最终决定的直流稳流电源电路设计方案 最终我决定采用第三种设计方案，用 作这一电路简单易行，在性能上又能达到设计要求指标，是最合理和最理想的方案之一。 5 图 2 6 3. 硬件电路设计 经过仔细研究，我决定采用如下电路制作稳定电源实物。 图 3 整体设计电路图 稳压模块工作原理 本电路的稳压电源模块采用了 220压器变出的 18V 交流电压，经过全波桥式整流后得到直流脉动电压，在经过滤波电容减小电压脉动，最终经过 压后得到稳定的 依靠 阻固定电流，经 到输出稳定可调电压的要求。 7 本电路的稳流电源模块采用了 成稳压电源构成的可调式稳流电路，将上一级产生的 12V 稳定电压转换为输出端的 4稳定电流。由稳压源供电，仍然是依靠带隙电压，通过 阻的调节控制输出端电流，实现稳定输出可调电流的题目要求。 稳压电源 电源变压器的选择 电源变压器的作用是将来自电网的 220V 交流电压 换为整流电路所需要的交流电压 源变压器的效率为： 其中 2P 是变压器副边的功率， 1P 是变压器原边的功率。一般小型变压器的效率如表 1 所示： 表 1 小型变压器的效率 副边功率2P 0 0 0 效率 此，当算出了副边功率 2P 后，就可以根据上表算出原边功率 1P 。 由于 输入电压与输出电压差的最小值 m ，输入电压与输出电压差的最大值 0m a x ，故 输入电压范围为： m a xm i nm i nm a x )()( 即 409312 4915 ， 12 8 输入 电压变化范围 在 15% 20%条件下 也满足，则 82 变压器副边电流： ，取 ， 因此，变压器副边输出功率： 由于变压器的效率 ，所以变压器原边输入功率 121 ，为留有余地，选用功率为 变压器。 整流二 极管和滤波电容的选择 由于： M ， 。 反向击穿电压 M 50 ，额定工作电流m ，故整流二极管 选用 滤波电容 根据 300 103,5,18,12 和公式 常数常数 可求得： 所以，滤波电容： 0 0 00 0 a 电容 C 的耐压要大于 ，故取 3 只 F2200 电解电容相并联。 电阻和电位器的选择 输出电压表达式为 : 1 集成稳压块输出端与调整端之间的固有参考电压 此电压 9 加于给定电阻 端，将产生一个恒定电流通过输出电压调节电位器 阻 240120 ，根据 ： 00 ， 10 , 。我们 1般使用精密电位器，与其并联的电容器 C 可进一步减小输出电压的纹波。 图中加入了二极管 D，用于防止输出端短路时 10F 大电容放电倒灌入三端稳压器而被损坏。 输出电压可调范围： 37V 输出负载电流： 入与输出工作压差 U=3 40V 能满足设计要求 ,故选用 稳流电源 R 选 911R P 500 10 4. 仿真及分析 稳压模块的 仿真 改变滑动变阻器的值，可以得到 912电压的值随负载的 改变量很小，满足要求。 图 压模块仿真图 11 图 压模块仿真图 12 图 压模块纹波图 稳流模块的 仿真 改变滑动变阻器阻值，可得到 420直流电流，且电流的值随负载的改变量很小，满足要求。 13 图 流模块仿真图 图 流模块仿真图 14 图 流模块仿真图 数据整理及最终分析 稳压电 源 在输入电压 220V、 50压变化范围 15% 20%条件下： a输出电压可调范围为 +b最大输出电流为 c电压调整率为 输入电压 220V 变化范围 15% 20%下，空载到满载） d纹波电压（峰 低输入电压下，满载） e效率 输出电压 9V、输入电压 220载） 如图所示，稳流电源 在输入电压固定为 12 a输出电流： b负载调整率为 输入电压 12V、负载电阻由 200 300变化时，输出电流为 20 整体分析 由以上数据可知，本次设计基本成功，但在细节处与要求有一定得偏差，分 15 析原因主要在于，一些元件的参数与计算值有一定得偏差，且温度等外部因素也对结果产生一定影响。 16 5. 实物制作 稳定直流稳压源的制作 制作直流稳压源使用的元件比较多， 在采购时，有的元件无法买到，只能用相近的元件替代，并且电路的焊接比较花费时间，在焊接的过程中，电烙铁在电路板上停留时间太长， 焊盘容易焊坏。 17 稳定直流稳流源的制作 制作直流稳流源使用的元件不是很多，但焊接还是有点困难。 18 6. 设计心得及体会 通过两个星期的课程设计，我对电子工艺的理论有了更深的了解。其中包括焊普通元件与电路元件的技巧、印制电路板图的设计制作、稳压电源的工作原理等等。这些知识不仅在课堂上有效，在日常生活中更是有着现实意义，也对自己的动手能力是个很大的锻炼。在实习中，我锻炼了自己动手能力，提高了自己解决问题的能力。通过本次实践也培养了我理论联系实际的能力，提高了我分析问题 和解决问题的能力，增强了独立工作的能力。最主要的是收获颇丰，我基本掌握手工电烙铁的焊接技术，能够独立的完成简单电子产品的安装与焊接基本熟悉了电子产品的安装工艺的生产流程，了解了电子产品的焊接、调试与维修方法；其次我更加熟悉了有关软件 使用，能够熟练的使用普通万用表。最重要的，我熟悉了常用电子器件的类别、型号、规格、性能及其使用范围，能查找资料，查阅有关的电子器件图书等了。 另外在这次设计中，我也遇到了不少的问题，幸运的是，最终一一解决了遇到的问题。在我们遇到不懂的问题时，利用网上和图书馆的 资源，搜索查找得到需要的信息及和队友之间相互讨论显得尤其重要了，我明白了团队合作的重要性。这次的制作也让我们感受到，我们在电子方面学到的只是很小的一部分知识，我们需要更多的时间来自主学习相关知识。 19 参考文献 1谢自美 .电子线路设计实验测试第三版 2005 2刘霞，侯传教，孟涛，杨智敏 . 电子设计与实践 2009 3康华光 .电子技术基础 五版 2006 4孙梅生 .电子技术基础课程设计 版社， 2005 5黄继昌，张海贵 .实用单