电源设计报告.doc

直流电源设计专业班级：电子信息工程一班学生姓名：谢丰应学号：12960137设计时间：2014/3/18 电源设计报告1.设计要求直流稳压电源的基本功能和要求如下：(1)输出电压值能够在额定输出电压值以下任意设定和正常工作。 (2)输出电流的稳流值能在额定输出电流值以下任意设定和正常工作。 (3)直流稳压电源的稳压与稳流状态能够自动转换并有相应的状态指示。 (4)对于输出的电压值和电流值要求精确的显示和识别。 (5)对于输出电压之和电流值有精准要求的直流稳压电源，一般要用多圈电位器和电压电流微调电位器，或者直接数字输入。 (6)要有完善的保护电路。直流稳压电源在输出端发生短路及异常工作状态时不应损坏，在异常情况消除后能立即正常工作。本设计的直流稳压电源的主要技术指标： 输入电压交流220v，输出直流电压uo=12v输出电流io=1a2设计框架 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2，如图1所示。图1 直流稳压电源框图其中： 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。 整流电路：整流电路将交流电压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。常用的整流滤波电路有全波整流滤波、桥式整流滤波等。 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。各滤波电容c满足rc（35）t/2，或中t为输入交流信号周期，rl为整流滤波电路的等效负载电阻。 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。常用的集成稳压器有固定式三端稳压器与可调式三端稳压器。3电路设计 电源变压器在电容滤波的整流电路中，变压器次级线圈除供给负载电流外，还要向电容充电。由于充电时的电流瞬时值很大，因此通过变压器次级线圈的电流平均值虽然等于i=，但通过变压器次级线圈的有效值i2要比i=大，i2和i=的关系决定于电流脉冲波型的形状，波型愈小，有效值愈大。一般取：由于一般这种整流电路后面都要用稳压电路，因此以上估算已能解决实际问题，而没有必要再作繁琐的精确计算。 整流电路整流电路的作用是将交流降压电路输出的电压较低的交流电转换成单向脉动性直流电，这就是交流电的整流过程，整流电路主要由整流二极管组成。经过整流电路之后的电压已经不是交流电压，而是一种含有直流电压和交流电压的混合电压，习惯上称单向脉动性直流电压。采用二极管单相全波整流电路如图2所示。图2 单相全波整流电路在u2的正半周内，二极管vd1、vd3导通，vd2、vd4截止；u2的负半周内，vd2、vd4导通，vd1、vd3截止。正负半周内部都有电流流过的负载电阻rl，且方向是一致的。电路的输出波形如图3所示。图3 整流电路输出波形流过每个二极管的直流电流有载时的直流输出电压：故变压器次级线圈电压的有效值： 在桥式整流电路中，每个二极管都只在半个周期内导电，所以流过每个二极管的平均电流等于输出电流的平均值的一半，即电路中的每只二极管承受的最大反向电压为(u2是变压器副边电压有效值)。可根据id和值选二极管。可选用整流二极管in4004（标准整流电流为1a，最大反向工作电压为400v）。 滤波电路滤波电路常用于滤去整流输出电压中的纹波。在设计中，常利用电容器两端的电压不能突变和流过电感器的电流不能突变的特点，将电容器和负载电容并联或电容器与负载电阻串联，以达到使输出波形基本平滑的目的。选择电容滤波电路，直流输出电压：uo1=(1.11.2)u2直流输出电流：i2是变压器副边电流的有效值。rlc(rl为负载阻值)越大，电容器放电越慢，输出电压平均值越大。一般可选放电时间常数rlc大于c的充电周期(35)倍3.对桥式整流来说,c 的充电周期等于交流电网周期的一半，即，设计选取式中，为流电周期，rl为负载电阻， 取 所以 电容耐压=1.414*10=14.14v 稳压电路前面所讨论的整流滤波电路，都是不能保证输出稳定的直流电压。输出电压不稳定的主要原因有以下几个方面：经整流滤波后输出的直流电压，虽然平滑程度较好，但其稳定性仍比较差。其原因主要有以下几个方面：1、由于输入电压不稳定（通常交流电网允许有10的波动），而导致整流滤波电路输出直流电压不稳定；2、由于整流滤波电路存在内阻，当负载变化时，引起负载电流发生变化，使输出直流电压发生变化；3、由于电子元件（特别是导体器件）的参数与温度有关，当环境温度发生变化时，引起电路元件参数发生变化，导致输出电压发生变化；4、整流滤波后得到的直流电压中仍然会有少量纹波成份，不能直接供给那些对电源质量要求较高的电路。所以，为了得到输出稳定的直流电压，经整流滤波后的直流电压必须采取一定的稳压措施才能适合电子设备的需要。本设计选用固定式三端稳压器。w78xx/w79xx。其中，78系列输出正电压，79系列输出负电压，xx代表所能稳定输出的电压值。它们有一系列固定的电压输出，应用非常的广泛。每种类型由于内部电流的限制，以及过热保护和安全工作区的保护，使它基本上不会损坏。如果能够提供足够的散热片，它们就能够提供大于1.5a的输出电流。虽然是按照固定电压值来设定的，但是当接入适当的外部器件后，就能获得各种不同的电压和电流。文中选用w7812三端正电源稳压电路，输出稳定+12v电压；选用w7912三端负电源稳压电路，输出稳定的-12v电压。具有如下特点：（1）短路电流230ma,峰值电流2.2a，但是当输出电流超过1.5a时，就需要提供足够的散热片；（2）输入电压极限值35v，输出电压典型值为12v，最大值12.6v；（3）热过载保护；（4）短路保护；（5）输出晶体管安全工作区保护；78xx/79xx系列在降压电路中应注意以下事项：（1）输入输出压差不能太大,太大则转换效率急速降低，而且容易击穿损坏； （2）输出电流不能太大，1.5a 是其极限值。大电流的输出，散热片的尺寸要足够大，否则会导致高温保护或热击穿； （3）输入输出压差也不能太小,大小效率很差。其封装电路如图4所示。图4 w7812/w7912引脚图其中，对于w7812：1端为输入端，2端为公共端，3端为输出端。对于w7912：1端为公共端，2端为输入端，3端为输出端。输出+12v和-12v电压的稳压电路图如图5所示。图5 稳压器电路其中，正常时，输入与输出之间的电压不得低于2v。ci、co用于实现频率补偿，防止稳压器产生高频自激和抑制电路引入的高频干扰。 直流稳压电路整体图 pcb图如下具体的仿真调试图如下实物图如下4结论与心得经过了将近一个月的努力，本次的集成直流稳压电源的课程设计也终于完成了。心里面有一丝的喜悦，毕竟忙碌了这么久终于可以有时间去好好复习准备考试了。然而，在心里面更多的是担忧。这次课程设计，虽然是可以勉强完成了，但是也发现了许多以前我们从没有发现的问题。一直以来，无论是师长还是同学都跟我说一定要把理论知识与实际相结合。本来以为是很简单的事情，然而做起来却让我感到很吃力。首先是画电路原理图以及pc图，尽管在上个学期已学过了protel，但当时都是按照课本来画原理图的，许多元件的封装以及参数都是现成的，所以我们不需要费什么力气就能把课本上那些复杂的电路原理图画出来。然而，当我着手这个课程设计的时候，我才发现我对protel的使用很不熟悉，并且很多元器件的封装都是通过自己对实物的测量或网上查找资料才把封装画出来的。其次是选购元器件，虽然我们已经确定好元件的种类及参数，但当我们选购的时候才发现，原来商店并不是所有的元器件都有，有很多时候我们只能选择参数相差不大或是稍微调整电路，才能使我们的硬件符合要求。再次，在打印pc图、打孔以及焊接元器件的时候，才真正的发现自己的动手能力是多么的缺乏，也明显感觉到自己与在基地学习的同学之间的差距。也许，真的如学长所说的一样，当我们同时踏入南岳学院的时候，大家都是站在同一起跑线上，而四年过后，我们却是站在不同的跑道上，面对不一样的未来。至于四年后的道路谁的比较平坦，就取决于这四年的光阴是怎么度过的了。最后，虽然整个硬件部分都完成了，但是我还是不能把整个电路每一部分和每一个元件在电路中所起到的作用有一个很清楚的了解，以致在写课程设计报告中花了很多时间查找资料。通过这次的课程设计，使我更清楚的了解了理论与实际相结合的重要性，在以后的学习和生