开关直流稳压电路的设计书.doc

开关直流稳压电路的设计方案 1 总体设计方案本设计所介绍的直流电压源为单相小功率电源，它可以将频率为50Hz、有效值为220V的单相交流电压转化为幅值稳定、输出电流为几十安以下的直流电压。直流电源的输入为220V的电网电压，由于所需直流电压的数值和电网电压的有效值有很大的差别，因此需要通过电源变压器降压后，再对交流电压进行处理。变压器副边电压通过整流电路从交流电压转化为直流电压，即将正弦波电压转化为单一方向的脉动电压，可以通过半波整流电路和全波整流电路实现此功能。但是它们均含有较大的交流分量，会影响负载电路的正常工作。为了减小电压的脉动，需通过低通滤波电路滤波，使输出电压平滑。理想情况下，应将交流分量全部滤掉，使滤波电路的输出电压仅为直流电压。但是，由于滤波电路为无源电路，所以接入负载后势必会影响其滤波效果。交流电压通过整流、滤波后虽然变为交流分量较小的直流电压，但是当电网电压波动或负载变化时，其平均值也将随之变化。稳压电路的功能是使输出的直流电压基本不受电网电压波动和负载电阻变化的影响，从而获得足够高的稳定性。+Uo220V 50Hz 电 源 整 流 滤 波 稳 压 - 变压器 电 路 电 路 电 路 2 各单元电路的分析与设计2.1 电源变压器由于设计中要求可以输出正、负稳定电压，则对于每一种需要固定输出的电压和可调电压，都必须由输出电压极性相反的两片集成稳压器实现。而两芯片输入端需要分别加上极性相反的电压，所以在选择变压器时，有两种方案：方案一：选用两个变压器，然后把一个变压器的负极和另一个变压器的正极连接起来作为参考地（即电势为0）。如图2.1.1所示。方案二：选用一个带中间抽头的变压器，从中间抽头引出一条线作为参考地。如图2.1.2所示。方案比较：由于变压器的体积比较大，所以在电路中应尽量避免使用太多变压器，另外带中间抽头的变压器也非常常见，经分析选用方案二。 图2.1.1 带中间抽头的变压器 图2.1.2 普通变压器2.2整流电路方案一：单相半波整流电路1） 工作原理单相半波整流电路是最简单的整流电路，设变压器的副边电压有效值为，则其瞬时值。在的正半周，二极管外加正向电压，因而处于导通状态，电流由A经负载电阻流到B点，在的负半周，二极管外加反向电压，故处于截止状态，。负载电阻的电压和电流都具有单一方向脉动的特性。 图2.2.1 单相半波整流电路2）主要参数 （2.2.1） （2.2.2） （2.2.3）方案二：单相桥式整理流电路1） 工作原理单相桥式整流电路由四只二极管组成，其构成原则就是保证在变压器副边电压的整个周期内，负载上的电压和电流方向始终不变。单相桥式整流电路的电路组成如下图所示： 图2.2.2 单相桥式整流电路图2.2.3 单相桥式整流电路习惯画法主要参数 （2.2.4） （2.2.5） （2.2.6）方案比较：单相桥式整流电路与半波整流电路相比，在相同的变压器副边电压下，对二极管的参数要求是一样的，并且还具有输出电压高、变压器利用率高、脉动小等优点，因此本设计采用方案二-单相桥式整流电路。2.3滤波电路 方案一：电容滤波电路由于电容在电路中也有储能的作用，并联的电容器在电源供给的电压升高时，能把部分能量存储起来，而当电源电压降低时，就把能量释放出来，使负载电压比较平滑，也就是电容具有平波的作用。电容滤波电路简单，负载直流电压比较高，纹波也较小，适用于负载电压较高，负载变动不大的场合，也减轻了电路设计和实际焊接的工作。可以通过改变RC的大小改变电容的充放电时间，从而得到较为平滑的输出电压曲线。图2.3.1为电容滤波电路，图2.3.2为不同时的波形。图2.3.1 电容滤波电路图2.3.2 不同时的波形方案二：电感滤波电路由于电感在电路中有储能的作用，在电路中可以串联电感，当电源供给的电流增加时，它把能量存储起来，而当电流减小时，又把能量释放出来，使负载电流比较平滑，即电感有平波的作用。在电感滤波电路中，整流管的导电角较大，峰值电流很小，输出特性比较平坦，但是由于铁心的存在，笨重、体积大，容易引起电磁干扰。一般用只用在低电压、大电流场合。图2.3.3为电感滤波器的基本电路。220V50Hz 图2.3.3 电感滤波器电路 基于以上分析，选用方案一。2.4稳压电路方案一：稳压管稳压电路1）电路组成该电路由稳压二极管和限流电阻R所组成的稳压电路使一种最简单的直流稳压源。其输入电压是整流滤波后的电压，输出电压就是稳压二极管的稳定电压，是负载电阻。图2.4.1是其电路图 图2.4.1 稳压二极管组成的稳压电路2） 稳压原理在稳压二极管所组成的稳压电路中，利用稳压管所起的电流调节作用，通过限流电阻R上的电压或电流进行补偿，来达到稳压的目的。稳压管稳压电路的优点是电路简单，所用元件数量少；但是，因为受稳压管自身参数的限制，其输出电流较小，输出电压不可调节，因此只适用于负载电流较小，负载电压不变的场合。 方案二：三端集成稳压器的组成的稳压电路调整管接在输入端与输出端之间，当电网电压或负载电流波动时，调整自身的集射压降使输出电压基本保持不变。放大短路将基准电压与从输出端得到的采样电压进行比较，然后再放大并送到调整管的基极。放大倍数越大，则稳定性能越好。由于三端集成稳压器是串联型直流稳压电路的一种，而串联型直流稳压电路的输出电压与基准电压成正比，因此，基准电压的稳定性将直接影响稳压电路的输出电压的稳定性。采样电路由两个分压电阻组成，它将输出电压变化量的一部分送到放大电路的输入端。启动电路的作用是在刚接通电流输入电压的时，使调整管、放大电路和基准电源等建立起各自的工作电流，而当稳压电路正常工作时启动电路被短开，一面影响稳压电路的性能。保护电路主要起到限流保护、过热保护和过压保护。+输出端+U1输入端启动电路基准电源调整管放大电路保护电路U0采样电路图2.4.2 三端集成稳压器的组成综合考虑选用方案二作为稳压电路。3 各元器件参数计算及选择3.1电源变压器的选择变压器副边输出电压：变压器副边输出电流：故取I2=2A。变压器副边输出功率：变压器的效率为=0.7，则原边输入功率：由上分析,副边输出电压可取40V，输出电流为2A，为留有余地，一般选功率为100W的变压器。3.2集成稳压器电路形式的选择7800，7900系列集成稳压器由于输出电压决定于集成稳压器为使电路正常工作，要求输入电压U1比输出电压Uo至少大(2.53)V。输入端电容用以抵消输入端较长接线的电感效应，以防止自激振荡，还可抑制电源的高频脉冲干扰。一般取0.11F。输出端电容用以改善负载的瞬态响应，消除电路的高频噪声，同时也具有消振作用。同时会在输入、输出端的电容之间接保护二极管，用来防止在输入端短路时输出电容所存储电荷通过稳压器放电而损坏器件。降压整流滤波部分所输出的正向电压，通过集成稳压管LM7805、LM7812、LM7815和LM317可分别输出+5V、+12V、+15V和015V可调电压。而由降压整流滤波部分所输出的负向电压，通过集成稳压LM7905 、LM7912 、LM7915输出的负向电压-5V、-12V、-15V稳定电压。3.3整流二极管及滤波电容的选择 整流二极管选1N4001，其极限参数为，而，因为，而，,，所以，滤波电容为,电容C的耐压应大于。所以我们选用的电容。4 整体电路图 图4.1 直流稳压电源电路图5 系统测试为了确定系统与题目要求的符合程度,我们对系统中的关键部分用进行了测试。5.1 测试仪器 测试使用的仪器设备如下所示： （1）YB4365双跟踪示波器 （2）数字万用表5.2 测试指标1）纹波电压纹波电压是指叠加在输出电压U0上的交流分量。用示波器观测其峰-峰值，U0PP一般为毫伏量级。也可以用交流电压表测量其有效值，但因U0不是正弦波，所以用有效值衡量其纹波电压，存在一定误差。2） 稳压系数稳压系数：在负载电流、环境温度不变的情况下，输入电压的相对变化引起输出电压的相对变化，即 （5.2.1） 3） 输出电阻输出电阻：放大器的输出电阻相同，其值为当输入电压不变时，输出电压量与输出电流变化量之比的绝对值，即 （5.2.2） 5.3 电路仿真1）调节滑动变阻器使该直流稳压电路实现输出+5V稳定电压。 2）调节滑动变阻器使该直流稳压电路实现输出+12V稳定电压。 3）调节滑动变阻器使该直流稳压电路实现输出+15V的稳定电压。 通过仿真软件的模拟证明： （1）当输入电压在220V10%时，输出电压为5V, 12V, 15V和从0V到15V可调，输出电流大于1A。 （2）输出纹波电压小于5mv,稳压系数小于510-3，输出内阻小于0.1欧。6 课程设计心得体会通过将近一周的课程设计，使我基本掌握了直流稳压电源的基本组成部分：电源变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路。同时我学会了使用multisim软件，对其中的一些原件有了一些初步的掌握，对其基本性能也有所了解。回顾本次课程设计的过程，我以教材为主线，按照规定的程序进行，针对的各功能模块的特点，进行拓整合和拓展，以设计直流稳压电源为目的，调查和学习相关资料。最后确定方案，制作简易电路，完成设计任务。我认为这是一次非常有意义的实践活动，它锻炼了我的独立思维能力，同时也培养了我与人沟通的能力和协调组织的能力，培养了我自主学习的能力。我们在课堂上学习的仅仅是理论知识，而课程设计是的面对现实，让我们将所学理论知识运用到实践中。在课程设计的过程中，我查阅了很多次设计书和指导书。为了让自己的设计更加完善，更加符合工程标准，我们必须一次又一次的查阅资料。所以课程设计让我们养成了严谨的治学态度，同时让我们更加明白，工程设计一定要符合实际。在做设计的过程中我发现许多知识已经遗忘了，所以我们应该边学边用，时刻巩固所学知识。同时还应该学会活学活用，学以致用，努力提高自己。由于个人的能力和设计的水平有限，设计内容难免会有错误的的地方，还望老师给予纠正。 参考文献1 华成