直流稳压电源设计

淮海工学院 课程设计报告书课程设计报告书 课程名称 直流稳压电源的设计 学 院 专 业 班 级 姓 名 学 号 评语 评语 成绩 成绩 签名 日期 课 程 设 计 报 告 书 专 用 纸 第 2 页 共 11 页 1 1 绪论绪论 1 1 1 1 电子技术的发展趋势电子技术的发展趋势 1 1 1 概括发展历史 现代电力电子技术的发展方向 是从以低频技术处理问题为主的传统电力电子学 向以高频技术处理问题为主的现代电力电子学方向转变 电力电子技术起始于五十年代 末六十年代初的硅整流器件 其发展先后经历了整流器时代 逆变器时代和变频器时代 并促进了电力电子技术在许多新领域的应用 八十年代末期和九十年代初期发展起来的 以功率 MOSFET 和 IGBT 为代表的 集高频 高压和大电流于一身的功率半导体复合器件 表明传统电力电子技术已经进入现代电力电子时代 1 1 2 现代电子技术的应用领域 高速发展的计算机技术带领人类进入了信息社会 同时也促进了电源技术的迅速发 展 计算机技术的发展提出绿色电脑和绿色电源 绿色电脑泛指对环境无害的个人电脑 和相关产品 绿色电源细指与绿色电脑相关的高效省电电源 据美国环境保护署 1992 年 6 月 17 日 能源之星 计划规定 桌上型个人电脑或相关的外围设备 在睡眠状态 下的耗电量若小于 30 瓦 就符合绿色电脑的要求 变频器电源主要用于交流电机的变频调速 其在电气传东系统中占据的地位日趋重 要 以获得巨大的节能效果 变频器电源主电路均采用交流 直流 交流方案 工频电 源通过整流器变成固定的直流电压 然后由大功率晶体管或 IGBT 组成的 PWM 高频变换 器 将直流电压你变成电压 频率可变的交流输出 电源输出波形近似于正弦波 用于 驱动交流异步电动机实现无极调速 电力有源滤波器是一种能够动态抑制谐波的新型电力电子装置 能克服传统 LC 滤 波器的不足 是一种很有发展前途的谐波抑制手段 滤波器由桥式开关功率变换器和具 体控制电路构成等 1 1 3 课程设计的意义 课程设计学生重要基础实践课是工科专业的必修课 学生不仅需要有较高的理论素 养 同时也要掌握基本的设计知识和技能 锻炼实践能力的重要环节 是对学生实际工 作能力的具体训练和考察过程 经过查资料 选方案 设计电路 撰写设计报告 使学 生得到一次较全面的工程实践训练 理论联系实际 提高和培养创新能力 通过本课程的学习 使学生不仅能加深理解和巩固理论课上所学的有报警电路的基 本概念 基本理论和基本方法 而且能锻炼学生综合运用所学知识 发现 提出 分析和 解决实际问题 以及分析问题和解决问题的能力 同时对学生进行良好的独立工作习惯 和科学素质的培养 为今后参加科学研究工作打下良好的基础 课 程 设 计 报 告 书 专 用 纸 第 3 页 共 11 页 2 2 设计目的及要求设计目的及要求 2 12 1 设计目的设计目的 1 巩固加深对模拟电子技术基础知识的理解 提高综合运用所学知识的能力 2 通过查找资料 选方案 设计电路 仿真或调试 写报告等环节的训练 熟悉设 计的过程 步骤 培养学生独立分析问题 解决问题的能力 为今后从事电子线路的设 计 研制电子产品打下良好的基础 3 了解电子线路设计的工程 工艺技术规范 学会书写设计说明书 4 培养学生严肃 认真的科学态度和工作作风 5 不仅能加深理解和巩固理论课上所学的有直流稳压电源电路的基本概念 基本理 论和基本方法 而且能锻炼学生综合运用所学知识 发现 提出 分析和解决实际问题 以及分析问题和解决问题的能力 2 22 2 设计要求设计要求 设计串联反馈式稳压电源 整流滤波电路 串联调整电路 保护电路 比较放大电 路 基准电压电路 取样电路 2 32 3 设计指标设计指标 1 输出直流电压 Uo 3 15V 范围内连续可调 2 输出电流 Io 0 1A 3 稳压系数 Sv 0 05 4 输出电阻 Ro 0 05 5 输出纹波电压 Uopp 5mV 3 3 直流稳压电源的设计直流稳压电源的设计 3 13 1 设计原理设计原理 稳压电源的设计 是根据稳压电源的输出电压 Uo 输出电流 Io 输出纹波电压 Uopp 等性能指标要求 正确地确定出变压器 集成稳压器 整流二极管和滤波电路中 所用元器件的性能参数 从而合理的选择这些器件 稳压电源的设计可以分为以下三个步骤 1 根据稳压电源的输出电压 Uo 最大输出电流 Iomax 确定稳压器的型号及电 路形式 课 程 设 计 报 告 书 专 用 纸 第 4 页 共 11 页 2 根据稳压器的输入电压 UI 确定电源变压器副边电压 u2的有效值 U2 根据稳 压电源的最大输出电流 I0max 确定流过电源变压器副边的电流 I2和电源变压器副边的 功率 P2 根据 P2 从表 1 查出变压器的效率 从而确定电源变压器原边的功率 P1 然后根据所确定的参数 选择电源变压器 3 确定整流二极管的正向平均电流 ID 整流二极管的最大反向电压 URM和滤波电 容的电容值和耐压值 根据所确定的参数 选择整流二极管和滤波电容 小功率稳压电源由电源变压器 整流电路 滤波电路和稳压电路四个部分组成 如 图 1 所示 电 源 整 流 滤 波 稳 压 u1 u2 u3 uI U0 变压器 电 路 电 路 电 路 a 稳压电源的组成框图 u1 u2 u3 uI U0 0 t 0 t 0 t 0 t 0 t b 整流与稳压过程 图 1 直流稳压电源组成的方框图 3 23 2 电源变压器电源变压器 电源变压器的任务是将来自电网的 220V 交流电压 u1 变压器初级电压 降低到符 合整流电路所需要的交流电压 变压器次级 u2 电源变压器的效率为 1 2 P P 其中 是变压器副边的功率 是变压器原边的功率 其图如图 2 2 P 1 P 课 程 设 计 报 告 书 专 用 纸 第 5 页 共 11 页 图 2 电源变压器 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 2 PVA10 VA30 10VA80 30VA200 80 效率 0 60 70 80 85 因此 当算出了副边功率后 就可以根据上表算出原边功率 从而可以选择适 2 P 1 P 合的变压器 本设计中 稳压电路最低输入直流电源 Ui Uomax Ui Uo min Ui Uomin Ui Uo max 15 3 Ui 3 40 18V Ui 43V 变压器副边电压 电流 功率 U2 Uimin 1 2 18 1 2 15V I2 1 1 3 Io Iomax 1A 又 CW317 最大负载电流为 2 2A 则取 I2 1 2A P2 V2 I2 18W 根据表 1 得 0 7 原边功率 P1 P2 25 7W 匝数比 N1 N2 U2 U1 15 220 3 44 课 程 设 计 报 告 书 专 用 纸 第 6 页 共 11 页 3 33 3 整流电路整流电路 整流电路的作用是将交流电压 u2整流为单方向的脉动的直流电压 u3 整流电路有 半波整流电路 全波整流以及桥式整流电路等类型 在稳压电源中一般用由四个二极管 组成得桥式整流电路 如下图 3 C RL V1 V2 D4 D3 D1 D2 Vo 图 3 整流电路 本设计中 单个整流二极管能承受的最大反向电压 21 21V 2 2UURM 最大整流电流 IF 2 3 Io 2 2 1 2 1A 所以可选四个 1N5391 整流二极管 其 URM 50V IF 1 5A 3 43 4 滤波电路滤波电路 滤波电路通常由 L C 等储能元件组成 其作用滤除单项脉冲电压中的交流分量 使输出电压更接近于直流电压 滤波电路常用的结构形式有电容型滤波电路 电感型滤 波电路及混合型滤波电路 本设计采用电容型滤波电路 图 4 电容型滤波电路 课 程 设 计 报 告 书 专 用 纸 第 7 页 共 11 页 0 005 常数 常数 o I T I I v U U U U S 0 0 其中 Uo 5mv Uo 15v Ui 18v 求得 Ui 1 2v 再有滤波电容 C 为uF U T I U tI C II c 8333 2 1 2 1 50 1 1 2 max0 其中 T 20ms 是 50Hz 交流电压的周期 电容的耐压应大于 1 1U2 23 331v 故取 2 只 4700uF 25v 的 CD13 型铝电解电2 容相并联 如图 4 的 C1 C2 3 53 5 串联反馈稳压电路串联反馈稳压电路 可调式三端集成稳压器是指输出电压可以连续调节的稳压器 有输出正电压的 CW317 系列 LM317 三端稳压器 有输出负电压的 CW337 系列 LM337 三端稳压器 在可调式三端集成稳压器中 稳压器的三个端是指输入端 输出端和调节端 稳压器输 出电压的可调范围为 Uo 1 2 37V 最大输出电流 Iomax 1 5A 输入电压与输出电 压差的允许范围为 UI Uo 3 40V 要求输出电压为 3 15V 连续可调 所以选区 CW317 作为电路的集成稳压模块如图 5 其中 D1 D2 管为 CW317 工作时的保护电路 R2 Rp R3 串联支路为反馈支路 CW317 R1 D Ui C1 Uo Co Rw C2 图 5 CW317 型内部管脚图及经典应用电路图 1 2 3 CW317 课 程 设 计 报 告 书 专 用 纸 第 8 页 共 11 页 图 6 在本设计中的应用电路 稳压二极管 Dz 两端电压 Vz Uomin 3V 故可选用 2CW51 型的稳压二极管 又R3 Uo Vz Iz 15V 71mA 211 因为集成稳压器的最小负载电流为 3 5 10mA 所以可取 R1 240 则令 R1 R1 RP R2 R2 RP RP RP RP Uo 1 25 1 R2 R1 Uo 3 15V 求得 R2 1 4 11R1 可得 R2 1 4 R1 RP R2 RP 11R1 解得 R2 9R1 RP 4R1 取 R1 240 R2 1680 RP 960 所以可取 1 5k 的精密线绕可调电位器 课 程 设 计 报 告 书 专 用 纸 第 9 页 共 11 页 集成运放的主要功能就是比较放大 且增益越大越好 受温度影响越小越好 因此 选择高精度集成运放 LM308 失调电压小 温漂也非常小 以及增益 共模抑制比都非 常高 噪声也很小 所以比较适合 C4 主要用于减小纹波电压 一般可取 10uF C5 用于消除输出电压中的高频噪声 一 般可取 100uF 位于集成稳压器边上的两个二极管起保护作用 所以只要取大于反向电压大于 3V 的即可 此电路中采用 2AP10M 的俩个二级管 其额定正向电流为 5mA 最高反向工作电 压为 20V 满足电路要求 3 63 6 总电路图设计总电路图设计 课 程 设 计 报 告 书 专 用 纸 第 10 页 共 11 页 4 4 元器件清单元器件清单 表 2 元器件清单 名称类型数量 集成稳压器 CW3171 集成运算放大器 LM3081 整流二极管 1N53914 普通二极管 2AP10M2 4700uF2 10uF1电容 铝电解电容 100uF1 240 R1 1 1680 R2 1 1 5k RP 1 电阻 211 R3 1 变压器 30W 3 44 1 稳压二极管 2CW51B1 5 5 个人总结个人总结 此次课程设计是大学以来的第一次课程设计 当然在设计之前对课程设计满怀好奇 本没有想到会是让我们设计电路的 虽然觉得有点难 单缸开始的时候还是对它满怀信 心 觉得自己能设计出电路 是一件多么了不起的一件事 其实设计过程中还是遇到不少困难的 首先 由于后面的没怎么学 老师上课也只是一提而过 所以刚碰到这个课题的时 候真的感到无从下手 所以没有办法 只能看参考资料 不过这也给我后来设计电路提 供了思路啊 其次 我觉得大多数参考书上给出来的图基本上都差不多 这也一度给我带来了困 扰 正在打算放弃的时候 忽然思路就有了 所以这次课程设计也让我觉得坚持就是胜 利啊 要相信自己 再者 我觉得老师可以在做课程设计前稍微给我们点提示 这样不至于刚拿到这个 课题的时候一脸茫然 尤其在过程中 图好不容易画出来了 却又不会算 看了那么多 参考书 都没有提供算的方法 真的让我觉得有点茫然 还有我觉得做课程设计一定要有人和你一起做 它不仅能带动你的情绪 让你能坚 持做下去 还会给你带来新的角度 新的思路哦 最重要的是能够相互合作 互相弥补 不足 提高工作效率 最后一点 我觉得这个课程设计给我们带来的最大好处就是提高了将理论运用于实 课 程 设 计 报 告 书 专 用 纸 第 11 页 共 11 页 际的能力 因为现在大学的教育我觉得就是应试教育 有和实际相关的课程 最后也仅 仅是为了让应付考试 很少有真正和实际联系起来的 即使有实践的课程 也大多是为 了完成任务 因此我觉得大学生将理论应用实际的能力尤为重要 6 6 参考文献参考文献 1 彭介华 电子技术课程设计指导 北京 高等教育出版社 1997 2 李振声 实验电子技术 北京 国防工业出版社 2001 3 卢结成 高世忻等 电子电路实验及应用课题设计 合肥 中国科学技术大学出 版社 2002 4 梁宗善 电子技术基础课程设计 武汉 华中理