AC-DC转换电路设计

电力电子课程设计报告电力电子课程设计报告 学 院 机电信息学院 专 业 电气工程及自动化 10 级 姓 名 指导教师 邵小强 李莉 杨良煜 薛弘晔 时 间 2013 1 6 2 目录目录 一一 摘摘 要要 2 二二 电路各模块介绍电路各模块介绍 3 1 基本资料 3 2 变压部分 5 3 整流部分 7 4 滤波部分 8 5 稳压部分 10 三 心得体会 12 四 参考文献 14 五 附录 14 附录一 实验元件 14 附录二 系统原理图 15 附录三 人员安排 15 3 AC DC 转换电路设计转换电路设计 一一 摘摘 要要 在电子电路及设备中 一般都需要稳定的直流电源供电 本实验所介绍的直 流小功率电源将频率为 50Hz 有效值为 220v 的交流电压转换为幅值稳定 输 出电流为几十安以下的直流电压 主要内容重点介绍交流电经过电压变压器 整流电路 滤波电路和稳压电 路转换成稳定的直流电压 本论文每部分以该部分讨论的问题开始 以小结结束 基本知识内容系统 精炼 深入 在讲清电路工作原理和分析方法的同时 尽量阐明电路结构的构 思方法 引导读者举一反三 扩展部分篇幅虽少 但内容丰富 可开阔眼界 4 二二 电路各模块介绍电路各模块介绍 1 基本资料 1 1 设计目的设计目的 1 掌握功 AC DC 转换的的原理 2 选择变压器 整流二极管 滤波电容及集成稳压器设计直流稳压电源 3 掌握直流稳压电路的调试及主要技术指标的测试方法 4 掌握电路的基本调试能力 1 21 2 设计要求设计要求 1 整流滤波方式 a 全波整流滤波电路 b 桥式整流滤波电路 c 倍压整流滤波电路 2 输入电压 AC220V 3 输出电压 DC5V 4 输出纹波电压 小于等于 5V 1 31 3 设计任务设计任务 1 根据设计指标选择电路形式 画出原理电路图 2 选择元器件型号及参数 并列出材料清单 3 利用软件仿真 并在通用板上组装焊接电路 4 完成电路的测试与调整 使有关指标达到设计要求 5 写出设计总结报告 1 41 4 设计原理设计原理 5 图 1 1 其中电源变压器 T 的作用是将 220v 交流电压变成整流滤波电路所需的交流电压 左边为220v 的交流电压 经过如图所示的电路图后就可以得到5v 的直流电压 图 1 2 AC Alternating current 是交流的意思 DC Direct current 是直流的意思 AC DC 变换是将交流变换为直流 AC DC 转换器就是将交流电变为直流电的 设备 其功率流向可以是双向的 功率流由电源流向负载的称为 整流 AC DC 变换按电路的接线方式可分为波电路 全波 半电路 按电源相数可分 为 单项 三相 多相 按电路工作象限又可分为一象限 二象限 三象限 四象限 如图可知 电路可分为四大部分 1 变压 2 整流 3 滤波 4 稳压 6 2 变压部分 2 1 变压器的主要参数有 1 变压比 变压器的变压比是初级电压与次级电压的比值 2 额定功率 额定功率 是变压器在指定频率和电压下能连续工作而不超过规定温升的输出功率 3 效率 效率是输出功率与输入功率之比 它反映了变压器的自身损耗 4 空载电流 变压器在工作电压下次级空载时 次级电流为零 初级线圈流过的电流称为空载电流 空 载电流大的变压器损耗大 效率低 4 绝缘电阻和抗电强度 绝缘电阻 指变压器线圈之间 线圈与铁心之间及引线之间的电阻 抗电强度是在规定的 时间内变压器可承受的电压 它是变压器特别是电源变压器安全工作的重要参数 电源变压器 Tr的作用是将电网 220V 的交流电压变换成整流滤波电路所需要的交流电压 Ui 变压器的副边与原边的功率比为 式中 为变压器的效率 2 1 P P 变压部分参数设计 选择交流 220V 50Hz 的变压器 电压波动范围 10 根据需要 我们选取了 16W 8V 8V 及 8W 16V 的变压器 一个线圈匝数比为 220 16 另一个线圈匝数比为 220 8 带中 心抽头 电路中心抽头接地 一个正负 8 伏为 7895 和 7905 的输入 另一个为 317 的输入 本次实训为了简洁直观采用了单相变压器 7 3 整流部分 方案 单向桥式整流滤波 桥式整流滤波工作原理 图 1 3 3 图 1 3 4 图所示是单相桥式整流电路原理图 这个整流器的工作和前二者不同 前二 者的电流在每半波只流过一只整流器二极管 而这里每半波的电流却要流过两 只整流器二极管 全波整流器虽然只用了两只二极管 而却多用了一组变压器 绕组 且要求二极管反向耐压值为输入电压峰值的 倍 单相桥式整流电路虽 然多用了两只二极管 而却少用了一组变压器绕组 对二极管反向耐压的要求 也低了一半 因此 看起来后两个电路都是输出全波 但由于结构上的不同 各有自己的使用场合 看实际情况而定 总 结 类型类型电路电路整流电压波形整流电压波形特点特点 8 鉴于本次实验单向 桥式整流 更适合本次实验 说以 我们采取单向桥式整 流作为器件的整流部分 4 滤波部分 通过整流得到的单相脉动直流电压 包含了多种频率的交流成分 还不能直 接被采用 为了滤除或抑制交流分量以获得平滑的直流电压 必须设置滤波电 路 滤波电路直接放在整流电路后面 滤波电路用于滤去整流输出电压中的纹 波 一般由电抗元件组成 如在负载电阻两端并联电容器 C 或与负载串联电 感器 L 以及由电容 电感组合而成的各种复式滤波电路 4 1 电路结构和选择 由于电抗元件在电路中有储能作用 并联的电容器 C 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 电容 C 具有平波的作用 与负载串联的电感 L 当电源供给的电 流增加 由电源电压增加引起 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 L 也有平波作用 滤波电路的形式很多 为了掌握它的分析规律 把它分为电容输入式 电 容 C 接在最前面 和电感输入式 电感 L 接在最前面 前一种滤波电路多用在 单 向 半 波 电路简单 输出波纹大 电源的利用低 单 向 全 波 纹波小 二极管的反向电 压高 单 向 桥 式 电路复杂 纹波小 二极 管的反向电压小 9 小功率电源中 而后一种滤波电路多用于较大功率电源中 而且当电流很大时 仅用一个电感器与负载串联 电容滤波电路 图 4 2 桥式整流 电容滤波电路 4 2 滤波电容的选择 由前述可知 电容 C 越大 电容放电时间常数 t RC 越大 负载波形越平滑 一 般情况下 桥式整流可按式 RC 3 5 T 2 3 1 来选择 C 的大小 式中 T 为输入交流电压的周期 此时负载两端电压可按下式 计算 U L 1 2U 2 滤波电容一般都采用电解电容 使用时极性不能反接 4 3 常用电容的种类 1 陶瓷电容 用陶瓷做介质 在陶瓷基体两面喷涂银层 然后烧成银质薄膜做极板制成 它 的特点是体积小 耐热性好 损耗小 绝缘电阻高 但容量小 适于高频电路 2 铝电解电容 它是由铝圆筒做负极 里面装有液体电解质 插入一片弯曲的铝带做正极制成 还需要经过直流电压处理 使正极片上形成一层氧化膜介质 它的特点是容量 大 但是漏电大 稳定性差 有正负极性 适宜用于电源滤波或者低频电路中 3 钽电容 钽电容由金属钽做正极 用稀硫酸等配液做负极 用钽表面生成的氧化膜做介 质 它的特点是体积小 容量大 性能稳定 寿命长 绝缘电阻大 温度特性 好 可广泛用于电源滤波 旁路 去耦 用在要求较高的设备中 4 4 工作原理 10 单相桥式整流 电容滤波电路中 在分析电容滤波电路时 要特别注意电 容器两端电压 VC 对整流元件导电的影响 整流元件只有在受正向电压作用时才 导通 否则便截止 加了一只电容后 二极管导通时 一方面给负载RL 供电 一方面对电容 C 充电 在忽略二极管正向压降后 充电时 充电时间常数 充电 2RDC 其 中RD 为二极管的正向导通电阻 其值非常小 充电电压uc 与上升的正弦电压 u2 一致 uo uC u2 当uc 充到u2 的最大值时 u2 开始下降 且下降速率逐 渐加快 当 u2 uC 时 四个二极管均截止 电容 C 经负载RL 放电 放电时 间常数为 放电 RLC 故放电较慢 直到负半周 在负半周 当 u2 uC 时 另外二个二极管 VD2 VD4 导通 再次给电容 C 充电 当uC 充到u2 的最大值 时 u2 开始下降 且下降速率逐渐加快 当 u2 uC 时 四个二极管再次截止 电容 C 经负载RL 放电 重复上述过程 有电容滤波后 负载两端输出电压波形 如图 2b 所示 电容滤波电路结构简单 输出电压高 脉动小 但在接通电源的瞬间 将产生 很大的充电电流 这种电流称为 浪涌电流 同时 因负载电流太大 电容器 放电的速度加快 会使负载电压变得不够平稳 所以电容滤波电路只使用于负 载电流较小的场合 由上述讨论可知 当RL 比较小时 即使滤波电容容量很大 脉动系数比较大 uo t O O t iD t1t2t3t4t5t6 b a C VD1 VD4Tr u1u2 a b RLuo uC 图 4 3 11 5 稳压部分 方案二 三端稳压器稳压 三端稳压器工作原理 三端稳压器 主要有两种 一种输出电压是固定的 称为固定输出三端稳 压器 另一种输出电压是可调的 称为可调输出三端稳压器 其基本原理相同 均采用串联型稳压电路 在线性集成稳压器中 由于三端稳压器只有三个引出 端子 具有外接元件少 使用方便 性能稳定 价格低廉等优点 因而得到广 泛应用 图 5 2 固定三端稳压器 结论 稳压器是指将不稳定的直流电压变为稳定的直流电压的电路 由于三端稳 压器具有稳压精度高 工作稳定可靠 外围电路简单 体积小 重量轻等显箸 优点 在各种电源电路中得到了普遍的应用 所以本实验采用方案二 三端稳 压器稳压 作为稳压部分的器件 12 三 心得体会 设计心得体会 经过两周的努力 我们在路建涛组长的带领下 在邵小强老 师的悉心指导下努力地认真的完成了课程设计 感觉到自己的能力 得到了提高 与组员的配合也十分的默契 对此我感触很深 整流 滤波电路有很多构成方案 如整流电路就分别有 半波 整流电路 单相全波整流电路 单相桥式整流电路 滤波电路又分 为电容滤波和电感滤波 在这里我主要选择了桥式整流电路和电容 滤波来完成自己的课题 再组内我担任了插装元件 焊接 校验及 对器件作用的了解等任务 通过在网上和图书馆所找的资料 使我了解到了制作简易数控 电源的一些基本步骤 有些芯片本来不懂的 但是经过查资料使我 对有些不是懂的芯片有了一定的了解 如果有时间 最好能够做出 一个实物图就比较了解 但是时间实在太紧 不过经过对资料的整 理 为我毕业设计提供了资料和思路 使我对这次的毕业设计充满 13 了信心 相信在老师的带领下 我能很好的完成目标 同时也要感 谢老师给我们宝贵经验指导 在此实习课程中我学会了怎么利用色环判别电阻的大小 总结 0 黑 1 棕 2 红 3 橙 4 黄 5 绿 6 兰 7 紫 8 灰 9 白 利用不同的颜 色可判断它们不同的阻值 这次实习课程中培养了我们发现问题解决问题而后提出问题的 能力 感谢指导老师的谆谆教导