可调直流稳压电源设计

1 可调直流稳压电源 院 系 名称 专 业 班 级 学 号 学 生 姓 名 指 导 教 师 年 月 2 摘要摘要 随着科技的发展 电气 电子设备已经广泛的应用于日常 科 研 学习等各个方面 电源作为电气 电子设备必不可少的能源供 应部件 需求日益增加 而且对电源的功能 稳定性等各项指标也 提出了更高的要求 对电源的研究和开发已经成为新技术 新设备 开发的重要环节 在推动科技发展中起着重要作用 本设计主要用 串联型稳压电路设计直流稳压电源 通过相关知识计算出各电路中 各个器件的参数 使电路性能达到设计要求中的电压调整率 电流 调整率 负载调整率 纹波电压等各项指标 关键词关键词 变压器 整流电路 滤波电路 稳压电路 3 绪论绪论 电源技术是一门实践性很强的工程技术 服务于各行各业 当 今电源技术融合了电气 电子 系统集成 控制理论 材料等诸多 学科领域 随着计算机和通讯技术发展而来的现代信息技术革命 给电力电子技术提供了广阔的发展前景 同时也给电源提出了更高 的要求 电源在使用时会造成很多不良后果 世界各国纷纷对电源 产品提出了不同要求并制定了一系列的产品精度标准 电源可分为交流电源和直流电源 它是任何电子设备都不可缺 少的组成部分 直流电源可分为两类 一类是能直接供给直流电流 或电压的 另一类是将交流电变换成所需的稳定的直流电流或电压 的 这类变换电路统称为直流稳压电源 现在所使用的大多数电子 设备中 几乎都必须用到直流稳压电源来使其正常工作 直流稳压 电源在电子设备中起着主要作用 为设备能够稳定工作提供保证 直流电源电压系统一般由四部分组成 它们分别是电源变压器 整 流电路 滤波电路 稳压电路 4 可调直流稳压源的设计可调直流稳压源的设计 1 直流稳压电源 直流稳压电源是一种将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 如图 1 为 直流稳压电源方框图 图 1 直流稳压电源的方框图 其中 1 电源变压器 是降压变压器 它将电网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 2 整流电路 利用单向导电元件 把 50Hz 的正弦交流电变换成 脉动的直流电 3 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 4 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 2 整流电路 1 直流电路常采用二极管单相全波整流电路 电路如图 2 所示 电源变 压器 整流 电路 滤波 电路 稳压 电路 5 图 2 单相桥式整流电路 2 工作原理 设变压器副边电压 u2 2U2sin t U2 为有效值 在 u2 的正半周内 二极管 D1 D2 导通 D3 D4 截止 u2 的负 半周内 D3 D4 导通 D1 D2 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 如图 3 所示 图 3 单相桥式整流电路简易画法及波形图 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 6 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 3 滤波电路 电容滤波电路 采用滤波电路可滤除整流电路输出电压中的交流成分 使电压 波形变得平滑 在整流电路的输出端 即负载电阻 RL 两端并联一个 电容量较大的电解电容 C 则构成了电容滤波电路 如图 4 所示电 路 由于滤波电容与负载并联 也称为并联滤波电路 图 4 单相桥式整流电容滤波电路 从图 3 可以看出 当 u2 为正半周时 电源 u2 通过导通的二极 管 VD1 VD3 向负载 RL 供电 并同时向电容 C 充电 将电能存储在 电容里 如 t1 t2 输出电压 uo uc u2 uo 达峰值后 u2 减 小 当 uo u2 时 VD1 VD3 提前截止 电容 C 通过 RL 放电 输出 电压缓慢下降 如 t2 t3 由于放电时间常数较大 电容放电速 度很慢 当 uC 下降不多时 u2 已开始下一个上升周期 当 u2 uo 时 电源 u2 又通过导通的 VD2 VD4 向负载 RL 供电 同时再给电容 C 充 7 电 如 t3 t4 如此周而复始 电路进入稳态工作后 负载上得 到如图中实线所示的近似锯齿的电压波形 与整流输出的脉动直流 虚线 相比 滤波后输出的电压平滑多了 显然 放电时间常数 RLC 越大 输出电压越平滑 若负载开路 RL 电容无放电回路 输出电压将保持为 u2 的峰值不变 1 输出电压的估算 显然 电容滤波电路的输出电压与电容的放电时间常数 RLC 有关 应远大于 u2 的周期 T 分析及实验表明 当 RLC 3 5 T 2 时 滤波电路的输出电压可按下式估算 即 UO 1 2U2 2 整流二极管导通时间缩短了 存在瞬间的浪涌电流 要求二极 管允许通过更大的电流 管子参数应满足 IFM 2IV IO 3 在已知负载电阻 RL 的情况下 根据式子选择滤波电容 C 的容 量 即 C 3 5 T 2RL 若容量偏小 输出电压 UO 将下降 一 般均选择大容量的电解电容 电容的耐压应大于 u2 的峰值 同时要 考虑电网电压波动的因素 留有足够的余量 电容滤波电路的负载能力较差 仅适用于负载电流较小的场合 4 稳压电路 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 选择电容滤波电路后 8 稳压电路可选集成三端稳压器电路 常见主要有 CW317 CW337 LM317 LM337 稳压内部含有过流 过热保护电路 具有安全可靠 性能优良 不易损坏 使用方便等优点 其电压调 整率和电流调整率均优于固定式集成稳压构成的可调电压稳压电源 输出电压表达式为 式中 1 25 是集成稳压块输出端与调整端之间的固有参考电压 此电压加于给定电阻两端 将产生一个恒定电流通过输出电压调节 电位器 一般使用精密电位器 与其并联的电容器 C 可进一步减 小输出电压的纹波 根据本设计的要求应选用 LM317 组成稳压电路 稳压电路原理电路如图 5 所示 图 5 可调的直流稳压电源 9 整体电路图整体电路图 根据的部分的分析 可调直流稳压电源的总电路图如下图 6 所示 1 2 J1 IN 1 2 J2 OUT T1 220V 15V 1 2 3 4 D0 C1 1200uF C3 10uF C4 100uF C2 0 33uF Vin 3 GND 1 Vout 2 V1 LM317 D1 D2 R1 240 1 1 2 2 W 3 RP1 2 2K RP2 220 图 6 可调直流稳压电源电路图 10 总结总结 通过这次设计与制作 我学会了很多 有了基本理论在实践中 综合运用的初步经验 掌握了模拟电路设计的基本方法 设计步骤 培养综合设计与调试能力 学会直流稳压电源的设计方法和性能指 标测试方法并培养了实践技能 提高了分析和解决实际问题的能力 在参照参考书设计电路到完成实物中 我们遇到了许多问题 我们也学到了许多东西 知道选材料时注意电容的最大耐压 知道 LM317 的使用及其引脚的正确接法 这远比理论学习获得的要多要 实际 成功离不开时间的迁移 汗水的流淌及众人智慧的协助 首先 我要感谢我的导师 她们严谨细致 一丝不苟的作风一直是我们工 作 学习中的榜样 给了起到了指明灯的作用 其次我要感谢同组 同学对我的帮助和指点 没有他们的帮助和提供资料 没有他们的 鼓励和加油 这次设计与就不会如此的顺利进行 在这里 感谢老师给予的极大帮助和鼓励 对老师的精心教育 和指导表示我最忠心的感谢 感谢帮助过我的所有同学 感谢你们 给予的热忱指导和热情帮助 在此表达我最深深的谢意 再次感 11 谢各位老师和同学们的帮助 参考文献参考文献 1 陈梓城 实用电子电路设计与调试 中国电力出版社