24V直流稳压电源论文.doc

武汉*大学毕业设计（论文）开题报告课题名称24V直流稳压电源设计院系名称专 业班 级学生姓名 课题的意义: 随着电子技术的高速发展，电气、电子设备广泛应用于日常、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，其好坏也直接影响着电气设备或控制系统的工作性能。在电子设备中，直流稳压电源的故障率是最高的（长期工作在大电流和大电压下,电子元器件很容易损坏）但在直流稳压电源中，通过整流、滤波电路所获得的直流电源的电压往往是不稳定的。输出电压在电网电压波动或负载电流变化时也会随之有所改变。电子设备电源电压的不稳定,将会引起很多问题。设计出质量优良的直流稳压电源，才能满足各种电子线路的要求。因此对电源的功能、稳定性等各项指标也就提出了更高的要求 。 电源的稳定性直接影响到我们的方方面面，所以设计一款性能稳定的电源对我们得生产生活都是非常必要的。直流稳压电源发展状况： 二十世纪初，电子管问世不久，就有人设计了电子管直流稳压器。在四十年代后期，电子器件与磁饱和元件相结合，构成了电子控制的磁饱和交流净化电源稳压器。五十年代晶体管的诞生使晶体管串联调整稳压电源成了直流稳压电源的中心。六十年代后期，科研人员对稳定电源技术做了新的总结，使开关电源，可控硅电源得到快速发展，与此同时，集成稳压器也不断发展。直至今日，在直流稳压电源领域，以电子计算机为代表的要求供电电压低，电流大的电源大都由开关电源担任；要求供电电压高，电流大的设备的电源由可控硅电源代之；小电流、低电压电源都采用集成稳压器。 直流稳压电源开始向智能化、数字化、模块化、绿色化发展。1. 智能化目前在研制高精度、高性能、多功能的测量控制仪表时，几乎没有不考虑采用微处理器的。以微处理器为主体取代传统仪器仪表的常规电子线路，将计算机技术与测量控制技术结合在一起，组成新一代的所谓“智能化测量控制仪表”。智能仪器解决了许多传统仪表不能或不易解决的难题，同时还能简化系统电路，提高系统的可靠性，加快产品的开发速度。直流稳压电源一方面为仪器仪表提供电能量，是仪器仪表的“动力源”，另一面它本身就是仪器仪表，因此，它有可能而且应当智能化。具体地说，智能化的直流稳压电源应当具有以下功能特点:（1）操作自动化。系统的整个测量过程如键盘扫描、量程选择、开关启动闭合、数据的采集、传输与处理以及显示打印等都用微控制器来控制操作，实现测量过程的全部自动化。（2）具有自检测功能，包括自动调零、自动故障检测与状态检验、自动校准、自诊断及量程自动转换等。系统能自动检测出故障的部位甚至故障的原因。这种自测试可以在系统启动时运行，同时也可在系统工作中运行，极大地方便了系统的维护。（3）具有友好的人机对话能力。智能化的直流稳压电源使用键盘代替传统直流稳压电源中的切换开关，操作人员只需通过键盘输入命令，就能实现某种测量功能。与此同时，智能直流稳压电源还通过显示屏将仪器的运行情况、工作状态以及测量数据的处理结果及时告诉操作人员，使系统的操作更加方便直观。（4）网络管理能力。随着互联网技术应用日益普及和信息处理技术的不断发展，直流稳压电源通过RS232接口实现与上位PC机通信，从而使网络技术人员可以随时监视电源设备运行状态、各项技术参数;网络技术人员可通过网络定时开关电源，实现远程开关机等功能。2.数字化在传统直流稳压电源中，控制部分是按模拟信号来设计和工作的。在六、七十年代，电力电子技术完全是建立在模拟电路基础上的。但是，现在数字式信号、数字电路显得越来越重要，数字信号处理技术日趋完善成熟，显示出越来越多的优点:便于计算机处理控制、避免模拟信号的畸变失真、减小杂散信号的干扰(提高抗干扰能力)、便于软件包调试和遥感遥测遥调，也便于自诊断、容错等技术的植入。所以，在八、九十年代，对于各类电路和系统的设计来说，模拟技术还是有用的，特别是:诸如印制版的布图、电磁兼容(EMC)问题以及功率因数修正(PFC)等问题的解决，离不开模拟技术的知识，但是对于智能化的直流稳压电源，需要用计算机控制时，数字化技术就离不开了。3.模块化电源的模块化有两方面的含义，其一是指功率器件的模块化;其二是指电源单元的模块化。我们常见的器件模块含有一单元、两单元、六单元直至七单元，包括开关器件和与之反并联的续流二极管，实质上都属于“标准”功率模块(SPM)。近年，有些公司把开关器件的驱动保护电路也装到功率模块中去，构成了“智能化”功率模块(IPM)，不但缩小了整机的体积，更方便了整机的设计制造。实际上，由于频率的不断提高，致使引线寄生电感、寄生电容的影响愈加严重，对器件造成更大的电应力(表现为过电压、过电流毛刺)。为了提高系统的可靠性，有些制造商开发了“用户专用”功率模块(ASPM)，它把一台整机的几乎所有硬件都以芯片的形式安装到一个模块中，使元器件之间不再有传统的引线连接，这样的模块经过严格、合理的热、电、机械方面的设计，达到优化完美的境地。它类似于微电子中的用户专用集成电路(ASIC)。只要把控制软件写入该模块中的微处理器芯片，再把整个模块固定在相应的散热器上，就构成一台新型的电源装置。由此可见，模块化的目的不仅在于使用方便，缩小整机体积，更重要的是取消传统连线，把寄生参数降到最小，从而把器件承受的电应力降至最低，提高系统的可靠性。另外，大功率的电源，由于器件容量的限制和增加冗余提高可靠性方面的考虑，一般采用多个独立的模块单元并联工作，采用均流技术，所有模块共同分担负载电流，一旦其中某个模块失效，其它模块再平均分担负载电流。这样，不但提高了功率容量，在有限的器件容量的情况下满足了大电流输出的要求，而且通过增加相对整个系统来说功率很小的冗余电源模块，极大的提高系统可靠性，即使万一出现单模块故障，也不会影响系统的正常工作，而且为修复提供充分的时间。 4.绿色化 电源系统的绿色化有两层含义:首先是显著节电，这意味着发电容量的节约，而发电是造成环境污染的重要原因，所以节电就可以减少对环境的污染;其次，这些电源不能(或少)对电网产生污染，国际电工委员会(IEC)对此制定了一系列标准，如IEC555, IEC917,IEC1000等。事实上，许多功率电子节电设备，往往会变成对电网的污染源:向电网注入严重的高次谐波电流，使电网电压祸合许多毛刺尖峰，甚至出现缺角和畸变。20世纪末，各种有源滤波器和有源补偿器的方案诞生，为21世纪批量生产各种绿色直流稳压电源产品奠定了基础。课题研究内容： 直流稳压电源通常由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路等组成。输入的220V市电压经电源变压器降压后进入整流电路变成单向脉动电压，此电压经过滤波电路滤除了交流成分而保持整流电压中的直流成分，随后进入稳压电路维持输出电压的稳定，最后输出电压其一分支进入采样电路，经A/D转换后送入单片机进行数码管显示。 主要内容：1研究直流稳压电源的方法与原理。2设计直流稳压电源的实现方案。3选择器件实现系统的硬件电路。课题研究方法手段：1 市电通过变压器进行降压；2 基于桥式整流电路进行整流；3 滤波电路采用电容滤波结构；4 稳压部分采用CW7824集成稳压器进行稳压；课题研究步骤：准备阶段（2013、34）：本阶段主要任务是搜集资料，了解稳压电源的发展以及稳压电源产品的市场，大致分析直流稳压电源的工作原理及结构；原理图设计阶段阶段（2013、45）：本阶段的任务比较繁重，首先确定参数，确定好电路参数后，开始画原理图，留着写报告时做贴图说明。后续结题阶段（2013、56）：本阶段主要任务是总结课题研究的经验和感想，将直流稳压电源结构以图文的形式展现出来，包括详细介绍每个部分的原理以及功能；除此之外，我还会具体介绍系统制作过程中主要遇到的困难，以及我如何去解决的，最后得出的经验。主要参考文献：1 周加超，直流稳压电源的演变过程J.科技情报开发与经济,2004,25（6）:7-9.2 曲学基，王增福.稳定电源电路设计手册M.北京：电子工业出版社.2003.3 童诗白，华成英. 模拟电子技术基础M.北京：人民教育出版社.2006.4 王兆安，刘建军.电力电子技术M.北京：机械工业出版社.2009.5 何希才，张名莉.新型稳压电源及应用实例M.北京：电子工业出版社.2004.6 康华光，陈大钦.电子技术基础模拟部分M.北京：高等教育出版社.1999.7 李成章. 现代化电源及电路图案M.北京：电子工业出版社.2001.8 康华光，陈大钦.电子技术基础模拟部分M.北京：高等教育出版社.1999.9 段九州.电源电路实用设计手册M.沈阳：辽宁科学技术出版社.2002.10 顾海远.模拟电子技术M.北京：科学出版社.2004.11 (日)长谷川彰，何希才译.开关稳压电源的设计与应用M.北京：科学出版社.2011.12 王顺棋. 稳压电源设计M.北京：国防工业出版社. 1983.13 赵学泉，张国华. 电源电路M.北京： 电子工业出版社. 1995.14 刘树林，刘健.开关电源变换器设计与分析M.北京：机械工业出版社.2010.指导教师签名： 年 月 日摘 要 随着现代电子技术的高速的发展，对电源的要求越来越高了，需要我们对电源有进一步的了解。本文是采用集成稳压器CW7824来制作直流稳压电源，它由电源变压器，整流滤波电路及稳压电路所组成。在设计里我介绍稳压电路中的原理及性能指标，分别介绍电路各个元件，电路的原理图及装配图，还写出设计方案，另附带元件清单。关键词：直流电压； 稳压器； 整流滤波； 变压ABSTRACTWith modern electronic technology and high-speed development of the increasingly high demand for power, and the need to further our understanding of power. This article is CW7824 integrated voltage regulator to produce DC power, which by the power transformer, rectifier and filter circuit composed of voltage regulator circuit. I introduced in the design of voltage regulator circuit in the theory and performance indicators, each depicting various circuit components, circuit schematic diagram of the assembly, but also write a design plan, and the other a list of attached devices.Keywords: DC voltage； regulator； transformer； rectifier filter目 录1 引言12 概述12.1 直流稳压电源发展史12.2 直流稳压电源的应用23 稳压电源的工作原理及技术指标23.1 集成稳压电源的工作原理23.2 稳压电源的主要技术指标33.2.1 稳压器质量指标33.2.2 稳压器的工作指标43.2.3 极限参数44 直流稳压电源的元器件54.1 电源变压器54.1.1 变压器的工作原理54.1.2 变压器的变压比64.2 整流二极管64.2.1 整流二极管及符号64.2.2 二极管的导电特性74.2.3 整流二极管的主要参数74.3 电容84.3.1 电容的种类84.3.2 电容器主要特性参数84.4 三端稳压器94.4.1 固定三端稳压器的外形图及主要参数94.4.2 集成三端稳压器的分类95 稳压电源的组成105.1 变压电路105.2 整流电路105.2.1 半波整流电路105.2.2 全波整流电路125.2.3 桥式整流电路145.3 滤波电路175.3.1 电容滤波电路175.3.2 电感滤波电路185.3.3 RC滤波电路185.3.4 LC滤波电路185.4 三端固定输出集成稳压器应用电路196 直流电源设计方案206.1设计目的与要求206.1.1 设计目的206.1.2 设计要求206.1.3 主要参数216.2 稳压电源设计图216.3 方案设计226.3.1 集成稳压器226.3.2 滤波电容236.3.3 整流二极管246.3.4 稳压电路附属元器件24参考文献26致 谢271 引言 随着电子技术的高速发展，电气、电子设备广泛应用于日常、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，其好坏也直接影响着电气设备或控制系统的工作性能。因此对电源的功能、稳定性等各项指标也就提出了更高的要求。 现代通信电源主要分为两大类：开关稳压电源和线性电源。线性电源由于调整管消耗较大的功耗，电源效率较低，对于输出电流较大的情况下，就需要体积大且非常笨重的工频变压器和滤波器，因此这类电源很难满足现在电子设备的发展要求。 开关稳压电源是通过控制开关管的导通和关断的时间比来维持输出电压的稳定，即通过开关的占空比来稳压，因此它的功耗小，而工作效率得到很大的提高。由于其工作频率高，使得电感、电容值较小，因而使得电源体积减小。电源的稳定性也因电源的功耗减小，散热器的体积相应减小而得到一定的提高。因此开关电源比线性电源有着更广泛的应用。2 概述 2.1 直流稳压电源发展史 二十世纪初，电子管问世不久，就有人设计了电子管直流稳压器。在四十年代后期，电子器件与磁饱和元件相结合，构成了电子控制的磁饱和交流净化电源稳压器。五十年代晶体管的诞生使晶体管串联调整稳压电源成了直流稳压电源的中心。六十年代后期，科研人员对稳定电源技术做了新的总结，使开关电源，可控硅电源得到快速发展，与此同时，集成稳压器也不断发展。 直至今日，在直流稳压电源领域，以电子计算机为代表的要求供电电压低，电流大的电源大都由开关电源担任，要求供电电压高，电流大的设备的电源由可控硅电源代之，小电流、低电压电源都采用集成稳压器2.2 直流稳压电源的应用 直流稳压电源可广泛应用于国防、科研、大专院校、实验室、工矿企业、电解、电镀、直流电机、充电设备、通讯机房的通信设备的供能等。3 稳压电源的工作原理及技术指标3.1 集成稳压电源的工作原理 直流稳压电源一般由电源变压器，整流滤波电路及稳压电路所组成。如图：图 3.1变压器把市电交流电压变为所需要的低压交流电。整流器把交流电变为直流电。经滤波后，稳压器再把不稳定的直流电压变为稳定的直流电压输出。本设计主要采用直流稳压构成集成稳压电路，通过220V 50HZ交流电压经过电源变压器降压后，通过桥式整流电路整流成直流电，再经过电容平滑电流，减少直流电纹波系数，最后通过三端稳压器CW7824稳压，将输出电压稳定在24V左右。3.2 稳压电源的主要技术指标 稳压电源的技术指标分为两种：一种是特性指标，包括允许的输入电压、输出电压、输出电流及输出电压调节范围等；另一种是质量指标，用来衡量输出电流电压的稳定程度，包括稳压系数、输出电阻、温度系数及纹波电压等。质量指标系数可简述如下：3.2.1 稳压器质量指标 （1）电压调整率Sv 电压调整率是表征稳压器性能优劣的重要指标，又称为稳压系数，他表征当输入电压V1变化时稳压器输出电压V0 稳定的程度，通常以单位输出电压下的输入和输出电压的相对变化的百分比（）表示。 （2）电流调整率S1电流调整率是反映稳压器负载能力的指标，又称为电流稳定系数。它表征当输入电压不变时，稳压器对由于负载电流（输出电流）变化而引起的输出电压的波动的抑制能力，在规定的负载电流变化下，通常以单位输出电压下的输出电压变化值的百分比来表示稳压器的电流调整率（）。(3) 纹波抑制比SR 纹波抑制比反映了稳压器对输入端引入市电电压的抑制能力，当稳压输入和输出保持不变时，通常以输入纹波电压峰峰值与输出纹波电压峰峰值之比表示。 （4）温度稳定性 集成稳压器的温度稳定性是以在所规定的稳压器工作温度Ti 最大变化范围内稳压器输出电压的相对变化的百分比值() /。 3.2.2 稳压器的工作指标 稳压器的工作指标是指稳压器能够正常工作的工作区域，以及保证正常工作所必须的工作条件，这些参数取决于构成稳压器的元件性能。（1）输出电压范围 符合稳压器工作条件下，稳压器能够正常工作的输出电压范围，该指标的上限由最大输入电压和最小输入输出电压差所规定，而其下限由稳压器内部的基准电压值决定。（2）最大输入输出电压差 该指标表征在保证稳压器正常工作下稳压器所允许的最大输入输出之间的电压差值，其值主要取决于稳压器内部调整晶体管的耐压指标。（3） 最小输入-输出电压差 该指标表征在保证稳压器正常工作条件下，稳压器所需的最小输入输出之间的电压差值。 （4）输出负载电流范围 输出负载电流范围又称为输出电流范围，在这一电流范围内，稳压器应能保证符合指标规范征所给出的指标。 3.2.3 极限参数 （1） 最大输入电压 该电压是保证稳压器安全工作的最大输入电压。 （2） 最大输出电流 该电流是保证稳压器安全工作所允许的最大输出电流。4 直流稳压电源的元器件 直流稳压电源的元件由电源变压器，整流二极管，滤波电容及三端稳压器所组成，下面分别介绍各个元件：4.1 电源变压器 电源变压器是利用电磁感应原理制成的电气设备，它能将某一电压值的交流电变换成同频率所需要的电压值的交流电变压器的变压比4.1.1 变压器的工作原理 如图(4.1)当一个正弦交流电压加在初级线圈两端时，导线中就有交流电流产生交变磁通，它沿着铁芯穿过初级线圈和次级线圈形成闭合的磁路。在次级线圈中感应出互感电势，同时也会在初级线圈上感应出一个自感电势，的方向与所加电压方向相反而幅度相近，从而限制了的大小。 图4.14.1.2 变压器的变压比如图4.1在原绕组两端通入交变电流I1时，在铁心内建立磁场，产生了磁通。磁通随着电流按正弦规律变化，变化的磁通穿过原，副边绕组产生感应电动势经分析得变压比n：=n (4-1)若n1,则n1n2,U1U2.此类变压器为降压变压器。反之n1就是升压变压器。4.2 整流二极管4.2.1 整流二极管及符号 二极管，其结构是由一个PN结加上相应的电极引线和外壳构成，它有两个电极，由P型半导体引出电极叫正极（又叫阳极），由N型半导体引出电极叫负极（又叫阴极）二极管的电路符号如图（4.2.1） 图4.2.14.2.2 二极管的导电特性 利用整流二极管的单方向导电性来整流。整流二极管的单方向导电性是电流只能从二极管的正极流入，负极流出。整流二极管有两个特性：1. 正向特性 在电子电路中，将二极管的正极接在高电位端，负极接在低电位端，二极管就会导通，这种连接方式，称为正向偏置。必须说明，当加在二极管两端的正向电压很小时，二极管仍然不能导通，流过二极管的正向电流十分微弱。2. 反向特性 在电子电路中，二极管的正极接在低电位端，负极接在高电位端，此时二极管中几乎没有电流流过，此时二极管处于截止状态，这种连接方式，称为反向偏置。4.2.3 整流二极管的主要参数 用来表示二极管的性能好坏和适用范围的技术指标，称为二极管的参数。我们必须了解以下几个主要参数：1、最大整流电流 最大整流电流是指二极管长期连续工作时允许通过的最大正向电流值，其值与PN结面积及外部散热条件等有关2、最高反向工作电压 加在二极管两端的反向电压高到一定值时，会将管子击穿，失去单向导电能力。为了保证使用安全，规定了最高反向工作电压值。3、最大反向电流 反向电流是指二极管在规定的温度和最高反向电压作用下，流过二极管的反向电流。反向电流越小，管子的单方向导电性能越好。4.3 电容 电容，由两个金属极，中间夹有绝缘材料（介质）构成，电容的符号。如图（4.3.1） 图4.3.14.3.1 电容的种类 电容的种类有很多，可以从原理上分为：无极性可变电容、无极性固定电容、有极性电容等，从材料上可以分为：CBB电容（聚乙烯），涤纶电容、瓷片电容、云母电容、独石电容、电解电容、钽电容等。4.3.2 电容器主要特性参数 1、标称电容量和绝缘电阻 标称电容量是标志在电容器上的电容量。直流电压加在电容上，并产生漏电电流，两者之比称为绝缘电阻。 2、额定电压在最低环境温度和额定环境温度下可连续加在电容器的最高直流电压有效值，一般直接标注在电容器外壳上，如果工作电压超过电容器的耐压，电容器击穿，造成不可修复的永久损坏。4.4 三端稳压器 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太器，其基本原理相同，均采用串联型稳压电路。4.4.1 固定三端稳压器的外形图及主要参数 固定三端稳压器的封装形式:有金属外壳封装F-2)和塑料封装(S-7),常见的塑料封装(S-7)外形图参见图4.4.1所示。 图4.4.14.4.2 集成三端稳压器的分类 1. 根据输出电压能否调整分类集成三端稳压器的输出电压有固定和可调输出之分。固定输出电压是由制造厂预先调整好的,输出为固定值。可调输出电压式稳压器输出电压可通过少数外接元件在较大范围内调整, 当调节外接元件值时, 可获得所需的输出电压。 2. 固定输出电压式根据输出电压的正、负分系列输出正电压系列(78)的集成稳压器其电压共分为524V七个挡。3. 根据输出电流分挡三端集成稳压器的输出电流有大、中、小之分,并分别有不同符号表示。5 稳压电源的组成 直流稳压电源都使用220伏市电作为电源，经过变压、整流、滤波后输送给稳压电路进行稳压，最终成为稳定的直流电源。这个过程中的变压、整流、滤波等电路可以看作直流稳压电源的基础电路，没有这些电路对市电的前期处理，稳压电路将无法正常工作。5.1 变压电路 通常直流稳压电源使用电源变压器来改变输入到后级电路的电压。电源变压器由初级绕组、次级绕组和铁芯组成。初级绕组用来输入电源交流电压，次级绕组输出所需要的交流电压。通俗的说，电源变压器是一种电磁电转换器件。即初级的交流电转化成铁芯的闭合交变磁场，磁场的磁力线切割次级线圈产生交变电动势。次级接上负载时，电路闭合，次级电路有交变电流通过。变压器的电路图符号见图5.11。 5.2 整流电路 经过变压器变压后的仍然是交流电，需要转换为直流电才能提供给后级电路，这个转换电路就是整流电路。在直流稳压电源中利用二极管的单项导电特性，将方向变化的交流电整流为直流电。5.2.1 半波整流电路 半波整流电路见图5.21。其中B1是电源变压器，D1是整流二极管，R1是负载。B1次级是一个方向和大小随时间变化的正弦波电压，波形如图5.22（a）所示。0期间是这个电压的正半周，这时B1次级上端为正下端为负，二极管D1正向导通，电源电压加到负载R1上，负载R1中有电流通过；2期间是这个电压的负半周，这时B1次级上端为负下端为正，二极管D1反向截止，没有电压加到负载R1上，负载R1中没有电流通过。在23、34等后续周期中重复上述过程，这样电源负半周的波形被“削”掉，得到一个单一方向的电压，波形如图5.22（b）所示。由于这样得到的电压波形大小还是随时间变化，我们称其为脉动直流。 设B1次级电压为E，理想状态下负载R1两端的电压可用下面的公式求出： （5-1）整流二极管D1承受的反向峰值电压为： （5-2） 由于半波整流电路只利用电源的正半周，电源的利用效率非常低，所以半波整流电路仅在高电压、小电流等少数情况下使用，一般电源电路中很少使用。5.2.2 全波整流电路 由于半波整流电路的效率较低，于是人们很自然的想到将电源的负半周也利用起来，这样就有了全波整流电路。全波整流电路图见图5.23。相对半波整流电路，全波整流电路多用了一个整流二极管D2，变压器B1的次级也增加了一个中心抽头。这个电路实质上是将两个半波整流电路组合到一起。在0期间B1次级上端为正下端为负，D1正向导通，电源电压加到R1上，R1两端的电压上端为正下端为负，其波形如图5.24所示，其电流流向如图5.25所示；在2期间B1次级上端为负下端为正，D2正向导通，电源电压加到R1上，R1两端的电压还是上端为正下端为负，其波形如图5.24所示，其电流流向如图5.26)所示。在23、34等后续周期中重复上述过程，这样电源正负两个半周的电压经过D1、D2整流后分别加到R1两端，R1上得到的电压总是上正下负，其波形如图5.24所示。 设B1次级电压为E，理想状态下负载R1两端的电压可用下面的公式求出： （5-3）整流二极管D1和D2承受的反向峰值电压为： （5-4）全波整流电路每个整流二极管上流过的电流只是负载电流的一半，比半波整流小一倍。5.2.3 桥式整流电路 由于全波整流电路需要特制的变压器，制作起来比较麻烦，于是出现了一种桥式整流电路。这种整流电路使用普通的变压器，但是比全波整流多用了两个整流二极管。由于四个整流二极管连接成电桥形式，所以称这种整流电路为桥式整流电路。 由图5.28可以看出在电源正半周时，B1次级上端为正，下端为负，整流二极管D4和D2导通，电流由变压器B1次级上端经过D4、R1、D2回到变压器B1次级下端；由图5.29，在电源负半周时，B1次级下端为正，上端为负，整流二极管D1和D3导通，电流由变压器B1次级下端经过D1、R1、D3回到变压器B1次级上端。R1两端的电压始终是上正下负，其波形与全波整流时一致。设B1次级电压为E，理想状态下负载R1两端的电压可用下面的公式求出： （5-5）整流二极管D1和D2承受的反向峰值电压为： （5-6）桥式整流电路每个整流二极管上流过的电流是负载电流的一半，与全波整流相同。5.3 滤波电路交流电经过整流后得到的是脉动直流，这样的直流电源由于所含交流纹波很大，不能直接用作电子电路的电源。滤波电路可以大大降低这种交流纹波成份，让整流后的电压波形变得比较平滑。5.3.1 电容滤波电路 电容滤波电路图5.31，电容滤波电路是利用电容的充放电原理达到滤波的作用。在脉动直流波形的上升段，电容C1充电，由于充电时间常数很小，所以充电速度很快；在脉动直流波形的下降段，电容C1放电，由于放电时间常数很大，所以放电速度很慢。在C1还没有完全放电时再次开始进行充电。这样通过电容C1的反复充放电实现了滤波作用。滤波电容C1两端的电压波形 选择滤波电容时需要满足下式的条件： （5-7）5.3.2 电感滤波电路 电感滤波电路图见图5.33。电感滤波电路是利用电感对脉动直流的反向电动势来达到滤波的作用，电感量越大滤波效果越好。电感滤波电路带负载能力比较好，多用于负载电流很大的场合。5.3.3 RC滤波电路 使用两个电容和一个电阻组成RC滤波电路，又称型RC滤波电路。见图5.34所示。这种滤波电路由于增加了一个电阻R1，使交流纹波都分担在R1上。R1和C2越大滤波效果越好，但R1过大又会造成压降过大，减小了输出电压。一般R1应远小于R2。5.3.4 LC滤波电路 与RC滤波电路相对的还有一种LC滤波电路，这种滤波电路综合了电容滤波电路纹波小和电感滤波电路带负载能力强的优点。其电路图见图5.355.4 三端固定输出集成稳压器应用电路 1 基本应用电路如下图所示。由于输出电压决定于集成稳压器，所以输出电压为12V，最大输出电流为1.5A。为使电路正常工作，要求输入电压U1比输出电压UO至少大2.53V。输入端电容C1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C2、C3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。V是保护二极管，用来防止在输入端短路时输出电容C3所存储电荷通过稳压器放电而损坏器件。CW7900系列的接线与CW7800系列基本相同。2.提高输出电压的电路 提高电阻R2与R1的比值，可提高输出电压UO。缺点是当输入电压变化时，IQ也变化，这使稳压器的精度降低。6 直流电源设计方案6.1设计目的与要求6.1.1任务目的：1、全面理解24V直流电压源的构成；2、综合应用所学的各门知识点；3、学会自己制作小型的直流电压源并能带负载调试6.1.2 要求： 1、选择合适的变压器、整流二极管、滤波电容、集成稳压器等。2、画出电路图3、给出元器件明细表（即元件型号、规格、数量及特殊备注要求）4、按学院论文的统一格式撰写论文6.1.3主要参数满足以下的性能指标：输出电压U0=24V10%输出电流I0=500mA10%6.2.稳压电源设计图 本次设计稳压电源由变压器.桥式整流.电容滤波和三端集成稳压器组成的电路。稳压电源图（6.2） 18电源装配图（6.2）图（6.2）6.3 方案设计6.3.1 集成稳压器根据设计要求确定稳压器的型号，采用三端稳压器CW7824，CW7824的主要参数为当电网量低时仍处于稳压状态的要求： （6-1）式（6-1）中 是稳压器的最小输入输出电压差，典型值是3v按一般电源指标的要求，当输入交流电压220v变化+10%时，电源应稳压，所以需要计算稳压电路的最低输入电压 （6-2）另一方面，为了保证稳压器安全工作，要求 （6-3）式（6-3）中是稳压器允许的最大输入输出电压差，典型值为40V（根据稳压器得到）。根据设计题目来得稳压器的最低输入电压为稳压器安全的最高输入电压为：6.3.2 电源变压器 电源变压器的作用是将电网220V的交流电压变换成整流滤波电路所需要的交流电压。确定整流滤波电路形成后，由稳压器得到需要的最低输入直流电压.计算变压器的副边电压U2，副边电流及变压器的功率.从而确定变压器的型号。变压器的副边电压:,一般取副边电流:变压器的功率:变压器的功率:由于变压器存有损耗，所以计算P1时要涉及变压器的效率根据下列公式可以求出: （6-4）式（6-4）中，为变压器的效率。一般小型变压器的效率如表1.12所示: 表1.12 小型变压器的效率副边功率1010-3030-8080-200效 率0.60.70.80.85由上面公式及如表1.12，的由以上数据得到变压器为6.3.3 整流二极管整流二极管D1D4组成单相桥式整流电路，将交流电压变成脉动的直流电压，再经滤波电容C滤除纹波，输出直流电压。与交流电压的有效值的关系为： （6-5）每只整流二极管承受的最大反向电压: （6-6）通过每只二极管的平均电流： （6-7）根据半导体手册得，选取4个二极管IN40016.3.4 滤波电容选取滤波电容C的大小与负载RL和脉动电压的频率有关。 （6-8）对于全波整流电路来说电容C 为： 电容耐压值： 根据上述数据得 为6.3.4 稳压电路附属元器件 电容C1是在三端集成稳压器输入线较长时用以旁路高频干挠脉冲，C2是为了改算输出的瞬态特性并具有消振作用。VD5接在输入端与输出端之间是防止加在稳压集成块电压过高而烧坏（1）输出电压过低。 分别测得A，B，U0点的电压值。如果A点电压过低故障是变压器局部短路或变压器损坏。如果B点电压为12V左右，可能是某一个二极管断路。若B点电压为22V左右，可能是滤波电容C1虚焊或容量过小。如果以上两点正常，则怀疑是CW7824有问题。（2）输出电压为0V 测得A，B点电压正常，可能 是三端稳压器三个接线端与铜箔有虚焊或输出端短路且CW7824壳体异常发热。如果以上都正常，怀疑是CW7824 有问题。（3）整流二极管发烫 可能是C1。C2击穿短路。检查印制电路板上有无搭焊。（4）输出电压为27V左右。 可怀疑是保护二极管VD5击穿或CW7824有问题参考文献:1 周加超，直流稳压电源的演变过程J.科技情报开发与经济,2004,25（6）:7-9.2 曲学基，王增福.稳定电源电路设计手册M.北京：电子工业出版社.2003.3 童诗白，华成英. 模拟电子技术基础M.北京：人民教育出版社.2006.4 王兆安，刘建军.电力电子技术M.北京：机械工业出版社.2009.5 何希才，张名莉.新型稳压电源及应用实例M.北京：电子工业出版社.2004.6 康华光，陈大钦.电子技术基础模拟部分M.北京：高等教育出版社.1999.7 李成章. 现代化电源及电路图案M.北京：电子工业出版社.2001.8 康华光，陈大钦.电子技术基础模拟部分M.北京：高等教育出版社.1999.9 段九州.电源电路实用设计手册M.沈阳：辽宁科学技术出版社.2002.10 顾海远.模拟电子技术M.北京：科学出版社.2004.11 (日)长谷川彰，何希才译.开关稳压电源的设计与应用M.北京：科学出版社.2011.12 王顺棋. 稳压电源设计M.北京：国防工业出版社. 1983.13 赵学泉，张国华. 电源电路M.北京： 电子工业出版社. 1995.14 刘树林，刘健.开关电源变换器设计与分析M.北京：机械工业出版社.2010.致 谢 经过半年的忙碌和工作，我的毕业设计也接近尾声，设计任务已经基本完成。本次毕业设计已经接近尾声，作为一个本科生的毕业设计，由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方，如果没有导师的督促指导，以及一起工作的同学们的支持，想要完成这个设计是难以想象的。 在这里首先要感谢我的导师*老师。*师平日里工作繁多，但在我做毕业设计的每个阶段，从查阅资料到设计草案的确定和修改，中期检查，后期详细设计等整个过程中都给予了我悉心的指导。除了敬佩*老师的专业水平外，他的治学严谨和科学研究的精神也是我永远学习的榜样，并将积极影响我今后的学习和工作。 其次要感谢我的同学对我无私的帮助，特别是在软件的使用方面，正因为如此我才能顺利的完成设计；再次我要感谢我的母校武汉纺织大学，是母校给我们提供了优良的学习环境；另外，我要感谢学院的老师，是他们辛勤的教导，让我逐渐的掌握了专业知识，还有孜孜不倦的辅导员，是他们给以我莫大的帮助和关心，让我一天比一天更坚强、自信。在此，我再说一次谢谢！英文文献 Power Electronic ConvertersPower electronic converters can convert power from AC-to-DC (rectifier), DC-to-DC (chopper), DC-to-AC (inverter), AC-to-AC at the same (AC controller) or different frequencies (cycloconverter). They are four types of power electronic converters. Converters are widely used in applications such as heating and lighting controls, AC and DC power supplies, electrochemical processes, DC and AC motor drives, static VAR generation, active harmonic filtering, etc. RectifiersFig. 1-4B-1 Three-phase diode bridge rectifier with RC loaduaubucLaVD1VD3VD5VD4VD6VD2UdCFRLbLcNIdThe rectifiers can convert AC power to DC power. They can be made up of diodes, thyristors, GTOs, IGBTs, IGCTs, ect. Diodes and phase-controlled rectifiers constitute the largest segment of power electronics that interface to the electric utility system today. The efficiency of the rectifiers is very high, typically in the vicinity of 98%, because device conduction loss is low and switching loss is practically negligible.1 However, the disadvantage is that they generate harmonics in the utility system creating a power quality problem for other consumers. Besides, thyristor converters constitute a low lagging power factor load on the utility system. Diode rectifiers are the simplest and possibly the most important power electronics circuits. They are rectifiers because power can flow only from the AC side to the DC side. The most important circuit configurations include the single-phase diode bridge and three-phase diode bridge. And, the commonly used loads include resistance, resistance-inductance, and capacitance-resistance. Fig. 1-4B-1 shows three-phase diode bridge rectifier with RC load. Ot