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1、郑州工业应用技术学院课程设计说明书题目： 可调直流稳压电源设计 姓 名： 许颖福 院 （系）： 机电工程学院 专业班级： 13级电气工程及其自动化1班 学 号： 1302120118 指导教师： 王君莉 成 绩： 时间： 2016 年 12 月 19 日至 2016 年 12 月 30 日郑州工业应用技术学院课程设计任务书题目 可调直流稳压电源设计 专业、班级 13电气工程及其自动化1班 学号 1302120118 姓名 许颖福 主要内容、基本要求、主要参考资料等：一、主要内容通过可调直流稳压电源的设计、安装和调试，要求学会：（1）选择变压器、整流二极管、滤波电容器及集成稳压器来设计直流稳压电
2、源。（2）掌握直流稳压电源的调试及主要技术指标的测试方法。二、基本要求1、主要技术指标（1）输出电压在1.26V-15V范围内连续可调，输出电流最大可达1A；（2）输出纹波电压小于5mV，稳压系数小于3%，输出电阻小于0.1。2、设计要求（1）合理选择变压器、集成稳压器、整流桥及二极管型号；（2）完成电路理论设计、绘制电路图及电路图典型波形。二、主要参考资料1 王兆安，黄俊，电力电子技术（第4版）M，北京：机械工业出版社，2000.2 王兆安，张明勋，电力电子设备设计和应用手册（第2版）M，北京：机械工业出版社，2005.3 李响初，数字电路基础与应用M，北京：机械工业出版社，2008.4 陈
3、治明，电力电子器件基础M，北京：机械工业出版社，2005.5 吴丙申，模拟电路基础M，北京：北京理工大学出版社，2007.完 成 期 限： 指导教师签名： 课程负责人签名： 年 月 日摘 要对所有电子产品而言，电源是其不可缺少的“心脏”。随着电子技术的发展，对电源性能要求越来越高，不仅要求其直流稳定，更对其电压范围的可调与精度有了更高的要求。通过直流稳压电源将交流电变换成所需要的稳定的直流电压。单向交流电源经电源变压器降压后，再经过整流滤波可获得低电压小功率的直流电源。由于交流电有小幅度的变化，所以必须将整流滤波后的电压稳定后再提供给负载，使负载上直流电源电压受影响程度最小。故本设计共四大部分
4、变压器降压、二极管整流、电容滤波以及稳压电路的设计。本设计介绍了输出电压可调的直流稳压电源的原理分析和设计过程，通过对相关参数的计算来选择恰当的元器件，设计出电路，经过仿真和参数计算表明，此可调的直流稳压电源满足设计要求。关键词：直流稳压电源；整流二极管；电容滤波目录1.绪论11.1研究的目的和意义11.2设计主要要求11.2.1直流稳压电源的种类及选用11.2.2稳压电源的技术指标21.2.3可调直流稳压电源的设计要求32.本设计主要方案32.1系统基本方案与论证32.2电源变压器42.3整流电路42.3.1工作原理42.3.2主要参数62.4滤波电路72.5稳压电路83.电路仿真分析93.
5、1波形图仿真分析103.2输出电压仿真分析114.总结12致谢14参考文献15附录16I1.绪论1.1研究的目的和意义当今社会人们极大的享受着电子设备带来的便利，但是任何电子设备都有一个共同的电路电源电路。大到超级计算机、小到袖珍计算器，所有的电子设备都必须在电源电路的支持下才能正常工作，当然这些电源电路的样式、复杂程度千差万别。超级计算机的电源电路本身就是一套复杂的电源系统，通过这套电源系统，超级计算机各部分都能够得到持续稳定、符合各种复杂规范的电源供应。袖珍计算器则是简单多的电池电源电路，不过你可不要小看了这个电池电源电路，比较新型的电路完全具备电池能量提醒、掉电保护等高级功能。可以说电源
6、电路是一切电子设备的基础，没有电源电路就不会有如此种类繁多的电子设备，我们的生活也就不会这么丰富多彩了。由于电子技术的特性，电子设备对电源电路的要求就是能够提供持续稳定、满足负载要求的电能，而且通常情况下都要求提供稳定的直流电能。提供这种稳定的直流电能的电源就是直流稳压电源，直流稳压电源在电源技术中占有十分重要的地位。1.2设计主要要求1.2.1直流稳压电源的种类及选用直流稳定电源按习惯可分为化学电源、线性稳定电源和开关型稳定电源，它们又分别具有各种不同类型：（1）化学电源：平常所用的干电池、铅酸蓄电池、镍镉、镍氢、锂离子电池均属于这一类，各有其优缺点。随着科学技术的发展，又产生了智能化电池；
7、在充电电池材料方面，美国研究员发现锰的一种碘化物，用它可以制造出便宜、小巧、放电时间，多次充电后仍保持性能良好的环保型充电电池。（2）线性稳压电源：线性稳定电源有一个共同的特点就是它的功率器件调整管工作在线性区，靠调整管之间的电压降来稳定输出。由于调整管静态损耗大，需要安装一个很大的散热器给它散热，而且由于变压器工作在工频（50Hz)上，所以重量较大。该类电源优点是稳定性高，纹波小，可靠性高，易做成多路，输出连续可调的成品；缺点是体积大、较笨重、效率相对较低。（3）开关型直流稳压电源：电路型式主要有单端反激式，单端正激式、半桥式、推挽式和全桥式。它和线性电源的根本区别在于它变压器不工作在工频而
8、是工作在几十千赫兹到几兆赫兹，功能管不是工作在饱和及截止区即开关状态，开关电源因此而得名。开关电源的优点是体积小，重量轻，稳定可靠；缺点相对于线性电源来说纹波较大（一般1% ，好的可做到十几毫伏或更小)。它的功率可自几瓦几千瓦均有产品。1.2.2稳压电源的技术指标（1）稳定性好 当输入电压Usr（整流、滤波的输出电压）在规定范围内变动时，输出电压Usc的变化应该很小一般要求。由输入电压变化而引起输出电压变化的程度，称为稳定度指标，常用稳压系数S来表示：S的大小，反映一个稳压电源克服输入电压变化的能力。在同样的输入电压变化条件下，S越小，输出电压的变化越小，电源的稳定度越高。通常S约为10 10
9、 。（2）输出电阻小负载变化时（从空载到满载），输出电压Usc，应基本保持不变。稳压电源这方面的性能可用输出电阻表征。输出电阻（又叫等效内阻）用rn表示，它等于输出电压变化量和负载电流变化量之比。rn反映负载变动时，输出电压维持恒定的能力，rn越小，则I 变化时输出电压的变化也越小。性能优良的稳压电源，输出电阻可小到1欧姆，甚至0.01欧姆。（3）输出电压纹波小所谓纹波电压，是指输出电压中50Hz或100Hz交流分量，通常用有效值或峰峰值表示。经过稳压作用，可以使整流滤波后的纹波电压大大降低，而降低的倍数反比于稳压系数S。1.2.3可调直流稳压电源的设计要求 （1）输出电压在1.26V15V范
10、围内连续可调； （2）输出电流最大可达1A； （3）输出电阻小于0.1； （4）输出纹波电压小于5mV，稳压系数小于3%。2.本设计主要方案可调直流稳压电源的设计、安装和调试。选择变压器、整流二极管、滤波电容器及集成稳压器来设计直流稳压电源。直流稳压电源的调试及主要技术指标的测试。2.1系统基本方案与论证我们所设计的直流稳压电源，它将频率为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1A的直流电压。交流电经过电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路转换成稳定的直流电压，其方框图如图2.1所示。图2.1 系统原理方框图2.2电源变压器直流电源的输入为220 V的电网电压（即
11、市电），一般情况下，所需直流电压的数值和电网电压的有效值相差较大，因而需要通过电源变压器降压后，在对交流处理。变压器副边电压有效值决定于后面电路的需要。目前也有部分电路不用变压器，利用其他方法升压或降压。在本设计中采用电源变压器，使电压降到35V，变比。由于在220V电网中使用，故其额定电压。功率选为小功率。2.3整流电路分析整流电路，就是弄清楚电路的工作原理（即整流原理），求出主要参数并确定整流二极管的极限参数。利用二极管的单向导电性，将交流电压（电流）变成单向脉动电压（电流）的电路，称为整流电路。小功率电路中一般采用单相半波、全波、桥式整流电路，其中最常用的是单相桥式整流电路。本设计也是采
12、用桥式整流电路，该电路的优点是变压器二次绕组中，正负两个半周电流方向相反且波形对称，平均值为零，即直流分量为零，不存在变压器直流磁化问题，变压器绕组的利用率也提高了。2.3.1工作原理 单相桥式整流电路（如图2.2 所示）是由四只二极管组成，其构成原则就是保证在变压器的副边电压u2 的整个周期内，负载上的电压和电流方向始终不变。当u2 为正半周时，电流方向D1-RL-D3；当u2 为负半周时，电流方向D1-RL-D3；这样，由于两对二极管的交替导通，只是负载电阻在整个周期内都有电流通过，而且方向保持不变，输出电压为 (2.1)整流电路的输入输出的波形如图2.3所示。图 2.2 单相桥式整流电路
13、图2.3 单相桥式整流电路整流波形2.3.2主要参数 对整流电路 输出电压平均值： (2.2)输出电流平均值： (2.3) 对二极管 考虑到电网电压的波动范围为10%，实际选用二极管时，应至少有10%的量。 最大整流电流： (2.4)最高反向工作电压： (2.5)把U2=35V和代入上述公式可以计算出最大整流电流 (2.6)最高方向工作电压 (2.7)故本设计选择二极管的参数为耐压55V、整流电流1.73A。2.4滤波电路整流电路的输出电压虽然是单一的方向的，但是含有较大的交流部分，不能适合大多数电子电路及设备的需要。因此，一般在整流后，还需要利用滤波电路降脉动的直流电压变为平滑的直流电压。工作原理如下。图 2.4 滤波电路电容滤波电路是利用电容的充放电作用，使输出电压趋于平滑。当副边电压U2处于正半周期并且数值大于电容两端电压UC时，对电容C进行充电；当U2达到峰值后开始下降是，电容C 通过负载RL放电；当U2的负半周幅值变化到恰好大于UC时，再次对C 进行充电。通过可以看出，经滤波后的输出电压不仅变得平滑，而且平均值也得到提高。根据负载的情况使（T为交流电源的周期），来选择电容C的值。此时输出电压为,使用滤波电容后的平均输出电压也相应的提高了不少。本设计电源采用的是市电220V/50
