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1、陕西航空职业技术学院毕业设计（论文）说明书电子工程系 电气自动化技术 专业毕业设计（论文）题目 直流稳压电源的设计学生姓名李霞学号 09321 指导教师 杜润宏 职称 高级讲师 2011年10月17日陕西航空职业技术学院毕业设计（论文）答辩成绩评定书系部 电子工程系 专业 电气自动化技术 设计（论文）题目直流稳压电源的设计成绩总评_学生姓名孟小凤 学号 0932123 指导老师杜润宏 职称高级讲师 评阅老师 职称 答辩委员会主任（签字） 2011年10月17日毕业设计（论文）任务书电子工程系 系 电气自动化技术 专业学生姓名孟小凤 学号 0932123 一、毕业设计（论文）题目直流稳压电源的设
2、计二、毕业设计（论文）时间 2011 年 9月 18 日至 年 月 日三、毕业设计（论文）地点： 陕西航空职业技术学院 四、毕业设计（论文）的内容要求：1、输出电压在024V之间可任意可调，输出电流最大3A2、输出电压设定值稳定度为 图3.7 输出波形图1%3、输出电压中文波小于10mV指导老师 年 月 日 批 准_ _ _ 年 月 日毕业设计（论文）指导教师意见书姓 名李霞学号09321专业电气自动化技术毕业设计（论文）题目直流稳压电源的设计指导教师评语：指导教师 年 月 日毕业设计（论文）评阅教师意见书姓 名孟小凤学号0932123专业电气自动化技术毕业设计（论文）题目直流稳压电源的设计评
3、阅教师评语：评阅教师 年 月 日毕业设计（论文）答辩记录姓名孟小凤学号0932123专业电气自动化技术答辩时间答辩地点毕业设计（论文）题目直流稳压电源的设计答辩组成员本人陈述答辩过程要点答辩组提问回答问题情况结论答辩委员会主任签字：年月日毕业设计（论文）答辩委员会评语：答辩委员会成员签字姓名职称工作单位签字摘 要直流稳压电源由于具有效率高、体积小、重量轻的特点，近年来获得了飞速发展。直流稳压电源高频化是其发展的方向，高频化使开关电源小型化，并使直流稳压电源进入更广泛的应用领域，特别是在高新技术领域的应用，推动了高新技术产品的小型化、轻便化。本文主要以半桥变换电路为开关电源的主电路，设计一台品质
4、优良的直流开关稳压电源。直流开关稳压器中所使用的大功率开关器件价格较贵,其控制电路亦比较复杂,另外,开关稳压器的负载一般都是用大量的集成化程度很高的器件安装的电子系统。晶体管和集成器件耐受电、热冲击的能力较差。因而开关稳压器的保护应该兼顾稳压器本身和负载的安全。保护电路的种类很多,这里介绍极性保护、程序保护、过电流保护、过电压保护、欠电压保护以及过热保护等电路。通常选用几种保护方式加以组合,构成完善的保护系统。直流高压稳压电源的长期稳定性主要受温度的影响，文中分析了直流高压稳压电源的构成原理，建立了温度稳定性的数学模型，给出了精确和可行的定量计算方法，并应用到具体的实例中加以验证，说明了该模型
5、的应用价值，对直流高压稳压电源的设计具有理论指导作用。关键词：稳压器 半桥变换电路 数学模型 应用价值目录第一章直流稳压器原理3第二章直流稳压电源简介62.1 直流稳压电源的构成62.2 直流稳压电源的分类62.3 直流稳压电源的技术指标7第三章直流稳压电源的设计83.1设计目的及要求83.2设计步骤及思路93.2.1直流稳压电源设计思路103.2.2直流稳压电源原理83.2.3总体电路图83.3单元电路设计与原理说明93.3.1电源变压器103.3.2整流电路123.3.3滤波电路133.3.4稳压电路133.3.5元器件选择和电路参数计算说明153.4 电路板的设计16第四章 电路仿真18
6、4.1 测试要求184.2 测试结果和计算结果分析184.3 电路的误差分析与改进19心得体会19第一章 直流稳压器原理直流开关稳压器的输入一般都是未稳压直流电源。由于操作失误或者意外情况会将其极性接错,将损坏开关稳压电源。极性保护的目的,就是使开关稳压器仅当以正确的极性接上未稳压直流电源时才能工作。利用单向导通的器件可以实现电源的极性保护。最简单的极性保护电路如图1所示。由于二极管D要流过开关稳压器的输入总电流,因这种电路应用在小功率的开关稳压器上比较合适。在较大功率的场合,则把极性保护电路作为程序保护中的一个环节,可以省去极性保护所需的大功率二极管,功耗也将减小。为了操作方便,便于识别极性
7、正确与否。 一、极性保护直流开关稳压器的输入一般都是未稳压直流电源。由于操作失误或者意外情况会将其极性接错,将损坏开关稳压电源。极性保护的目的,就是使开关稳压器仅当以正确的极性接上未稳压直流电源时才能工作。利用单向导通的器件可以实现电源的极性保护。简单的极性保护电路如图1所示。由于二极管D要流过开关稳压器的输入总电流,因此这种电路应用在小功率的开关稳压器上比较合适。在较大功率的场合,则把极性保护电路作为程序保护中的一个环节,可以省去极性保护所需的大功率二极管,功耗也将减小。为了操作方便,便于识别极性正确与否,在图1中的二极管之后,接指示灯。二、程序保护开关稳压电源的电路比较复杂,基本上可以分为
8、小功率的控制部分和大功的开关部分。开关晶体管则属大功率，为保护开关晶体管在开启或关断电源时的安全,必须先让调制器、放大器等小功率的控制电路工作。为此,要保证正确的开机程序。开关稳压器的输入端一般接有小电感、大电容的输入滤波器在开机瞬间,滤波电容器会流过。很大的浪涌电流,这个浪涌电流可以为正常输入电流的数倍。这样大的浪涌电流会使普通电源开关的触点或继电器的触点熔化,并使输入保险丝熔断。另外,浪涌电流也会损害电容器,使之寿命缩短,近年来，随着微机、中小型计算机的普及和航空航天数据通信，交通邮电等事业的讯速发展，以及为了各种自动化仪器、仪表和设备配套的需要，当代对电源的需要不仅日益增大，而且对电源的
9、性能、效率、重量、尺寸和可靠性以及诸如程序控制、电源通/断、远距离操作和信息保护等功能提出了更高的要求。对于这些要求，传统的线性稳压电源无法实现，和线性稳压电源相比，开关稳压电源具有以下的一些优越性:1）效率高开关稳压电源的调整开关管工作在开关状态，截止期间，开关元件漏电流极小，因此功率消耗小而效率高，通常可达到80%-90%以上。功耗小使得机内温升亦低，周围元件不会因长期工作在高温环境下而损坏，有利于提高整机的可靠性和稳定性。而传统的线性稳压电源的晶体管一直工作在放大区，全部负载电流都通过调整管，因而损耗大，效率低，一般只在50%左右，功率等级也比较低。2）稳压范围宽从本质上说，线性稳压电源
10、的电压调整作用是靠调整管的“变阻”作用实现的，因而调压范围小。开关稳压电源的电压调整作用是通过对直流电压进行脉宽调制而实现的，因而线性控制区域大，调压范围宽，在交流电压变化较大时，开关稳压电源仍能达到很好的稳压效果。3）体积小重量轻开关电源可将电网输入的交流电压直接整流再进行PWM控制，这样可省去笨重的电源变压器(为了和高频变压器相区别，电源变压器又称为工频变压器)，使电源的体积大大缩小，重量减轻。在隔离式开关电源中，高频隔离变压器由于频率高而可以使体积小、重量轻。4）安全可靠开关稳压电源一般都有辅助电路，以提供自动保护功能。正因为直流稳压电源有着这多方面的优点,所以对它的研究有着重要的意义,
11、这不仅是对自己所学知识的总结，而且对自己以后从事电力方面的工作有着很大的帮助作用。稳压电源原理图如图1.1所示。其中，核心元件是LM338，它是一片大电流可调稳压集成电路，。该集成电路在采用一般接法时，其输出电压范围是1237V。为了进一步拓宽其输出电压的范围，本电路对其传统应用电路进行了一些改进。现简单介绍如下：LM338要求输入、输出端最大电压差不能超过40V，这就限制了它的最高输出电压。当电源输出电压较低、电流比较大时，功耗全部消耗在LM338上，造成集成电路发热严重。为了解决这个问题，在本电源的设计中，将LM338输入端电压改为分段可调型。由开关K1-2控制JIJ9这九个继电器，将不同
12、的交流电压切换到整流桥的输入端，整流后得到高低不同的直流电压输入到LM338中，这样就降低了稳压块的输入电压，同时开关K11同步切换LM338调整端的分压电阻，使调整端的基准电压不断改变，输出端电压就以每档5V的规律变化。这样一来LM338的输入、输出电压差就被限制在一个较小的范围内。不但降低了稳压集成电路的损耗，而且提高了最大输出电压。 图1.1稳压电源主电路 LM338在内部设有12V的基准电压，而输出电压要比调整端电压高，这样就使LM338的输出电压最低只能是12V。为使其输出电压能从零开始，本电源设计用R10、DW2等元件组成-12V的基准电压，使LM338的调整端电压降至-12V，这
13、样既保证了输出端比调整端高的要求，又能使输出电压从零伏开始。如果稳压集成电路的输入端接入较高的电压，而输出端恰好是空载，此时开机，LM338很容易由于过电压而在瞬间损坏。为了解决这个问题，在LM338的输入端加入了由VT1组成的输入电压限制电路，实际上就是一个射极跟随器，用这个电路保证LM338的输入输出电压差最高为5V，从而避免了因过电压损坏集成电路。在图1.1中，DW1主要是用来保护LM338不被击穿，选27V、1W的稳压管即可，DW2稳压值为12V，可选用2CW100或2CW50，也可以用两只2CK2串联起来代替，但要注意接入的极性（正好与图1。1中相反）。D1D4使用参数大于6A耐压100V的整流二极管或全桥。电源变压器T的功率要大于300V。稳压集成电路的型号LM338K，要用金封的。J1J9选用优质6V小型继电器，触点电流要大于5A。输出电压微调电位器W选用WXD3-13精密多圈线绕电位器。电压档位选择开关K1选用2X9的小型波段开关。R为电流表取样电阻，可根据所选用的表头灵敏度不同，截取一定长度的导线绕制，如果要提高输出电压显示精度，可将电压表V换成市售成品数字式直流电压表 图1.2管脚分布 该电源的技术参数： 直流稳压输出范围 DC 024V： 最大输出电流3A； 电压调整率 0001V； 纹波系数 0
