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1、下载可编辑目录1 设计目的及任务要求 11.11.1 设计目的设计目的 11.21.2 设计任务要求设计任务要求 12 总体方案设计 12.12.1 总体方案框图总体方案框图 12.22.2 电源变压器电源变压器错误错误! !未定义书签。未定义书签。2.32.3 整流电路整流电路错误错误! !未定义书签。未定义书签。2.42.4 滤波电路滤波电路错误错误! !未定义书签。未定义书签。2.52.5 稳压电路稳压电路错误错误! !未定义书签。未定义书签。2.62.6 其他元件的选择其他元件的选择错误错误! !未定义书签。未定义书签。2.72.7 可调直流稳压源电路原理图可调直流稳压源电路原理图 4
2、3 可调直流稳压源仿真 54 总结 5参考文献 6下载可编辑1 1 设计目的及任务要求设计目的及任务要求1.11.1 设计目的设计目的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、滤波电容及集成稳压器来设计直流稳压源；2 掌握直流稳压电路的调试及主要技术指标的测试方法。1.21.2 设计任务要求设计任务要求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
3、及电路图典型波形、自制印刷板并进行安装调试；2 2 总体方案设计总体方案设计2.12.1 总体方案框图总体方案框图可调直流稳压电源的原理框图如下图 2-1 所示,图 2-1可调直流稳压电源原理框图2.22.2 电源变压器电源变压器城市电网提供的一般为 220V或 380V/50HZ 的正弦交流电,电源变压器的作用是将电网交流电压变换成整流滤波电路所需要的交流电压 。然后再将其次级输出电压去整流 、滤波和稳压,最后得到所需要的直流电压幅值。1 电源电压变压器参数介绍a 电压比初、次级电压和线圈圈数具有以下关系,即:b 效率在额定功率时,变压器的输出功率和输入功率的比值称为变压器的效率,即:变压器
4、的效率与变压器的功率等级有密切关系,通常功率越大,损耗就越小,效率也就越高；反之,功率越小,效率也就越低。c 额定电压指在变压器的初级线圈上所允许施加的电压 ,正常工作时,变压器初级绕组上施加的电U2N2 KU1N1.压不得大于规定值。d 额定功率额定功率是指变压器在规定的频率和电压下能长期工作 ,而不超过规定温升时次级输出的功率。e 调整率变压器的调整率=空载电压-满载电压/满载电压。一般 10W 以下变压器的调整率在20%以上,要想在使用中降低变压器的调整率,只有选大一些的功率变压器,如 3W 的变压器的调整率为 28%,使用功率为 1.5W,调整率为 12%。2 电源变压器的选择由设计要
5、求可知输出最大电压为 12V,又考虑到电阻等元件上的压降,故在选择电源变压器时,变压器次级电压应在 15V 左右为宜。2.32.3 整流电路整流电路桥式整流电路的作用是利用单向导电性的整流元件二极管,将正负交替的正弦交流电压整流成为单向脉动电压。但是,这种单向电压往往包含着很大的脉动成分 ,距离理想的直流电压还差得很远。下图即为整流电路部分的原理图和经整流后输出的波形。图 2-2 整流电路原理图图 2-3 整流电路波形整流桥的选择:我们采用把四个二极管封装在一起接成全桥的形式,选用的型号为平均电流为 2A2W10,2W06 等。2.42.4 滤波电路滤波电路滤波电路由电容 、电感等储能元件组成
6、 。它的作用是尽可能地将单向脉动电压中交流成分滤掉,使输出电压成为比较平滑的直流电压 。滤波电路即是将电容并联在整流电路上或者串联上电感。其波形图如图 2-4 示。图 2-4 滤波电路波形电容的选择：在整个电路中,有多处必须用到电容以使得输出电压更平滑更稳定。其中,C1：滤波,C1=1200 F；C2：抑制自激振荡,C2=F/63V；C3：滤波,用以减小输出电压的波纹电压。C3=10uF/16V；2 / 7.C4：滤波作用,使 Uo 中的波动减小;C4=100F/16V2.52.5 稳压电路稳压电路稳压电路的作用是采取某些措施 ,使输出的直流电压在电网电压或负载电流发生变化时保持稳定。随着集成
7、技术的发展,稳压电路也迅速实现集成化。目前已能大量生产各种型号的单片集成稳压电路。集成稳压器具有体积小,可靠性高以及温度特性好等优点,而且使用灵活,价格低廉,被广泛应用于仪器,仪表及其它各种电子设备中,特别是三端集成稳压器。三端集成稳压器有多种型号：正压系列：78XX 系列等固定式三端稳压器负压系列：79XX 系列等三端集成稳压器正压系列：W317 系列等可调式三端稳压器负压系列：W337 系列等在这里我们选用 LM317,下图 2-5 为其引脚图。输入引脚输出引脚电压调节引脚图 2-5 LM317 引脚图LM317 具体工作原理:电路连接：输入引脚接输入正电压,输出引脚接负载,电压调节引脚一
8、个脚接电阻接到输出引脚,另一个接可调电阻接于地,输入和输出引脚对地要接滤波电容。当 LM317 稳压器离电源滤波器有一定距离时必须接电容。但我们需要注意：输入至少要比输出高 2V,否则不能调压；3 / 7.输入电压最高不能超过 40V。输出电流最好不超过 1A。输入 12V 的话,输出最高就是 10V 左右。由于它内部还是线性稳压 ,因此功耗比较大。当输入输出电压差比较大且输出电流也比较大时,注意 317 的功耗不要过大。一般加散热片后功耗也不超过 20W。因此电压差大时建议分档调压。另外,在使用 LM317 时要注意功耗、散热问题。2.62.6 其他元件的选择其他元件的选择降压、整流、滤波、
9、稳压器件是整个电路的核心部分,但是除此之外,还需要保护和调节部分,整个电路才能正常工作。当电容 C3 充电完成开始放电后,电流会通过在三端稳压集成块的 GND 端,流入 LM317,造成其被烧坏,为了解决这个反向电流,我们可以在 GND 于 Vout 端并上一个二极管即可。另外,当 LM317 输入端元件短路时,出现 UIUO,则会产生一个由其输出端经 LM317 流入输入端的反向泄放电流。这个电流将可能损坏 LM317。为此,在 LM317 输入、输出端并上一个二极管即可保护 LM317。对于二极管的选择,一般选取 1N4001 或者 1N4007。为了调节最后的输出电压以提供不同情况下的需
10、求,我们还必须添加电位器以控制输出电压的大小。粗调 RP1：1.5K,1/8W。细调 RP2：220,1/8W。由于 LM317 的稳定工作要求的最小电流为：Iomin=1.5mA5mA安全,故取 R1 为180250。2.72.7 可调直流稳压源电路原理图可调直流稳压源电路原理图.D2V1LM31731D0J 121IN2 20 V/1 5 VT142C1C20.3 3 uFGNDVinVo ut2R12 40D11J 212RP12.2 KC41 00 u FOUT3C31 0u F3W1RP22 20.121 20 0 u F2.图 2-6 可调直流稳压电源原理图可调直流稳压电源工作过程
11、分析：由于我们期望得出的最大电压为 15V 左右,而在桥4 / 7.式整流部分采用二极管连接而成的桥,其整流后输出电压平均值应为ud1.2u2,即对变压器二次侧输出的电压进行了升压,整流后的电压还存在着一定的脉动成分和其他干扰信号 ,因此将输出电压通过各电容进行滤波 ,便可得到脉动成分较小,波形较为平整的输出电压。滤波之后,由于各种干扰,输出电压信号或许不稳定 ,但采用三端集成稳压器LM317可对滤波电路输出的电压进行稳压,这样我们便可以得到平整稳定的直流电压 。为了实现可调,我们采用了电位器RV1,RV 2来调节所需要的输出电压,其中RV1,RV 2分别为细调,粗调。这样,可以实现输出电压在
12、 1.26V-15.2V 范围内连续可调,输出电流最大可达 1A。3 3 可调直流稳压源仿真可调直流稳压源仿真在以上原理的基础上,为了保证我们的直流稳压电源能正常工作,有必要用proteus对其进行仿真,不同的输出电压从电压表清晰可见 。通过调节电位器RV1细调,RV 2粗调可得到1.2615.2V不同输出的稳定可调直流电压。仿真结果如下图 3-1、图 3-2 所示。图3-1直流稳压电压源最大输出电压图3-2直流稳压电压源最小输出电压有了软件的支持,我们再根据电路中各元件的具体参数选择适当的元件 ,在电路板上连成电路,按照电路图焊接起来,再经调试即可得到一个在范围内连续可调的直流稳压电源。4
13、总结在本次电力电子课程设计过程中,我学到了许多东西,但同时也遇到了很多问题。首先,我们把平时在课堂上学到的电力电子理论知识同本次直流稳压可调电源的设计联系起来,深刻理解了桥式整流可控与不可控的区别 。在选择器件时也懂得了各个器件选5 / 7.择的原则及其工作原理,这对我们再以后的学习工作是很有帮助的 。其次,理论设计和实践总算存在很大差距的,因此,在具体焊接电路之前,我们用 proteus 软件绘制出了原理图,并进行了仿真,通过调节电位器可以发现输出电压的确是平稳的且在 1.26V15V 可调,达到了预期设计目标。但在另一方面也遇到了很多问题 。对我们来说理论是简单的,实际电路却麻烦很多,也容
14、易出现很多问题。在使用 proteus 设计原理图时,很容易的从元件库里选出了各元件,也按照原理图连好线,可是开始仿真时却问题不断,比如,电压表没有示数而且报错,在反复检查电路连线和各元件参数后运行,仍然没有报错。最后,我们请教了老师,在老师指导下我们更改了电源的电压为 311V峰值电压,变压器变压比为 60:1,然后运行,总算有了示数且也满足要求。从本次课程设计中,我们得到了很多启示,又掌握了一个绘图软件,明白了团队合作的重要性,关键时刻应该多和老师讨论等等 。总之,这样的课程设计对我们的动手实践还是很有帮助的,我们可以把课堂上的理论同实践联系起来,一方面加强了对理论知识的理解,另一当面也增强了动手实践的能力。在以后的学习工作过程中,我们应该努力思考,把学习中的各种经验运用到工作中。参考文献1 王兆安,黄俊,电力电子技术,第 4 版,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,北京,机械工业出版社,20053陈治明,电力电子器件基础,北京,机械工业出版社,20054李序葆,赵永健,电力电子器件及其应用,北京,机械工业出版社,19965 李响初,数字电路基础与应用,北京,机械工业出版社,20086 吴丙申,模拟电路基础,北京,北京理工大学出版社,20076 / 7
