直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)

1、中北大學(xué) 畢業(yè)論文題 目 直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名： 學(xué)號(hào)： 學(xué) 院： 函授站點(diǎn)： 專 業(yè)： 指導(dǎo)教師： 年 月中北大學(xué)成人教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)摘 要直流穩(wěn)壓電源作為直流能量的提供者，在各種電子設(shè)備中，有著極其重要的地位，它的性能良好與否直接影響整個(gè)電子產(chǎn)品的精度、穩(wěn)定性和可靠性。隨著電子技術(shù)的日益發(fā)展，電源技術(shù)也得到了很大的發(fā)展，它從過(guò)去一個(gè)不太復(fù)雜的電子線路變?yōu)榻裉炀哂休^強(qiáng)功能的模塊。實(shí)現(xiàn)電源穩(wěn)定的方式，逐漸由傳統(tǒng)的分立式元器件穩(wěn)壓電源發(fā)展到今天的集成穩(wěn)壓電源。在各種電器和電子設(shè)備中，直流穩(wěn)壓電源是最常用的部件。盡管絕大部分情況下僅需要輸出電壓固定且穩(wěn)定的電源，但在

2、某些場(chǎng)合卻需要輸出電壓可變的可調(diào)電源。幾乎所有的電子產(chǎn)品尤其是無(wú)線通訊產(chǎn)品的供電大量采用直流穩(wěn)壓電源，所以我將直流穩(wěn)壓電源作為畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目，本論文詳細(xì)介紹了直流穩(wěn)壓電源各組成部分的工作原理及參數(shù)的計(jì)算。關(guān)鍵詞：變壓，整流，濾波，單片機(jī)，穩(wěn)壓目 錄第一章 直流穩(wěn)壓電源的組成11.1直流穩(wěn)壓電源的基本組成11.1.1交流電壓變換部分11.1.2整流部分11.1.3濾波部分11.1.4穩(wěn)壓部分21.2整流電路21.2.1單相橋式整流電路的組成21.2.2工作原理31.2.3輸出電壓平均值uo（av）和輸出電流平均值io（av）41.2.4二極管的選擇41.3濾波電路51.3.1濾波原理51.3.2

3、輸出電壓平均值71.3.3脈動(dòng)系數(shù)81.3.4整流二極管的導(dǎo)通角91.3.5電容濾波電路的輸出特性和濾波特性91.4 穩(wěn)壓電路101.4.1穩(wěn)壓電路組成 101.4.2穩(wěn)壓原理 11第二章 各元件指標(biāo)選擇與計(jì)算 132.1次級(jí)電壓v2132.2整流管參數(shù) 132.3濾波電容 152.4調(diào)整管 152.5采樣電阻 162.6過(guò)流保護(hù) 16第三章 用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)輸出電壓的連續(xù)可調(diào) 19結(jié)論22參考文獻(xiàn)23致謝247 第一章 直流穩(wěn)壓電源的組成1.1直流穩(wěn)壓電源的基本組成降壓 變壓器直流穩(wěn)壓電源由電源變壓器、整流器、濾波器、穩(wěn)壓器等幾部分組成，其組成框圖如圖1-1：穩(wěn)壓電路量程選擇整流 與濾波電壓輸出

4、dcacac輸出電壓控制控制信號(hào) 圖 1-1 直流穩(wěn)壓電源1.1.1 交流電壓變換部分 一般的電子設(shè)備所需的直流電壓較之交流電網(wǎng)提供的220v電壓相差較大，為了得到輸出電壓的額定范圍，就需要將電網(wǎng)電壓轉(zhuǎn)換到合適的數(shù)值。所以，電壓變換部分的主要任務(wù)是將電網(wǎng)電壓變?yōu)樗璧慕涣麟妷?，同時(shí)還可以起到直流電源與電網(wǎng)的隔離作用。變壓器副邊電壓有效值決定于后面電路的需要。1.1.2 整流部分 整流電路的作用，是將變換后的交流電壓轉(zhuǎn)換為單方向的脈動(dòng)電壓。由于這種電壓存在著很大的脈動(dòng)成分（稱為紋波），因此一般還不能直接用來(lái)給負(fù)載供電，否則，紋波的變化會(huì)影響負(fù)載電路的性能指標(biāo)。1.1.3 濾波部分 濾波部分的作用

5、是對(duì)整流部分輸出的脈動(dòng)直流電進(jìn)行平滑，使之成為含交變部分很小的直流電壓。也就是說(shuō)，濾波部分實(shí)際上是一個(gè)性能較好的低通濾波器，且其截止頻率一定低于整流輸出的基波頻率。1.1.4 穩(wěn)壓部分 盡管經(jīng)過(guò)整流濾波后電壓接近于直流電壓，但是其電壓值的穩(wěn)定性很差，它受溫度、負(fù)載、電網(wǎng)電壓波動(dòng)等因素的影響很大，因此還必須有穩(wěn)壓電路，以維持輸出直流電壓的基本穩(wěn)定。1.2 整流電路在分析整流電路時(shí)為了突出重點(diǎn)，簡(jiǎn)化分析過(guò)程，這里假定負(fù)載為純電阻性；整流二極管為理想二極管，即加正向電壓導(dǎo)通，且正向電阻為零，外加反向電壓截止，且反向電流為零；變壓器無(wú)損耗，內(nèi)部壓降為零等。1.2.1 單相橋式整流電路的組成單相橋式整流

6、電路由四只二極管組成，其構(gòu)成原則就是保證在變壓器副邊電壓的整個(gè)周期內(nèi)，負(fù)載上的電壓和電流方向始終不變。若達(dá)到這一目的，就要在的正、負(fù)半周期內(nèi)正確引導(dǎo)流向負(fù)載的電流，使其方向不變。設(shè)變壓器副邊兩端分別為和，則為“+”、 為“”時(shí)應(yīng)有電流流出點(diǎn)，為“” 、為“+”時(shí)應(yīng)有電流流入點(diǎn)；相反，為“+” 、為“”時(shí)應(yīng)有電流流入點(diǎn)，為“”、為“+”時(shí)應(yīng)有電流流出點(diǎn)；因而和點(diǎn)均應(yīng)該分別接兩只二極管，以引導(dǎo)電流。如圖所示 圖 1-2單相橋式整流電路1.2.2 工作原理設(shè)變壓器副邊電壓, 為有效值。當(dāng)為正半周時(shí)，電流有點(diǎn)流出，經(jīng)、流入點(diǎn)，如圖所示，因而負(fù)載電阻上的電壓等于變壓器副邊電壓，即，和管承受的反向壓力為。

7、當(dāng)為負(fù)半周時(shí)，電流由點(diǎn)流出，經(jīng)、流入點(diǎn)，如圖所示，負(fù)載電阻上的電壓等于，即，、承受的反向壓力為。這樣由于、和、兩對(duì)二極管交替導(dǎo)通，致使負(fù)載電阻上在的整個(gè)周期內(nèi)都有電流流過(guò)，而且方向不變，輸出電壓。圖所示為單向橋式整流電路各部分的電壓和電流的波形。圖1-3 單向橋式電路電壓和電流的波形1.2.3 輸出電壓平均值和輸出電流平均值根據(jù)圖所示的波形可知，輸出電壓的平均值 解得 由于橋式整流電路實(shí)現(xiàn)了全波整流電路，它將的負(fù)半周也利用起來(lái)，所以在變壓器副邊電壓有效值相同的情況下，輸出電壓的平均值是半波整流的兩倍。輸出電流的平均值（即負(fù)載電阻中的電流平均值） 在變壓器副邊電壓相同、且負(fù)載也相同的情況下，輸出

8、電流的平均值也是半波整流的兩倍。根據(jù)諧波分析，橋式整流電路的基波的角頻率是的2倍，即，。故脈動(dòng)系數(shù) 與半波整流電路相比，輸出電壓的脈動(dòng)減小很多。1.2.4 二極管的選擇根據(jù)圖所示的波形可知，二極管承受的最大反向電壓 考慮到電網(wǎng)電壓的波動(dòng)范圍為，在實(shí)際選用二極管時(shí)，應(yīng)至少有的余量，選擇最大整流電流和最高反向工作電壓分別為 結(jié) 論以單片機(jī)系統(tǒng)為基礎(chǔ)而設(shè)計(jì)出來(lái)的穩(wěn)壓電源，利用它對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行各種計(jì)算，從而可排除和減少由于干擾信號(hào)和模擬電路引起的誤差，大大提高穩(wěn)壓電源輸出電壓和控制電流精度，降低了對(duì)模擬電路的要求。本電源以常規(guī)穩(wěn)壓電源為基礎(chǔ)電源，以高性能單片機(jī)和數(shù)模轉(zhuǎn)換器為控制電路，在控制和檢測(cè)軟件支

9、持下，把預(yù)先給定值通過(guò)單片機(jī)的的輸出口送至相應(yīng)的的轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的給定模擬電壓，以替代常規(guī)穩(wěn)壓電源中的比較參考電壓，使輸出電壓或電流隨著參考電壓的變化而變化。參考文獻(xiàn)1 清華大學(xué)電子教研組 編，童詩(shī)白 華成英 主編：模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第三版），北京：高等教育出版社，年2 康華光 主編：電子技術(shù)基礎(chǔ)（模擬部分）（第四版），高等教育出版社3 清華大學(xué)電子教研組 編，閻 石 主編：數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第四版），北京：高等教育出版社，年4 臧春華 主編：電子線路設(shè)計(jì)與應(yīng)用，北京：高等教育出版社，年月5 華永平 陳 松 編著：電子線路課程設(shè)計(jì)，南京，東南大學(xué)出版社, 年月6 李維祥 主編： 單片機(jī)原理與應(yīng)用,天津,天津大學(xué)出版社, 年月7 李 芷 主編：微機(jī)原理與接口技術(shù),北京，電子工業(yè)出版, 年月致 謝通過(guò)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，在指導(dǎo)教師的精心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求下，獲得了豐富的理論知識(shí)，極大地提高了實(shí)踐能力，并對(duì)當(dāng)前