電器設(shè)備供電電路課程設(shè)計(jì)講解

1、西安科技大學(xué)高新學(xué)院電器設(shè)備供電電路課程設(shè)計(jì)題 目 電器設(shè)備的供電電路 學(xué)生姓名 何卓卓 專業(yè)班級 微電子1103 學(xué) 號 1102050311 院 （系） 機(jī)電信息學(xué)院 指導(dǎo)教師 古志剛 完成時(shí)間 2014.8.302014.9.12 西安科技大學(xué)高新學(xué)院摘要直流穩(wěn)壓電源是一種當(dāng)電網(wǎng)電壓波動或溫度、負(fù)載改變時(shí)，能保持輸出直流電壓基本不變的電源。其電源電路包括電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路四個(gè)環(huán)節(jié)。一般由電源變壓器，整流濾波電路及穩(wěn)壓電路所組成。變壓器把市電交流電壓變?yōu)樗枰牡蛪航涣麟姟Ｕ髌靼呀涣麟娮優(yōu)橹绷麟?。?jīng)濾波后，穩(wěn)壓器再把不穩(wěn)定的直流電壓變?yōu)榉€(wěn)定的直流電壓輸出。本設(shè)計(jì)主要

2、采用直流穩(wěn)壓構(gòu)成集成穩(wěn)壓電路，通過變壓，整流，濾波，穩(wěn)壓過程將220V交流電變?yōu)榉€(wěn)定的直流電，并實(shí)現(xiàn)電壓可在1.2-36V可調(diào)。關(guān)鍵詞：變壓 整流 濾波 穩(wěn)壓目錄1 課程設(shè)計(jì)的目的12 課程設(shè)計(jì)的任務(wù)與要求12.1 設(shè)計(jì)任務(wù)12.2 設(shè)計(jì)要求13 設(shè)計(jì)方案選擇及論證23.1 方案選擇與論證23.2 供電電路的原理方框圖24 總體電路的功能框圖及其說明34.1 元器件選用原理34.2 總體電路圖45 功能塊及單元電路的設(shè)計(jì)、計(jì)算與說明55.1 變壓電路55.2 整流電路65.3 濾波電路75.4穩(wěn)壓電路.76 總體電路原理圖及其說明87 總結(jié)8參考文獻(xiàn)9附錄一：總體電路原理圖9附錄二：元器件清單

3、9頁碼5號Times new Roman字體，右對齊1. 課程設(shè)計(jì)的目的直流穩(wěn)壓電源的應(yīng)用在現(xiàn)代人們的日常生活中相當(dāng)?shù)钠毡椋x擇做此項(xiàng)目，可以熟練的掌握此項(xiàng)技術(shù)，更利于所學(xué)知識的鞏固及能力的提高。理論更貼近實(shí)際。對自已的長遠(yuǎn)發(fā)展有著深遠(yuǎn)的影響。學(xué)習(xí)制作直流穩(wěn)壓電源可以：(1)學(xué)習(xí)基本理論在實(shí)踐中綜合運(yùn)用的初步經(jīng)驗(yàn)，掌握模擬電路設(shè)計(jì)的基本方法、設(shè)計(jì)步驟，培養(yǎng)綜合設(shè)計(jì)與調(diào)試能力。(2)學(xué)會直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)方法和性能指標(biāo)測試方法。(3)培養(yǎng)實(shí)踐技能，提高分析和解決實(shí)際問題的能力。2 課程設(shè)計(jì)的任務(wù)與要求2.1 設(shè)計(jì)任務(wù) 電器設(shè)備供電電路 電器設(shè)備供電電路是由變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓四部分組成。其中整

4、流電路可以使整流堆，也可以是分立元件（半波整流、全波整流、橋式整流）：濾波電路可以是單電容濾波，也可以是RC濾波、LC濾波、型濾波；穩(wěn)壓電路可以是分立元件、也可以是集成穩(wěn)壓或開關(guān)型穩(wěn)壓電路。2.2 設(shè)計(jì)要求 輸入電壓220v/50Hz 輸出電壓012v可調(diào)，輸出電流不小于1A3 設(shè)計(jì)方案選擇及論證3.1 方案選擇與論證 1、變壓器的選擇 本次設(shè)計(jì)的穩(wěn)壓電源是將220V的電壓變?yōu)?18V的電壓，所以變壓器輸入為220V交流電，輸出根據(jù)設(shè)計(jì)需要可選擇12V36V、功率在312W之間的均可。變壓器還分為三端輸出和兩端輸出，三端輸出變壓器用于全波整流電路中，要求變壓器有兩個(gè)匝數(shù)相等，阻值相等的次級線圈

5、；兩端輸出可用在半波整流和橋式整流電路當(dāng)中，這兩種電路對變壓器要求較低，一般選擇后一種電路搭配方式。2、整流電路的選擇方案一:半波整流半波整流電路是一種比較簡單的整流電路，只需要兩個(gè)二極管連接到變壓器輸出端子上即可構(gòu)成一個(gè)整流電路，原理簡單、節(jié)省元件，但是輸出只得到正弦波的一半，利用效率低，所以一般不考慮它。 方案二：全波整流比起半波整流，全波整流對交流電的利用效率提高了一倍，比起橋式整流也少用兩個(gè)二極管，其缺點(diǎn)是對變壓器要求有三個(gè)輸出端子，而且接線比較麻煩。 方案三:橋式整流橋式整流是利用二極管的單向?qū)ㄐ赃M(jìn)行整流的最常用的電路。用來將交流電轉(zhuǎn)變成直流電。橋式整流器利用四個(gè)二極管，兩兩對接。

6、輸入正弦波的正半部分是兩只管導(dǎo)通，得到正的輸出；輸入正弦波的負(fù)半部分時(shí)，另兩只管導(dǎo)通，由于這兩只管是反接的，所以輸出還是得到正弦波的正半部分。 橋式整流器對輸入正弦波的利用效率比半波整流高一倍。橋式整流器是由多只整流二極管作橋式連接，外用絕緣朔料封裝而成，大功率橋式整流器在絕緣層外添加金屬殼包封，增強(qiáng)散熱。橋式整流器品種多，性能優(yōu)良，整流效率高，穩(wěn)定性好，最大整流電流從0.5A到50A，最高反向峰值電壓從50V到1000V。3、濾波電路的選擇 濾波電路有電容濾波，RC濾波，型濾波，LC濾波，電容濾波最簡單，我們選擇電容濾波就可以。 4、穩(wěn)壓電路的選擇 LM317穩(wěn)壓管3.2 供電電路的原理方框

7、圖 小功率穩(wěn)壓電源由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路四個(gè)部分組成，如圖1所示。電源變壓器整流電路穩(wěn)壓電路濾波電路（a）穩(wěn)壓電源的組成框圖 u1 u2 u3 uI U0 0 t 0 t 0 t 0 t 0 t （b）整流與穩(wěn)壓過程圖1穩(wěn)壓電源的組成框圖及整流與穩(wěn)壓過程4 總體電路的功能框圖及其說明4.1 元器件選用原理1.橋式整流器原理圖：橋式整流器利用四個(gè)二極管，兩兩對接。輸入正弦波的正半部分是兩只管導(dǎo)通，得到正的輸出；輸入正弦波的負(fù)半部分時(shí)，另兩只管導(dǎo)通，由于這兩只管是反接的，所以輸出還是得到正弦波的正半部分。橋式整流器對輸入正弦波的利用效率比半波整流高一倍。 橋式整流是交流電轉(zhuǎn)換成

8、直流電的第一個(gè)步驟。橋式整流器品種多，性能優(yōu)良，整流效率高，穩(wěn)定性好，最大整流電流從0.5A到50A，最高反向峰值電壓從50V到1000V。 2.電解電容電解電容是電容的一種，介質(zhì)有電解液，涂層有極性，分正負(fù)，不可接錯(cuò)。由兩個(gè)金屬極，中間夾有絕緣材料（介質(zhì)）構(gòu)成。有極性電解電容器通常在電源電路或中頻、低頻電路中起電源濾波、退耦、信號耦合及時(shí)間常數(shù)設(shè)定、隔直流等作用。一般不能用于交流電源電路，在直流電源電路中作濾波電容使用時(shí)，其陽極（正極）應(yīng)與電源電壓的正極端相連接，陰極（負(fù)極）與電源電壓的負(fù)極端相連接，不能接反，否則會損壞電容器。2. LM317三端正電壓穩(wěn)壓器LM317穩(wěn)壓器電路lm317是

9、可調(diào)節(jié)3端正電壓穩(wěn)壓器，在輸出電壓范圍1.2伏到37伏時(shí)能夠提供超過1.5安的電流，此穩(wěn)壓器非常易于使用。LM317作為輸出電壓可變的集成三端穩(wěn)壓塊，是一種使用方便、應(yīng)用廣泛的集成穩(wěn)壓塊。在應(yīng)用中，為了電路的穩(wěn)定工作，在一般情況下，還需要接二極管作為保護(hù)電路，防止電路中的電容放電時(shí)的高壓把317燒壞。 穩(wěn)壓電源的輸出電壓可用下式計(jì)算，Vo1.25（1R2/R1）。僅僅從公式本身看，R1、R2的電阻值可以隨意設(shè)定。然而作為穩(wěn)壓電源的輸出電壓計(jì)算公式，R1和R2的阻值是不能隨意設(shè)定的。首先317穩(wěn)壓塊的輸出電壓變化范圍是Vo1.25V37V（高輸出電壓的317穩(wěn)壓塊如LM317HVA、LM317H

10、VK等，其輸出電壓變化范圍是Vo1.25V45V），所以R2/R1的比值范圍只能是028.6。5 功能塊及單元電路的設(shè)計(jì)、計(jì)算與說明5.1 變壓電路變壓器（Transformer）是利用電磁感應(yīng)的原理來改變交流電壓的裝置，主要構(gòu)件是初級線圈、次級線圈和鐵芯（磁芯）。主要功能有：電壓變換、電流變換、阻抗變換、隔離、穩(wěn)壓（磁飽和變壓器）等。在此直接選擇220V12V交流變直流變壓器。5.2 整流電路選擇橋式整流 所謂橋式整流電路，就是用二極管組成一個(gè)整流電橋。 當(dāng)輸入電壓處于交流電壓正半周時(shí)，二極管D1、負(fù)載電阻RL、D3構(gòu)成一個(gè)回路（圖5中虛線所示），輸出電壓Vo=vi-VD1-VD3。輸入電壓

11、處于交流電壓負(fù)半周時(shí)，二極管D2、負(fù)載電阻RL、D4構(gòu)成一個(gè)回路，輸出電壓Vo=vi-VD2-VD4。圖中濾波電容的工作狀態(tài)。由上述分析可知，二極管橋式整流電路輸出的也是一個(gè)方向不變的脈動電壓，但脈動頻率是半波整流的一倍。 與半波整流輸出電壓有效值計(jì)算相類似，可以得到橋式整流輸出電壓有效值Vorsm=0.9Ursm。 通過上述分析，可以得到橋式整流電路的基本特點(diǎn)如下： （1）橋式整流輸出的是一個(gè)直流脈動電壓。 （2）橋式整流電路的交流利用率為100%。 （3）電容輸出橋式整流電路，二極管承擔(dān)的最大反向電壓為2倍的交流峰值電壓（電容輸出時(shí)電壓疊加）。 （4）橋式整流電路二極管的負(fù)載電流僅為半波整

12、流的一半。 （5）實(shí)際電路中，橋式整流電路中二極管和電容的選擇必須滿足負(fù)載對電流的要求。5.3 濾波電路RC-型濾波電路，實(shí)質(zhì)上是在電容濾波的基礎(chǔ)上再加一級RC濾波電路組成的。如圖1(B)RC濾波電路。若用S表示C1兩端電壓的脈動系數(shù)，則輸出電壓兩端的脈動系數(shù)S=(1/C2R)S。由分析可知，電阻R的作用是將殘余的紋波電壓降落在電阻兩端，最后由C2再旁路掉。在值一定的情況下，R愈大，C2愈大，則脈動系數(shù)愈小，也就是濾波效果就越好。而R值增大時(shí)，電阻上的直流壓降會增大，這樣就增大了直流電源的內(nèi)部損耗；若增大C2的電容量，又會增大電容器的體積和重量，實(shí)現(xiàn)起來也不現(xiàn)實(shí)。這種電路一般用于負(fù)載電流比較小

13、的場合.5.3 穩(wěn)壓電路LM317是應(yīng)用最為廣泛的電源集成電路之一，它不僅具有固定式三端穩(wěn)壓電路的最簡單形式，又具備輸出電壓可調(diào)的特點(diǎn)。此外，還具有調(diào)壓范圍寬、穩(wěn)壓性能好、噪聲低、紋波抑制比高等優(yōu)點(diǎn)。lm317是可調(diào)節(jié)3端正電壓穩(wěn)壓器，在輸出電壓范圍1.2伏到37伏時(shí)能夠提供超過1.5安的電流，此穩(wěn)壓器非常易于使用。6 總體電路原理圖及其說明電源變壓器整流電路穩(wěn)壓電路濾波電路220V交流電通過變壓器到整流電路然后進(jìn)行濾波再進(jìn)入穩(wěn)壓電路輸出穩(wěn)定的直流電壓。7 總結(jié) 在這次設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)中，我們通過老師上課時(shí)的講解和自己課間查資料，了解了直流穩(wěn)壓電路的基本構(gòu)成部分，即變壓部分、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電

14、路，以及5V直流穩(wěn)壓電源的制作。根據(jù)設(shè)計(jì)好的原理圖，將選好的符合要求的器件插入洞洞板進(jìn)行焊接。我們也從中學(xué)到了電路分析和設(shè)計(jì)的基本方法，包括：根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)和指標(biāo)初選電路；選擇元件，安裝電路，調(diào)試改進(jìn)；分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。通過這次設(shè)計(jì)制作，我收獲了很多，不僅是知識上，還有動手能力上都得到了提高。當(dāng)然在本次制作過程中碰到了很多問題，我的問題主要出現(xiàn)在器件的焊接過程，由于器件排布比較緊密，完成后測試時(shí)候出現(xiàn)穩(wěn)壓管發(fā)燙電阻燒壞等問題，后來發(fā)現(xiàn)是自己的粗心造成，于是我吸取教訓(xùn)自習(xí)檢查電路的焊接，通過努力最終完成任務(wù)。參考文獻(xiàn)1煙臺大學(xué)直流電源設(shè)計(jì)2哈爾濱工程大學(xué)直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)3百度文庫可調(diào)穩(wěn)壓式穩(wěn)壓直流電源設(shè)計(jì)4江曉安模擬電子技術(shù)第三