電器設備供電電路課程設計講解

1、西安科技大學高新學院電器設備供電電路課程設計題 目 電器設備的供電電路 學生姓名 何卓卓 專業(yè)班級 微電子1103 學 號 1102050311 院 （系） 機電信息學院 指導教師 古志剛 完成時間 2014.8.302014.9.12 西安科技大學高新學院摘要直流穩(wěn)壓電源是一種當電網電壓波動或溫度、負載改變時，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?。整流器把交流電變?yōu)橹绷麟?。經濾波后，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。本設計主要

2、采用直流穩(wěn)壓構成集成穩(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，并實現(xiàn)電壓可在1.2-36V可調。關鍵詞：變壓 整流 濾波 穩(wěn)壓目錄1 課程設計的目的12 課程設計的任務與要求12.1 設計任務12.2 設計要求13 設計方案選擇及論證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計、計算與說明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8參考文獻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. 課程設計的目的直流穩(wěn)壓電源的應用在現(xiàn)代人們的日常生活中相當的普遍，選擇做此項目，可以熟練的掌握此項技術，更利于所學知識的鞏固及能力的提高。理論更貼近實際。對自已的長遠發(fā)展有著深遠的影響。學習制作直流穩(wěn)壓電源可以：(1)學習基本理論在實踐中綜合運用的初步經驗，掌握模擬電路設計的基本方法、設計步驟，培養(yǎng)綜合設計與調試能力。(2)學會直流穩(wěn)壓電源的設計方法和性能指標測試方法。(3)培養(yǎng)實踐技能，提高分析和解決實際問題的能力。2 課程設計的任務與要求2.1 設計任務 電器設備供電電路 電器設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)壓或開關型穩(wěn)壓電路。2.2 設計要求 輸入電壓220v/50Hz 輸出電壓012v可調，輸出電流不小于1A3 設計方案選擇及論證3.1 方案選擇與論證 1、變壓器的選擇 本次設計的穩(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，輸出根據設計需要可選擇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，要求變壓器有兩個匝數相等，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，只需要兩個二極管連接到變壓器輸出端子上即可構成一個整流電路，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二極管，其缺點是對變壓器要求有三個輸出端子，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導通性進行整流的最常用的電路。用來將交流電轉變成直流電。橋式整流器利用四個二極管，兩兩對接。

6、輸入正弦波的正半部分是兩只管導通，得到正的輸出；輸入正弦波的負半部分時，另兩只管導通，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二極管，兩兩對接。輸入正弦波的正半部分是兩只管導通，得到正的輸出；輸入正弦波的負半部分時，另兩只管導通，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換成

8、直流電的第一個步驟。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，介質有電解液，涂層有極性，分正負，不可接錯。由兩個金屬極，中間夾有絕緣材料（介質）構成。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、信號耦合及時間常數設定、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，其陽極（正極）應與電源電壓的正極端相連接，陰極（負極）與電源電壓的負極端相連接，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、應用廣泛的集成穩(wěn)壓塊。在應用中，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電路，防止電路中的電容放電時的高壓把317燒壞。 穩(wěn)壓電源的輸出電壓可用下式計算，Vo1.25（1R2/R1）。僅僅從公式本身看，R1、R2的電阻值可以隨意設定。然而作為穩(wěn)壓電源的輸出電壓計算公式，R1和R2的阻值是不能隨意設定的。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計、計算與說明5.1 變壓電路變壓器（Transformer）是利用電磁感應的原理來改變交流電壓的裝置，主要構件是初級線圈、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整流電橋。 當輸入電壓處于交流電壓正半周時，二極管D1、負載電阻RL、D3構成一個回路（圖5中虛線所示），輸出電壓Vo=vi-VD1-VD3。輸入電壓

11、處于交流電壓負半周時，二極管D2、負載電阻RL、D4構成一個回路，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如下： （1）橋式整流輸出的是一個直流脈動電壓。 （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，二極管承擔的最大反向電壓為2倍的交流峰值電壓（電容輸出時電壓疊加）。 （4）橋式整流電路二極管的負載電流僅為半波整

12、流的一半。 （5）實際電路中，橋式整流電路中二極管和電容的選擇必須滿足負載對電流的要求。5.3 濾波電路RC-型濾波電路，實質上是在電容濾波的基礎上再加一級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，則輸出電壓兩端的脈動系數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，則脈動系數愈小，也就是濾波效果就越好。而R值增大時，電阻上的直流壓降會增大，這樣就增大了直流電源的內部損耗；若增大C2的電容量，又會增大電容器的體積和重量，實現(xiàn)起來也不現(xiàn)實。這種電路一般用于負載電流比較小

13、的場合.5.3 穩(wěn)壓電路LM317是應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的特點。此外，還具有調壓范圍寬、穩(wěn)壓性能好、噪聲低、紋波抑制比高等優(yōu)點。lm317是可調節(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行濾波再進入穩(wěn)壓電路輸出穩(wěn)定的直流電壓。7 總結 在這次設計學習中，我們通過老師上課時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。根據設計好的原理圖，將選好的符合要求的器件插入洞洞板進行焊接。我們也從中學到了電路分析和設計的基本方法，包括：根據設計任務和指標初選電路；選擇元件，安裝電路，調試改進；分析實驗結果。通過這次設計制作，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，于是我吸取教訓自習檢查電路的焊接，通過努力最終完成任務。參考文獻1煙臺大學直流電源設計2哈爾濱工程大學直流穩(wěn)壓電源設計3百度文庫可調穩(wěn)壓式穩(wěn)壓直流電源設計4江曉安模擬電子技術第三