有限流功能的可調(diào)穩(wěn)壓電源電路設(shè)計本科論文

1、密級： NANCHANG UNIVERSITY GONGQING COLLEGE學(xué) 士 學(xué) 位 論 文（設(shè) 計）THESIS OF BACHELOR（20092013年）中文題目：有限流功能的可調(diào)穩(wěn)壓電源電路設(shè)計英文題目：Limited flow function adjustable power supply circuit design學(xué) 院：南昌大學(xué)共青學(xué)院系 別：工程技術(shù)系專業(yè)班級：09電氣本一班學(xué)生姓名：胡雪峰學(xué) 號：指導(dǎo)教師：皮小林 二 一 三 年 五 月學(xué)士學(xué)位論文原創(chuàng)性聲本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外

2、，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。本人簽名： 日期： 摘 要 在實(shí)踐中和生產(chǎn)中，很多的大功率用電場合都要使用交流電源，但是電鍍、電源以及直流電動機(jī)需要使用直流電源。但在自動控制裝置和電子電器線路中，需要非常穩(wěn)定的穩(wěn)壓直流電源。在一些需要直流供電的場所里，所廣泛采用的是直流穩(wěn)壓電源。該論文設(shè)計十分的貼近我們的生活，并涉及濾波技術(shù)、電力電子器件、逆變技術(shù)、控制技術(shù)及整流技術(shù)等。用我們的專業(yè)知識,并且且需要我們熟練地使用繪圖軟件畫電路圖，并且能使用簡單的仿真軟件，來實(shí)現(xiàn)仿

3、真效果。這樣可以讓我們更加熟悉的掌握這些知識，也可以在實(shí)際生活中用知識提高應(yīng)用能力。我們在設(shè)計的過程中要根據(jù)穩(wěn)壓電源的最大輸出電流確定流過電源變壓器二次繞組的功率和電源變壓器二次繞組的電流；根據(jù)最大輸出電流和穩(wěn)壓電源的輸出電壓確定集成穩(wěn)壓器的型號以及電路結(jié)構(gòu)形式，穩(wěn)壓器的輸入電壓可確定電源變壓器二次繞組電壓的有效值；根據(jù)功率查出變壓器的效率，以確定電源變壓器原邊的功率。然后根據(jù)所確定的參數(shù)選擇電源變壓器。確定整流二極管的正向平均電流，整流二極管所承受的濾波電容的耐壓值和電容量和最大反向工作電壓。根據(jù)所確定的有關(guān)參數(shù)，選擇濾波電容和整流二極管。本次課題中我們所用到的穩(wěn)壓器的主要原件就是LM317

4、，因此了解LM317的特性也是很必要的。關(guān)鍵詞：濾波；整流；電源；變壓；限流；穩(wěn)壓器 ABSTRACTIn the production and practice, many large power electric field needed to use AC power, but power, electroplating and DC motor, DC power supply. In the electronic circuit and automatic control device, need DC regulated power supply voltage is very s

5、table. In the DC power supply occasions, is widely used in DC regulated power supply. This topic is very close to our daily life, and to the professional knowledge of power electronic devices, rectification, filtering technology, inverter technology and control technology for us, but we need to skil

6、lfully use the drawing software draw circuit diagrams, and can use the simulation software is simple, the simulation effect. This can make us more familiar with these knowledge. We are in the process of the design according to the power supply output voltage and the maximum output current to determi

7、ne the types and forms of circuits integrated voltage regulator. The input voltage of the regulator to determine power transformer two winding voltage effective value; based on the maximum output current stabilized power supply is determined through a power transformer two times two times winding cu

8、rrent and power transformer power transformer; according to the power found efficiency, so as to determine the power of the original side of the power transformer. Then according to choose the parameters determined power transformer. Determine the average forward current rectifier diode, rectifier d

9、iode maximum reverse voltage and filtering capacitance and voltage. According to the determined parameter, selection of rectifier diode and a filter capacitor. The main components in this paper we use the regulator is LM317, so the understanding of the characteristics of LM317 is very necessary.Key

10、words: filter；rectification；power supply； current limiting；pressure regulator目 錄摘 要IABSTRACTII第1章 緒論11.1 研究背景11.2 可調(diào)電源研究現(xiàn)狀1第2章 可調(diào)電源的相關(guān)知識22.1 可調(diào)電源電路涉及到主要電路22.2 可調(diào)電源的發(fā)展趨勢5第3章 可調(diào)電源電路設(shè)計的性能指標(biāo)63.1 輸出電流值，輸出電壓的范圍63.2 穩(wěn)壓系數(shù)63.3 輸出電阻63.4 紋波電壓6第4章 可調(diào)電源電路設(shè)計中的技術(shù)要求和工作要求74.1 分析和設(shè)計電路圖74.2 對可調(diào)電源器件進(jìn)行選型74.3 電路的焊接和調(diào)試10總

11、 結(jié)15參考文獻(xiàn)16致 謝17附 錄18 第1章 緒論1.1 研究背景隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，電子、電氣設(shè)備已經(jīng)廣泛的應(yīng)用在日常、學(xué)習(xí)、科研等等各個方面?？烧{(diào)電源作為電子、電氣設(shè)備必不可少的能源供應(yīng)部件，需求日漸增大，而且對電源的穩(wěn)定性、安全性、功能等各項指標(biāo)也提出了更高要求。對可調(diào)電源的開發(fā)和研究已經(jīng)成為新設(shè)備、新技術(shù)開發(fā)的一個重要的環(huán)節(jié)，在推動我國科學(xué)技術(shù)發(fā)展中起著很大作用。近幾年隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，我們和西方的一些發(fā)達(dá)國家還是有著一定的差距；以美國為首的幾個發(fā)達(dá)國家在這方面的研究已經(jīng)轉(zhuǎn)向高頻下電源的建模分析、拓?fù)淅碚?、工作原理等等各方面的技術(shù)領(lǐng)先；直流穩(wěn)壓電源的開發(fā)及應(yīng)用在此方面與他們也存在

12、很大的差距。我們要不斷開拓創(chuàng)新，不斷的追趕世界先進(jìn)水平，使本國的可調(diào)電源技術(shù)也要到達(dá)一定的高度，趕上并且超過世界的頂級水平。1.2 可調(diào)電源研究現(xiàn)狀如今，可調(diào)直流穩(wěn)壓電源在各行各業(yè)中已經(jīng)廣泛應(yīng)用，農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中也有應(yīng)用，如農(nóng)業(yè)環(huán)境如靜電除塵，農(nóng)業(yè)物料靜電噴涂包裹，利用靜電噴霧殺蟲，農(nóng)產(chǎn)品加農(nóng)業(yè)生物靜電效應(yīng)、靜電殺菌、農(nóng)業(yè)種子靜電處理、工中的靜電植絨等。隨著農(nóng)業(yè)科技的不斷發(fā)展進(jìn)步，農(nóng)業(yè)工程應(yīng)用實(shí)踐和農(nóng)業(yè)科學(xué)研究對高壓靜電電源的需求逐年增大，對智能化、性能、規(guī)格、品種、穩(wěn)定性、類型、體積、精度操作等方面都提出了更高的要求，現(xiàn)有的高壓直流電源已不能滿足農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中的許多需求，開發(fā)和研究適合農(nóng)業(yè)領(lǐng)域所要求的

13、多種新型高壓直流穩(wěn)壓電源成為一種客觀需求，而且其經(jīng)濟(jì)效益和都社會效益比較顯著，市場前景非常光明。 第2章 可調(diào)電源的相關(guān)知識2.1 可調(diào)電源電路涉及到主要電路2.1.1 可調(diào)電源涉及到的主要的幾種技術(shù) 小功率穩(wěn)壓電源是由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路四個部分組成，如圖2.1所示。 + 電 源 + 整 流 + 濾 波 + 穩(wěn) 壓 + u1 u2 u3 uI U0 _ 變壓器 _ 電 路 _ 電 路 _ 電 路 _（a）穩(wěn)壓電源組成框圖 u1 u2 u3 uI U0 0 t 0 t 0 t 0 t 0 t （b）整流與穩(wěn)壓過程中的電壓波形圖圖2.1穩(wěn)壓電源的組成框圖及整流與穩(wěn)壓過程2.1

14、.2 可調(diào)電源中的電源變壓器電源變壓器是將來自電網(wǎng)中的220V交流電壓u1轉(zhuǎn)化為整流電路中所需要的交流電壓u2。其電源變壓器的效率為： (2.1)其中：是變壓器二次繞組的功率，是變壓器一次繞組的功率。一般小型變壓器的效率如表格所示： 表2.1.2 小型變壓器效率 副邊功率 效率0.60.70.80.85所以根據(jù)上表的數(shù)據(jù)，如果知道變壓器二次繞組的功率有公式（2.1）就知道變壓器一次繞組的功率。2.1.3 電路中濾波電路和整流電路如圖2.2整流濾波電路在穩(wěn)壓電源中作用一般是用四個二極管組成橋式整流電路，整流電路的作用則是將交流電壓u2轉(zhuǎn)換成脈動的直流電壓u3。濾波電路一般是由電容組成，其作用是將

15、脈動直流電壓u3中大部分的紋波加以濾除，可得到比較平滑的直流電壓UI。UI和交流電壓u2的有效值U2的關(guān)系為： (2.2)在整流電路當(dāng)中，每只二極管所承受的最大反向電壓為： (2.3)通過每只二極管的平均電流為： (2.4) FU C 圖2.2 整流濾波電路 其中：R是濾波整流電路中的負(fù)載電阻，它給電容C提供放電的通路，放電的時間常數(shù)RC應(yīng)該如下： (2.5)式中：T = 20ms是50Hz電壓的周期。2.1.4穩(wěn)壓電路由于輸入電壓u1發(fā)生波動而且電路和負(fù)載中的溫度發(fā)生變化時，濾波電路中輸出的直流電壓UI也會隨著變化。因此，為了維持電壓UI輸出穩(wěn)定不變，還需要加上穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓電路的作用就是當(dāng)

16、外界因素（環(huán)境中溫度、電壓、負(fù)載）發(fā)生變化時，可使輸出的直流電壓不受外界影響，并且維持穩(wěn)定的輸出。穩(wěn)壓電路一般用集成穩(wěn)壓器和一些其他元器件所組成。利用集成穩(wěn)壓器所設(shè)計的穩(wěn)壓電源具有結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。 穩(wěn)壓器 圖2.3 穩(wěn)壓電路基本構(gòu)成集成穩(wěn)壓器有很多種類，在小功率穩(wěn)壓電源中，廣泛使用的是三端穩(wěn)壓器。按輸出電壓類型可分為可調(diào)式和固定式，此外又可分為負(fù)電壓輸出和正電壓輸出兩種類型。第一種是固定的電壓輸出穩(wěn)壓器各種類型有：常見的有CW78系列三端固定式正電壓輸出集成穩(wěn)壓器；CW79系列三端固定式負(fù)電壓輸出集成穩(wěn)壓器。三端是指穩(wěn)壓電路只有輸入、輸出和接地三個接地端子。型號中最后兩位數(shù)字表示輸出

17、電壓的穩(wěn)定值。穩(wěn)壓器使用時，使得輸入電壓UI與輸出電壓Uo的電壓差UI - Uo 2V。穩(wěn)壓器的靜態(tài)電流Io = 8mA。當(dāng)Uo = 5 18V時，UI的最大值UImax= 35V；當(dāng)Uo=18 24V時，UI的最大值UImax = 40V。它們的引腳功能及組成的典型穩(wěn)壓電路見附錄圖A所示。第二種是可調(diào)式三端集成穩(wěn)壓器：可調(diào)式三端集成穩(wěn)壓器是指輸出電壓可以連續(xù)調(diào)節(jié)的穩(wěn)壓器，有輸出正電壓的CW317系列（LM317）三端穩(wěn)壓器；有輸出負(fù)電壓的CW337系列（LM337）三端穩(wěn)壓器。在可調(diào)式三端集成穩(wěn)壓器中，穩(wěn)壓器的三個端是指輸入端、輸出端和調(diào)節(jié)端。穩(wěn)壓器輸出電壓的可調(diào)范圍為Uo=1.1 38V，

18、最大輸出電流Iomax =1.5A。輸入電壓與輸出電壓差的允許范圍為：UI -Uo = 4 50V。有關(guān)可調(diào)穩(wěn)壓器LM317的有關(guān)資料見論文附錄。2.2 可調(diào)電源的發(fā)展趨勢2.2.1 跟上時代的腳步綠色、體型小、功耗小、小污染、低電流、高效率、高合成已成為現(xiàn)代電源技術(shù)的主流，電源技術(shù)的發(fā)展同時也依賴于電子元器件和集成電路的發(fā)展?？烧{(diào)電源的發(fā)展也要隨著當(dāng)代的腳步不斷前進(jìn)，不斷的進(jìn)行改進(jìn)，不斷的完善。2.2.2 模塊化、智能化可調(diào)電源電源技術(shù)模塊化其中包括功率單元、模塊化和輸出單元模塊化。新功能可調(diào)電源將其功率開關(guān)管和各種輸出保護(hù)模塊集成在一起，使可調(diào)電源的體積再次縮小。輸出穩(wěn)壓電路模塊化，使可調(diào)

19、電源電源在實(shí)際應(yīng)用中更加靈活、方便、智能。2.2.3 數(shù)字化、多元化伴隨數(shù)字技術(shù)的不斷的發(fā)展和成熟，當(dāng)代可調(diào)電源更多地向數(shù)字化方向進(jìn)展。采用數(shù)字技術(shù)可降低電源高頻諧波干擾和非線性失真，同時便于CPU數(shù)字化控制?，F(xiàn)代電源具有良好的穩(wěn)定特性，自身產(chǎn)生的高頻諧波功率逐漸減小，降低了對環(huán)境的“污染”，同時增強(qiáng)了電源自身抗干擾性能。第3章 可調(diào)電源電路設(shè)計的性能指標(biāo)3.1 輸出電流值，輸出電壓的范圍輸出電壓U0=（+3+12V）連續(xù)可調(diào)；最大輸出電流Imax=1.0A3.2 穩(wěn)壓系數(shù)當(dāng)連通電路后，輸入電壓時，測出穩(wěn)壓電源的輸出電壓U0 。然后調(diào)節(jié)自耦變壓器使輸入電壓U1，測出穩(wěn)壓電源對應(yīng)的輸出電壓Uo1

20、 ；再調(diào)節(jié)自耦變壓器使輸入電壓，測出穩(wěn)壓電源的輸出電壓Uo2。則穩(wěn)壓系數(shù)Sv0.01 （3.1） 3.3 輸出電阻連通電路，保持穩(wěn)壓電源的輸入電壓，在不接負(fù)載RL時測出開路電壓Uo1，此時Io1=0，然后接上負(fù)載電阻RL，測出輸出電壓Uo2和輸出電流Io2，則輸出電阻R0為： （3.2）3.4 紋波電壓輸出波紋電壓在電路設(shè)計當(dāng)中，波紋電壓應(yīng)該Up-op5mv用實(shí)驗(yàn)室示波器觀察Uo的峰值即可得到相關(guān)數(shù)據(jù)（此時Y通道輸入信號采用交流耦合AC的值約幾mV）。第4章 可調(diào)電源電路設(shè)計中的技術(shù)要求和工作要求4.1 分析和設(shè)計電路圖前一章中說到可調(diào)穩(wěn)壓電源中要用到穩(wěn)壓器，我們選用的穩(wěn)壓器是可調(diào)穩(wěn)壓器LM3

21、17，這樣我們可以大致的設(shè)計出穩(wěn)壓電源的基本電路圖。 D6 3 lm317 2 保險絲D1 D4 1 R1 C D5 u1 D2 D3 Co Uo 220V u2 C1 RW 圖4.1可調(diào)的穩(wěn)壓電源電路圖4.2 對可調(diào)電源器件進(jìn)行選型穩(wěn)壓電源的設(shè)計中電源器件的選擇，是根據(jù)穩(wěn)壓電源的輸出電壓Uo。輸出電流Io、輸出紋波電壓Uop-p等性能標(biāo)準(zhǔn)要求，正確地確定出電源變壓器、集成穩(wěn)壓器、整流二極管和濾波電容和電路中所用元器件的性能參數(shù)，從而合理的選擇這些器件.4.2.1穩(wěn)壓器的型號根據(jù)穩(wěn)壓電源的輸出電壓Uo、最大輸出電流Iomax，確定穩(wěn)壓器的型號.集成穩(wěn)壓器選用LM317，其輸出電壓范圍為：，最大

22、輸出電流為1A。4.2.2 電阻的大小根據(jù)穩(wěn)壓器的種類和輸出電壓的性能指標(biāo)確定電阻和電位器性能指標(biāo)：在圖4.1電路中，和組成輸出電壓調(diào)節(jié)電路，輸出電壓 （4.1）取，流過的電流為。取，則由 （4.2）可求得：， 故取為的精密線繞電位器。4.2.3 電源變壓器型號根據(jù)穩(wěn)壓器的輸入電壓，認(rèn)定電源變壓器副邊電壓u2的有效值U2再根據(jù)穩(wěn)壓電源的最大輸出電流I0max，確定流過電源變壓器副邊的電流I2和電源變壓器副邊的功率P2；根據(jù)P2，從表2.1.2查出變壓器的效率，從而查出電源變壓器原邊的功率P1。鑒于LM317的輸入電壓與輸出電壓差的最小值，輸入電壓與輸出電壓差的最大值，故LM317的輸入電壓范圍

23、為： (4.3)即 （4.4）取 變壓器副邊電流： ，得，所以，變壓器副邊輸出功率： 鑒于變壓器的效率，所以變壓器原邊輸入功率，為留一定的功率余地，選用功率大小為的變壓器。4.2.4 二極管和電容的選擇計算出整流二極管的正向平均電流ID、整流二極管的最大反向電壓和濾波電容的電容值和耐壓值。根據(jù)所確定的數(shù)據(jù)，選擇整流二極管和濾波電容。由于：，IN4001的反向擊穿電壓，額定工作電流，故整流二極管選用IN4001。根據(jù) ，和公式 （4.5）可求得： 所得，濾波電容： （4.6）電容的耐壓要大于，故濾波電容C取容量為，耐壓為25V的電解電容。4.3 電路的焊接和調(diào)試 圖 4.2 可調(diào)電源各原件 表4

24、.1 可調(diào)電源各元件清單名稱規(guī)格數(shù)量電源變壓器30W/12V1二極管INI40016電解電容4700F2電解電容1000F1穩(wěn)壓器Lm3171接線座2P1Pc板70x40mm1散熱器1電位器2k1保險絲1.5A1電路焊接時注意不要出現(xiàn)虛焊現(xiàn)象或者電路板電路短路等情況，同點(diǎn)之前首先必須檢查電路的可靠性。點(diǎn)焊時注意把錫絲大量融化在電路板上這樣容易造成電路短路而且電路板看起來也不是很美觀。電容的焊接必須是正負(fù)極的位置正確。二極管的正負(fù)極也必須判斷清楚，要使用萬用表測量二極管的正反向電阻的。 圖 4.2 穩(wěn)壓器的裝配 圖 4.3電路板焊接按圖4.1所示安裝集成穩(wěn)壓電路，然后從穩(wěn)壓器的輸入端加入交流電壓

25、，調(diào)節(jié)RW，若輸出電壓也隨著發(fā)生變化，說明穩(wěn)壓電路工作正常。萬用表測量整流二極管的正、反向電阻，正確測出二極管的正負(fù)極，按圖4.1所示先在變壓器的副邊接上額定電流為1.5A的保險絲，然后安裝整流濾波電路。安裝時要注意，二極管和電解電容的極性不要接反。經(jīng)檢查無誤后，才將電源變壓器與整流濾波電路連接，通電后，萬用表檢查整流后輸出電壓UI的極性，若UI的極性為負(fù)，則說明整流電路沒有接對，此時若接入穩(wěn)壓電路，就會損壞集成穩(wěn)壓器。因此確定UI的極性為正后，斷開電源，按圖4.1所示將整流濾波電路與穩(wěn)壓電路連接起來。然后接通電源，調(diào)節(jié)RW的值，若輸出電壓滿足設(shè)計指標(biāo)，說明穩(wěn)壓電源中各級電路都能正常工作，此時

26、就可以進(jìn)行各項指標(biāo)的測試。 圖 4.4 實(shí)測輸入交流電壓圖 4.5 實(shí)測輸出最低電壓 圖 4.4 實(shí)測輸出最高電壓 圖 4.5 電位器可以調(diào)節(jié) 總 結(jié)對于本論文中可調(diào)電源的設(shè)計，我從中學(xué)到了很多東西，自己也從中這次的論文設(shè)計中得到不少快樂，并且鍛煉了自己的動手能力，而且也鍛煉了自己獨(dú)立思考、畫圖、設(shè)計、查找、不斷的積累自己的各方面的知識，增長了不少課本上沒有的知識。掌握了小功率直流穩(wěn)壓電源的基本設(shè)計和調(diào)試方法，并且完成基本的小功率直流穩(wěn)壓電源有關(guān)參數(shù)的測試方法，根據(jù)直流穩(wěn)壓電源的技術(shù)指標(biāo)要求，按照有關(guān)資料中介紹的方法，根據(jù)電路設(shè)計與設(shè)計中的計算的結(jié)果，圓滿設(shè)計出滿足技術(shù)指標(biāo)要求的可調(diào)穩(wěn)壓電源。

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