模電設(shè)計課程—直流穩(wěn)壓電源

1、鄭 州 科 技 學(xué) 院模擬電子技術(shù)課程設(shè)計題 目 直 流 穩(wěn) 壓 電 源 學(xué)生姓名 x x x 專業(yè)班級 電氣工程及其自動化 班 學(xué) 號 2012470xx 院 （系） 電 氣 工 程 學(xué) 院 指導(dǎo)教師 x x 目錄1設(shè)計的目的2設(shè)計的任務(wù)與要求 3設(shè)計方案與論證3.13.2 4設(shè)計原理及功能說明5單元電路的設(shè)計（計算與說明）6硬件的制作與調(diào)試7總結(jié) 參考文獻(xiàn)附錄1：總體電路原理圖附錄2：元器件清單（器件型號和參數(shù)） 概述 電源是電子、電器設(shè)備工作的動力，是自動化不可或缺的組成部分，直流穩(wěn)壓電源是是應(yīng)用極為廣泛的一種電源。直流穩(wěn)壓電源是常用的電子設(shè)備，它能保證在電網(wǎng)電壓波動或負(fù)載發(fā)生變化時，輸

2、出穩(wěn)定的電壓。一個高精度的穩(wěn)壓源在儀器儀表、工業(yè)控制及測量領(lǐng)域中有著重要的實際應(yīng)用價值。直流穩(wěn)壓電源由于具有效率高、體積小、重量輕的特點，近年來獲得了飛速發(fā)展。直流穩(wěn)壓電源高頻化是其發(fā)展的方向，高頻化使開關(guān)電源小型化，并使直流穩(wěn)壓電源進(jìn)入更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，特別是在高新技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用，推動了高新技術(shù)產(chǎn)品的小型化、輕便化。本文主要以半橋變換電路為開關(guān)電源的主電路，設(shè)計一臺品質(zhì)優(yōu)良的直流開關(guān)穩(wěn)壓電源 直流穩(wěn)壓電源一般有變壓器、穩(wěn)壓板、電容、各種二極管和一部分電阻組成，具有體積小、質(zhì)量輕的優(yōu)點，而且用途比較廣泛?？稍陔娐分写?lián)或并聯(lián)使用，是人們心中理想的穩(wěn)壓電源。無論是電子儀器設(shè)備、實驗室、測量設(shè)備大

3、部分電子設(shè)備都需要有穩(wěn)定的電壓才能使它們處于良好的工作狀態(tài)。 1設(shè)計的目的（1）學(xué)習(xí)基本理論在實踐中綜合運用的初步體驗，掌握模擬電路設(shè)計的基本方法、設(shè)計步驟，培養(yǎng)綜合設(shè)計與調(diào)試能力。（2）學(xué)會直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計方法和性能指標(biāo)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。（4）設(shè)計并制作一個開關(guān)穩(wěn)壓電源，主要技術(shù)指標(biāo)要求：（5）學(xué)習(xí)利用軟件對穩(wěn)壓電源電路進(jìn)行仿真驗證。2設(shè)計的任務(wù)與要求1. 設(shè)計并制作一個直流穩(wěn)壓，主要技術(shù)指標(biāo)要求使輸出電壓為312V;2. 設(shè)計電路結(jié)構(gòu)、選擇電路元件，計算確定元件參數(shù) ，畫出使用電路圖；確定穩(wěn)壓電路的最低輸出直流電壓，電源變壓器的副邊電壓、電流及功

4、率。3. 擬試驗方法、步驟及數(shù)據(jù)表格，提出測試所需儀器及元器件的規(guī)格、數(shù)量，進(jìn)行組裝、調(diào)試，并測試其主要性能參數(shù)4. 選整流二極管1N4007和濾波電容（電解電容為濾波電容）5. 掌握線性直流穩(wěn)壓集成電路LM317的特性和應(yīng)用3設(shè)計方案與論證 直流穩(wěn)壓電源一般由電源變換電路、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路和負(fù)載等幾部分組成。 （a） 直流穩(wěn)壓電源方框圖整流電路單相半波整流電路 簡單，使用器件少，它只對交流電的一半波形整流，只要橫軸上面的半波或者只要下面的半波。但由于只利用了交流電的一半波形，所以整流效率不高，而且整流電壓的脈動較大，無濾波電路時，直流電壓的整流分量較小，變壓器利用率低。單相全波整

5、流電路單相全波整流電路：使用的整流器件較半波整流時多，整流電壓脈動較小，比半波整流小一半，無濾波電路時的輸出電壓變壓器的利用率比半波整流時高。變壓器二次繞組由中心抽頭。整流器件所承受的反向電壓較高，使用的整流器件較半波整流時多，整流電壓脈動較小，比半波整流小。濾波器濾波器主要由電容、電感等儲能元器件組成。它的作用是盡可能地將單向脈動電壓中的脈動成分過濾掉，使輸出電壓變?yōu)楸容^平滑的直流電壓。但是，當(dāng)輸入電壓或負(fù)載電流發(fā)生變化時，濾波器輸出直流電壓的幅值也將發(fā)生變化。穩(wěn)壓電路為了得到更穩(wěn)定的直流電源，需要在整流濾波電路的后面再加上穩(wěn)壓電路，穩(wěn)壓電路主要有硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路和集成穩(wěn)壓電路。我選用的是集

6、成穩(wěn)壓電路LM317。穩(wěn)壓電路的質(zhì)量通常由主要指標(biāo)來衡量：內(nèi)阻，穩(wěn)壓系數(shù)，電壓調(diào)整率，電流調(diào)整率，最大紋波電壓，溫度系數(shù)以及噪聲電壓等。穩(wěn)壓電路的作用是當(dāng)外界因素如輸入電壓、負(fù)載、環(huán)境溫度改變時，使輸出直流電壓不受影響，從而維持穩(wěn)定的輸出。穩(wěn)壓電路一般采用集成穩(wěn)壓器和一些其它元器件組成，采用集成穩(wěn)壓器設(shè)計的電源具有性能穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點。 4設(shè)計原理及功能說明 直流開關(guān)穩(wěn)壓器的輸入電源一般都是還沒有經(jīng)過穩(wěn)壓的直流電源。因此操作失誤或者發(fā)生意外情況時會將其極性接錯將損壞開關(guān)穩(wěn)壓電源。極性保護(hù)的目的就是使開關(guān)穩(wěn)壓器僅在電路連接正確情況下工作, 因此利用單向?qū)ǖ钠骷匦钥梢詫崿F(xiàn)電源的極性保護(hù)。從

7、本質(zhì)上說，線性穩(wěn)壓電源的電壓調(diào)整作用是靠改變管的“變阻”作用實現(xiàn)的，因而調(diào)壓范圍有限。開關(guān)穩(wěn)壓電源的電壓調(diào)整作用是通過改變直流電壓的脈寬實現(xiàn)的，因而線性控制區(qū)域大，調(diào)壓范圍廣，在交流電壓變化較大時，開關(guān)穩(wěn)壓電源依然可以達(dá)到很好的穩(wěn)壓效果。 （b）直流穩(wěn)壓電路原理圖1.輸入交流電電壓為220V（有效值）50Hz，想獲得低壓直流輸出，首先必須采用電源變壓器將輸入電壓降低以獲得所需要交流電壓。2.交流電壓降低后，通過整流電路變成單向直流電，但其幅度變化大（即脈動大）。3.脈動較大的直流電壓必須經(jīng)過濾波、穩(wěn)壓電路變成平滑，脈動小的直流電，即將交流部分濾掉，而保留其直流部分。4.經(jīng)過濾波后的直流電壓，再

8、通過穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓，便可得到幾乎不受外界影響的穩(wěn)定直流電壓輸出，供給負(fù)載RL。直流穩(wěn)壓電源是一種將220V的交流電轉(zhuǎn)換成輸出穩(wěn)壓的直流電壓的裝置，它需要變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓四個步驟才可以完成，其中： 源變壓器：是降壓變壓器，它將輸出的220V交流電壓轉(zhuǎn)化成符合需要的交流電壓，并輸送給整流電路，變壓器的變化由變壓器的副邊電壓確定。整流電路：利用單向?qū)щ娫骷?，?0Hz的正弦交流電轉(zhuǎn)化成脈動的直流電。常用的整流電路有：半波整流電路和全波整流電路兩種；原理分析采用變壓器、二極管、集成電路，電阻、穩(wěn)壓管、三極管、等元器件。220V的交流電經(jīng)過變壓器變壓后轉(zhuǎn)化成電壓值較小的交流電壓，再經(jīng)橋式整流電路和

9、濾波電路形成直流，穩(wěn)壓部分采用串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。其中，核心元件是LM317，它是一片大電流可調(diào)穩(wěn)壓集成電路。（1）電路的工作過程比較簡單，220V的交流電壓經(jīng)電源變壓器T1變壓后，從其次級輸出18V左右的交流低電壓，該電壓經(jīng)過由VD1VD4構(gòu)成的橋式整流電路整流，得到直流電壓，經(jīng)過C1電容器濾波，得到的約24V直流電壓直接加至LM317穩(wěn)壓塊的輸入端2腳。從LM317的2腳輸入直流電壓，經(jīng)其內(nèi)的電壓調(diào)整電路，誤差放大電路、基準(zhǔn)電壓電路將電壓穩(wěn)定后從3腳輸出，去后級電路。（2）消振電路。LM317的2腳與地之間連接的C2為消振電容器，用于消除由于LM317管腳引線過長而引起的自激振蕩。（3）電源可

10、調(diào)電路。LM317的1腳外接的RP1可變電位器，R1、VD6、C3成了電源可調(diào)電路，用于調(diào)節(jié)輸出電壓的大小，它是通過控制LM317的1腳上電位來進(jìn)行輸出電壓大小調(diào)節(jié)。（4）電壓沖擊保護(hù)。LM317穩(wěn)壓塊的輸入與輸出端連接的二極管VD5用于防止輸入端電壓突然降低或輸出端電壓突然升高，輸出電容器C4放電時對LM317的沖擊，起到保護(hù)穩(wěn)壓集成電路的作用。5單元電路的設(shè)整流電路采用橋式整流電路，電路如圖（a）所示。在u2的正半周內(nèi)，二極管D1、D4導(dǎo)通，D2、D3截止；u2的負(fù)半周內(nèi)，D2、D3導(dǎo)通，D1、D4截止。正負(fù)半周內(nèi)部都有電流流過的負(fù)載電阻R，且方向是一致的。電路的輸出波形如圖(b)(b)輸

11、出波形圖 （a） 整流電路圖在橋式整流電路中，每個二極管都只在半個周期內(nèi)導(dǎo)電，所以流過每個二極管的平均電流等于輸出電流的平均值的一半，即。電路中的每只二極管承受的最大反向電壓為22U(U2是變壓器副邊電壓有效值)。在設(shè)計中常利用電容器兩端的電壓不能突變和流過電感器的電流不能突變的特點,將電容器和負(fù)載電容并聯(lián)或電容器與負(fù)載電阻串聯(lián)，以達(dá)到使輸出波形基本平滑的目的仿真圖實物圖6硬件的制作與調(diào)試?yán)美予F焊接，對照原理圖安裝元器件并焊接。我們將所有的元器件安裝完成后，必須仔細(xì)對照電路圖檢查線路焊接是否正確，看有沒有線路接錯的地方。然后接通220V電源，按下主電路開關(guān)SW用萬用表檢測輸出端有沒有電壓輸出

12、，若沒有電壓輸出，則檢測輸出端以前的電路每點的電位，找到電位異常的地方后，再斷開電源，仔細(xì)分析原因，檢測此部位的元器件是否存在焊接錯誤的情況。再對整體電路進(jìn)行分析排查，看是否有元器件因為連接短路而燒壞的，逐級進(jìn)行。反復(fù)調(diào)試，直到找到問題所在。如果檢查線路連接無誤接通電源，由于元器件不是特別精確，焊接線路的電阻比理想中的電阻大，得到的數(shù)據(jù)和理論值有些誤差，這些誤差都是存在的，也是在允許的范圍內(nèi)，所以一般我們都把誤差忽略掉。誤差分析綜合分析可以知道在測試電路的過程中可能帶來的誤差原因有：測得輸出電流時接觸點之間的微小電阻造成的誤差；電流表內(nèi)阻串入回路造成的誤差；測得紋波電壓時示波器造成的誤差；示波

13、器，萬用表本身的準(zhǔn)確度而造成的系統(tǒng)誤差；2、可以通過以下的方法去改進(jìn)此電路；減小接觸點的微小電阻；根據(jù)電流表的內(nèi)阻對測量結(jié)果可以進(jìn)行修正；測得紋波時示波器采用手動同步；采用更高精確度的儀器去檢測；7總結(jié) 實訓(xùn)接近了尾聲。在老師的帶領(lǐng)下，我終于順利完成的課時設(shè)計。在沒有做課時設(shè)計以前覺得課時設(shè)計只是對這一年來所學(xué)知識的單純總結(jié)，但是通過這次做課時設(shè)計發(fā)現(xiàn)自己的看法有點太片面。課時設(shè)計不僅是對前面所學(xué)知識的一次檢驗，而且也是對自己動手操作能力的一種提高。通過這次課時設(shè)計讓我明白了原來自己的知識還比較欠缺。自己要學(xué)習(xí)的東西還太多，以前老是覺得自己什么東西都會，什么東西都懂，有點眼高手低。但是通過這次

14、課時設(shè)計，我明白了學(xué)習(xí)是一個長期積累的過程，在以后的學(xué)習(xí)、生活中都應(yīng)該不斷的學(xué)習(xí)，努力提高自己知識的綜合素質(zhì)。注重理論和實踐的相結(jié)合。通過這次電路設(shè)計，我從中了解了直流穩(wěn)壓電源和理解了書上的知識，同時也了解到了自己對于理論和實際應(yīng)用的統(tǒng)一和對于元器件在實際中的應(yīng)用還有很大的不足，不能在使用器件時選擇合適的參數(shù)的器件，不能根據(jù)器件的編號知道器件的基本功能。在這方面需要很大提高。在做的過程中也提高了我的動手操作能力，實踐能力得到了一定的鍛煉。在沒有做課時設(shè)計以前，我們對直流穩(wěn)壓電源的了解都是理論上的，對一些細(xì)節(jié)不加重視，當(dāng)我們把自己想出來的方案應(yīng)用到實踐中的時候，問題也隨之出現(xiàn)了，不是不能測試，就

15、是測試的結(jié)果和理論要求數(shù)值不相符合。經(jīng)過解決一個個測試中出現(xiàn)的問題，我們對直流穩(wěn)壓電源的理解得到加強，看到了實踐與理論的差別。加深了我們對理論與實踐聯(lián)系的理解，促進(jìn)了我們運用知識解決具體問題的綜合應(yīng)用能力，特別是對直流穩(wěn)壓電源的應(yīng)用、理解上升到了更深的一個層次。但是由于水平有限，我們的課程設(shè)計難免會有一些錯誤和誤差。通過一周的學(xué)習(xí)，使我對實訓(xùn)課有了興趣，其中有不少收獲。對電子工藝的理論有了更進(jìn)一步的了解。我們了解到了焊接普通元件與電路元器件的技巧、工作原理與組成元器件的作用等。自己的動手能力是個很大的鍛煉。在實習(xí)中，我鍛煉了自己動手技巧，提高了自己解決問題的能力。雖然在實習(xí)中會遇到難題，但是從

16、中我學(xué)到了很多，使自己的動手能力也有所提高，我想在以后的理論學(xué)習(xí)中我就能夠明白自己的學(xué)習(xí)方向，增進(jìn)專業(yè)知識的強化。  在這次課程設(shè)計中也使我們的同學(xué)關(guān)系更進(jìn)一步了，同學(xué)之間互相幫助，有什么不懂的大家在一起商量，聽聽不同的看法對我們更好的理解知識，所以在這里非常感謝幫助我的同學(xué)。  我的心得也就這么多了，總之，不管學(xué)會的還是學(xué)不會的的確覺得困難比較多，真是萬事開頭難，不知道如何入手。最后終于做完了有種如釋重負(fù)的感覺。此外，還得出一個結(jié)論：知識必須通過應(yīng)用才能實現(xiàn)其價值！有些東西以為學(xué)會了，但真正到用的時候才發(fā)現(xiàn)是兩回事，所以我認(rèn)為只有到真正會用的時候才是真的學(xué)會了。  在此要感謝我的指導(dǎo)老師杜潤宏對我悉心的指導(dǎo)，感謝老師給我的幫助。在設(shè)計過程中，我通過查閱大量有關(guān)資料，與同學(xué)交流經(jīng)驗和自學(xué)，并向老師請教等方式，使自己學(xué)到了不少知識，也經(jīng)歷了不少艱辛，但收獲同樣巨大。在整個設(shè)計中我懂得了許多東西，也培養(yǎng)了我獨立工作的能力，樹立了對自己工作能力的信心，