模電直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)

1、、八 、，刖言隨著社會的進(jìn)步和時(shí)代的發(fā)展，電已成為現(xiàn)實(shí)生活中不可或缺的重要組成部分，而電 源必然是電所存在的根源。電源分為多種，常見的有直流電源、交流電源，并且電源的電壓乂是參差不齊。電源 在各方面的應(yīng)用如下：在日常生活中我們離不開220伏的交流照明電，有了照明電的存在使得夜晚的城市變 得“金碧輝煌”，有了照明電的存在使得鄉(xiāng)村漆黑的夜晚發(fā)出陣陣笑聲。在工廠里離不開380伏的交流工業(yè)電，有了工業(yè)電才使得各種機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)不停。直流電源在現(xiàn)實(shí)生活中也有非常重要的角色，比如各種個(gè)電池，它們的存在使得我們 幸福的社會錦上添花。設(shè)計(jì)任務(wù)2.1設(shè)計(jì)指標(biāo)1）輸出直流電壓±9V;2）輸出電流小丁 1A;3

2、）具有電壓電流擴(kuò)展功能;4）具有電路保護(hù)功能。2.2設(shè)計(jì)要求1）運(yùn)用模擬電子技術(shù)課程中所學(xué)的知識完成本課題的設(shè)計(jì)；2）通過查閱電工手冊等資料，提高自己查閱知識的能力。二設(shè)計(jì)思路首先讀懂本課題要求，根據(jù)課題的要求運(yùn)用在課堂掌握的知識完成設(shè)計(jì)直流穩(wěn)壓電源 （電壓 9V,電流小丁 1A）。分析可定要想將高壓電變?yōu)榈蛪弘?，首先需變壓器的降壓，根?jù)所需電壓適當(dāng)?shù)倪x擇 降壓變壓器，變壓器只能將高壓電變?yōu)榈蛪弘?。所以，下一步想辦法將交流變?yōu)橹绷鳎?是考慮到將整理設(shè)計(jì)進(jìn)本課題，在選擇整流時(shí)，應(yīng)充分的考慮到半波整流電路，全部整流電路以及橋式整流電路，考慮三種整流電路的優(yōu)缺點(diǎn)今兒定下電路。經(jīng)過變壓器和整流之后的

3、高壓交流點(diǎn)已變成低壓“半直流”，但要想得到完全意義上 的低壓直流電必須還要經(jīng)過濾波和穩(wěn)壓電路。我相信只要經(jīng)過以上四步，一定會得到我們想要的直流穩(wěn)壓電源。如圖3-1所示直流輸出3四方案選擇4.1變壓器的選擇根據(jù)設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)直流穩(wěn)壓電源輸出直流電壓 ±9V,輸出電流小丁 1A,且具有電壓、電 流擴(kuò)展功能，即U=PI= (9+2),1=11W所以可以判定選擇的變壓器的輸出功率應(yīng)在11W左右04.2整流電路的選擇有課本知識可知，整流電路共有 3種，分別為半波整流、全波整流以及橋式整流4.2.1半波整流如圖4-1所示220 V50 Hz如圖4-1工作原理：半波整流是利用二極管的單向?qū)ㄐ詠磉M(jìn)

4、行整流的電路。因此，在半波整流電 路中，只有半個(gè)周期內(nèi)有電流負(fù)載，另半個(gè)周期被二極管阻隔。輸出波形圖如圖4-2 :7ThrCKyi況iiiIT2 兀3 7T47E713ncot圖4-2優(yōu)缺點(diǎn)：降低了變壓器的效率，對二級管的要求較高，因此半波整流只適用丁小型電路4.2.2全波整流如圖4-3所示4-3D2工作原理：較半波整流而言，全波整流可以使兩個(gè)本周起均得到利用，并且脈動(dòng)程度相對較小輸出波形圖如圖4-4:Ut優(yōu)缺點(diǎn)：全波整流對變壓器有一定的特性要求，且二極管需承受的電壓較高，因此，一般 用丁輸出電壓不高的電路。4.2.3橋式整流電路如圖4-5所示圖4-5工作原理：前世整流電路有四只二極管組成，平

5、均分為兩組，輪流工作，輸出為全波的脈動(dòng)電壓。輸出波形圖如圖4-6所示：7優(yōu)缺點(diǎn)：輸出的波形脈動(dòng)較小，輸出電壓高且對二級管的要求較低，但是結(jié)構(gòu)相對較為復(fù) 雜。各種重要性能參數(shù)如表4-1所?。簠?shù)電路U 0(AV) /U 2S|D(AV)/ | 0(AV)URM / U 2半波整流0.45157%100%1.41全波整流0.967%50%2X 1.41橋式整流0.967%50%1.41表4-1通過以上比較，可以斷定橋式整流雖然結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但對二級管的要求低，所以造價(jià)相對較 低，且輸出波形脈動(dòng)小、電壓高。4.3濾波電路的選擇通過對課本知識的回顧，腦袋里活晰的出現(xiàn)三種濾波電路，分別為：電容濾波電路、 電

6、感濾波電路以及復(fù)式濾波電路。4.3.1電容濾波如圖4-7所示-220 V50 Hz圖4-7工作原理：整流電壓高丁電容電壓時(shí)電容充電，當(dāng)整流電壓低丁電容電壓時(shí)電容放電，從 而使得輸出電壓基本穩(wěn)定。輸出波形如圖4-8所示：圖4-8優(yōu)缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，適用丁小流負(fù)載，二極管會流過較大的沖擊電流4.3.2電感濾波如圖4-9所示圖4-9工作原理：電感通高頻、阻低頻，承受極大的電壓變化，把平穩(wěn)的電壓輸出 輸出波形圖如圖4-10優(yōu)缺點(diǎn)：適用丁電流負(fù)載，電流的波形比較平滑，避免了在整流管中產(chǎn)生較大的沖擊電流, 輸出電壓較低。4.3.3復(fù)式濾波電路復(fù)式濾波電路分為LC濾波電路、LC-H型濾波電路、RC-U型濾波電

7、路LC濾波電路如圖4-11所示匕7濾波電路圖 4-11工作原理：在電感濾波的基礎(chǔ)上再在 RL上并聯(lián)一個(gè)電容優(yōu)缺點(diǎn)：對負(fù)載的適應(yīng)性比較強(qiáng)。LC-n型濾波電路如圖4-12圖 4-12工作原理：在電容濾波的基礎(chǔ)上再加上一級LC濾波，在電容C1!濾除了交流成分，在電容。2±交流成分減少。優(yōu)缺點(diǎn)：LC-H型濾波電路輸出電壓的脈動(dòng)系數(shù)比僅有 LC濾波時(shí)更小，波動(dòng)更加平滑；但是體積大，笨重，成本高，使用不便。整流管沖擊電流較大，外特性比較軟RC-皿型濾波電路如圖4-13圖 4-13工作原理：將LC-皿型濾波電路中的電感L換為電阻RL從而使得電容C1濾波后的輸出電 壓絕大部分降在電阻RL上。優(yōu)缺點(diǎn)：

8、可以進(jìn)一步改善濾波效果，但缺點(diǎn)是電阻尺上有直流壓降，為此需要提高變壓器 的二次電壓。各種重要性能指標(biāo)如表4-2所小：）丁與性能類型U O(AV)/U 2適合場合整流管的沖 擊電流外特性1電容濾波充1.2小電流大軟2電感濾波0.9大電流小硬3LC濾波0.9適應(yīng)性較強(qiáng)小硬4lc -n型濾波M.2小電流大軟5RC -R型濾波M.2小電流大更軟表4-2通過以上比較，本人覺得電容濾波在本次設(shè)計(jì)中可以采用4.4穩(wěn)壓電路的選擇4.4.1并聯(lián)系急壓電路 如圖4-14所示工作原理：電網(wǎng)電壓f TU ifT UbfT IdzTt I/t U/t U o優(yōu)缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，使用元件少：穩(wěn)壓值取決丁穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓，不

9、能調(diào)節(jié)4.4.2串聯(lián)穩(wěn)壓電路如圖4-15所示圖 4-15工作原理：R1、R2和R3組成采樣電阻，A為放大電路，再加上基準(zhǔn)電壓和調(diào)整管組成 Uf或 I L J T U of T U F f T U ID f T U BE J T I C J T U CeJ T U of優(yōu)缺點(diǎn)：所用原件較多但是在一定范圍內(nèi)電壓可調(diào)4.4.3三端集成穩(wěn)壓電路 如圖4-16所示3 圖 4-16三端集成穩(wěn)壓電路的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖4-17所示放大 電路保護(hù) 電路端； 出輸I采樣電路輸入端啟動(dòng)電路基準(zhǔn)電源圖 4-17工作原理：包括了申聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路的各個(gè)組成部分，另外加上保護(hù)電路的啟動(dòng)電路。優(yōu)缺點(diǎn)：輸出電壓穩(wěn)定，過熱、過流

10、保護(hù)，使用方便和價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)。通過以上比較，由丁三端集成穩(wěn)壓器更加的方便簡單效率高，本人覺得應(yīng)用三端集成穩(wěn)壓 器來進(jìn)行穩(wěn)壓。通過以上的設(shè)計(jì)可得到一個(gè)總原理圖如圖 4-18所示94.5電壓擴(kuò)展電路的選擇4.5.1利用穩(wěn)壓管VDZ來提高輸出電壓 如圖4-19所示圖 4-19工作原理：該電路中的二極管 VD是保護(hù)二極管。工作時(shí)，VD為截止?fàn)顟B(tài)，一旦輸出電壓低丁匹或輸出端短路，二極管 VD務(wù)處丁導(dǎo)通，丁是輸出電流被旁路 優(yōu)缺點(diǎn)：電壓調(diào)節(jié)不夠靈敏，但是具有保護(hù)作用。4.5.2利用電阻來調(diào)節(jié)電壓 如圖4-20所示 X7S00 + G_+ JCp X:比R13Ri圖 4-20R工作原理:U。飛（1 +）0

11、、K 1優(yōu)缺點(diǎn)：比較簡單，但是穩(wěn)壓電路能將有所下降4.5.3選用集成穩(wěn)壓器來調(diào)節(jié) 如圖4-21所示圖 4-21UA=Uo工作原理：輸出電壓 UA等丁其輸入電壓即威+& + #3,則電路的輸出電壓為優(yōu)缺點(diǎn)：方便調(diào)節(jié)只需移動(dòng)電位器 R的滑動(dòng)端即可調(diào)節(jié)電壓的大小。4.6電流擴(kuò)展電路的選擇如圖4-22圖 4-22工作原理：負(fù)載所需要的電流由大功率管VT提供，而三極管的基極由三端集成穩(wěn)壓器驅(qū)動(dòng)。電路中接入一個(gè)二極管 VD,用以補(bǔ)償三極管的發(fā)射極電壓 Ik,使電路的輸出電壓 U 基本上等丁三端集成穩(wěn)壓器的輸出電壓UU<=IU 牛 UBe+UD Q U' O五 穩(wěn)壓電路原理圖級及元器件

12、的選擇5.1電路原理圖如圖5-1所示220+-5.2元件的選擇如表5-1所示元件名稱相關(guān)參數(shù)元件數(shù)量備注變壓器自耦變壓器1二極管EK-046VD、VD、VD、VD、VD、VD6濾波電容電解電容500lf耐壓12V2G、G三端集成穩(wěn)壓器W7809 W7909各一個(gè)三極管34063型2VE、VT2電阻350歐2R、R100歐2R、R300歐可變電阻2R、R其余電容的選用電解電容0-33 硼 2W2C、C電解電容1仰耐壓12V2G、C01集成運(yùn)放LM386N-42A、A1表5-1六設(shè)計(jì)體會本次課程設(shè)計(jì)中我知道了直流穩(wěn)壓電源的組成部分和各部分的具體作用，并且通過專 研掌握了各級輸出的電壓值以及各電壓的

13、輸出波形，學(xué)會了電路各部分元件參數(shù)的計(jì)算和 確定，以及通過對參數(shù)指標(biāo)的要求和各部分電路、各個(gè)元器件之間的關(guān)系來準(zhǔn)確的確定具 體的電路和元件的實(shí)際參數(shù)。同時(shí)也熟悉了電子技術(shù)設(shè)計(jì)的一些基本方法和技巧，收獲頗 大。希望以后能將自己設(shè)計(jì)的直流穩(wěn)壓電源運(yùn)用到世紀(jì)應(yīng)用中去。雖然在這次的設(shè)計(jì)和參數(shù)的確定過程中遇到了不少困難和迷惑，但是通過查閱相關(guān)的 資料和書籍，以及同學(xué)問互相探討和研究，基本上解決了所遇到的問題。經(jīng)過自己刻苦的查閱資料，克服了種種困難，也學(xué)習(xí)到了很多與專業(yè)相關(guān)的知識。同 時(shí)也知道了自己的專業(yè)知識仍然很欠缺，設(shè)計(jì)的電路圖可能會有一些不確定的地方。雖然這次設(shè)計(jì)花費(fèi)很多時(shí)間，但通過這次設(shè)計(jì)我學(xué)到了很多新的知識。本次課程設(shè)計(jì)過程中不僅增強(qiáng)了我們自己的動(dòng)手能力還增強(qiáng)了我們團(tuán)隊(duì)精神，有些問 題是我們個(gè)人很難自己解決的但是在這過程中我們同學(xué)互相幫助解決了許多很難自己克 服的問題。在這中我們認(rèn)識到做什么都要有一個(gè)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?/p>