上海大學(xué)生產(chǎn)實習(xí)5V直流穩(wěn)壓電源設(shè)計報告

1、生產(chǎn)實習(xí)設(shè)計報告5V直流穩(wěn)壓電源仿真及制作 上海大學(xué)機(jī)自學(xué)院自動化系 電氣工程及其自動化姓 名:*學(xué) 號:*指導(dǎo)老師:*2016年 7月7日目錄第1章 直流穩(wěn)壓電源簡介11.1定義11.2直流穩(wěn)壓電源的構(gòu)成11.3直流穩(wěn)壓電源的分類1第2章 直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計及仿真22.1設(shè)計目的及要求22.2設(shè)計步驟及思路22.2.1直流穩(wěn)壓電源設(shè)計思路22.2.2直流穩(wěn)壓電源原理22.3方案論證仿真32.3.1總體方案確定32.3.2各過程仿真及確定42.3.3總體電路圖10第3章 直流穩(wěn)壓電源制作103.1元器件選擇和電路參數(shù)計算說明103.2 電源制作及實物圖11心得體會13第1章 直流穩(wěn)壓電源簡介1

2、.1定義穩(wěn)壓電源是能為負(fù)載提供穩(wěn)定交流電源或直流電源的電子裝置。包括交流穩(wěn)壓電源和直流穩(wěn)壓電源兩大類。本報告討論直流穩(wěn)壓電源的仿真與設(shè)計。直流穩(wěn)壓電源是一種利用市電為小型電子設(shè)備（負(fù)載）供電或充電，能為其提供穩(wěn)定直流電源的電子裝置。直流穩(wěn)壓電源的供電電源大都是交流電源，當(dāng)交流供電電源的電壓或負(fù)載電阻變化時，穩(wěn)壓器的直流輸出電壓基本能夠保持穩(wěn)定。1.2直流穩(wěn)壓電源的構(gòu)成許多電子產(chǎn)品如電視機(jī)、電子計算機(jī)、音響設(shè)備等都需要直流電源，電子儀器也需要直流電源，實驗室更需要獨(dú)立的直流電源。為了提高電子設(shè)備的精度及穩(wěn)定性，在直流電源中還要加入穩(wěn)壓電路，因此稱為直流穩(wěn)壓電源。典型的直流穩(wěn)壓電源主要由電源變壓器

3、、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路等幾部分構(gòu)成。電源變壓器把50Hz的交流電網(wǎng)電壓變成所需要的交流電壓；整流電路用來將交流電變換為單向脈動直流電；濾波電路用來濾除整流后單向脈動電流中的交流成分（即波紋電壓），是指成為平滑的直流電；穩(wěn)壓電路的作用是當(dāng)輸入交流電網(wǎng)電壓波動、負(fù)載及溫度變化時，維持輸出直流電壓的穩(wěn)定。1.3直流穩(wěn)壓電源的分類目前生產(chǎn)直流穩(wěn)壓電源種類很多，可以從不同的角度分類：1，依穩(wěn)定方式：參數(shù)型（如穩(wěn)壓管+電阻）、反饋型（如調(diào)整管+差放）；2，依工作狀態(tài)：線性電源、開關(guān)電源；3，依連接方式：串聯(lián)型、并聯(lián)型。4，按作用器件：電子管穩(wěn)壓器、穩(wěn)壓管穩(wěn)壓器、晶體管穩(wěn)壓器、可控硅穩(wěn)壓器等。第2章

4、 直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計及仿真2.1設(shè)計目的及要求（1）學(xué)習(xí)基本理論在實踐中綜合運(yùn)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）培養(yǎng)實踐技能，提高分析和解決實際問題的能力；（3）設(shè)計電路結(jié)構(gòu)，選擇電路元件，計算確定元件參數(shù)；2.2設(shè)計步驟及思路2.2.1直流穩(wěn)壓電源設(shè)計思路電網(wǎng)供電電壓交流220V（有效值）50Hz，要獲得低壓直流輸出，首先必須采用電源變壓器將電網(wǎng)電壓降低獲得所需要交流電壓。降壓后的交流電壓，通過整流電路變成單向直流電，但其幅度變化大（即脈動大）。由于此脈動的直流電壓還含有較大的紋波，須經(jīng)過濾波電路變成平滑，脈動小的直流電，即將交流成分濾掉，保留

5、其直流成分。濾波后的直流電壓，再通過穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓，便可得到基本不受外界影響的穩(wěn)定直流電壓輸出，供給負(fù)載RL。2.2.2直流穩(wěn)壓電源原理直流穩(wěn)壓電源是一種將220V工頻交流電轉(zhuǎn)換成穩(wěn)壓輸出的直流電壓的裝置，它需要變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓四個環(huán)節(jié)才能完成，見圖2.1和圖2.2。圖2.1 直流穩(wěn)壓電源方框圖 圖2.2 直流穩(wěn)壓各過程波形2.3方案論證仿真2.3.1總體方案確定老師給出5V或3.3V電源可供選擇，我選擇制作5V穩(wěn)壓電源。查閱資料得知，總體方案有兩種，即方案一：采用集成運(yùn)放和分立元件組成的串聯(lián)式直流穩(wěn)壓電源；方案二：采用三端集成穩(wěn)壓電路實現(xiàn)。比較下來，方案一電路簡單，容易實現(xiàn)，成本低，可以

6、達(dá)到技術(shù)要求，與所學(xué)的知識結(jié)合緊密；方案二電路比一更簡單，采用三端集成穩(wěn)壓芯片更易實現(xiàn)，成本低，能達(dá)到技術(shù)要求，但與所學(xué)知識結(jié)合不緊密，有違老師讓我們制作的初衷。所以我決定采用方案一。2.3.2各過程仿真及確定1，電源變壓器：是降壓變壓器，它將電網(wǎng)220V交流電壓變換成符合需要的交流電壓，并送給整流電路，變壓器的變化由變壓器的副邊電壓確定。因為想要制作5V穩(wěn)壓電源，所以選擇變壓到6V（有效值）左右。圖2.3 加變壓器電路圖圖2.4 加變壓器后的波形比較由圖中可以看出，經(jīng)變壓器后，電壓峰值降至8.576V左右，換算成有效值即為6.064V，符合要求。2，整流電路：利用單向?qū)щ娫?，?0Hz的正

7、弦交流電變換成脈動的直流電。方案一：單相半波整流電路圖2.5 半波整流電路圖圖2.6 半波整流波形比較單相半波整流簡單，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，變壓器的利用率低。由于半波整流電路只利用電源的正半軸，電源的利用效率非常低，所以半波整流電路僅在高電壓.小電流等少數(shù)情況下使用，一般電源電路中很少使用。方案二：單相全波整流電路由于對multisim軟件的使用不是很熟練，無法找到中心抽頭加到變壓器的次級，因而沒有能夠?qū)崿F(xiàn)對全波整流的仿真，只能用理論波形圖代替討論。圖2.7 全波

8、整流電路圖圖2.8 全波整流波形圖使用的整流器件較半波整流時多一倍，整流電壓脈動較小，比半波整流小一半。方案三：單相橋式整流電路圖2.9 全橋整流電路圖圖2.10 全橋整流波形分析：電源在正半周時，T1次級上端為正下端為負(fù)，整流二極管13端和24端導(dǎo)通，電流由變壓器T1次級上端經(jīng)過13,24回到變壓器T1次級下端：由圖可以看出在電源負(fù)半周時，T1上端為負(fù)下端為正，整流二極管14和23導(dǎo)通，電流由變壓器T1次級下端經(jīng)過14,23回到變壓器B1次級上端.負(fù)載倆端的電壓始終是上正下負(fù)，其波形與全波時一致。使用的整流器件較全波整流時多一倍，整流電壓脈動與全波整流相同，每個器件所承受的反向電壓為電源電壓

9、峰值，變壓器利用率較全波整流電路高。綜合3種方案的優(yōu)缺點:決定選用方案三。3，濾波電路：濾波電路分為電容和電感濾波，由于所設(shè)計的電源負(fù)載電流不大，所以放棄電感濾波，選擇電容濾波，并結(jié)合了課堂所學(xué)RC濾波的知識，仿真如圖：圖2.11 濾波電路圖圖2.12 濾波波形圖比較由圖中可以看出，經(jīng)過濾波電壓基本輸出穩(wěn)定的直流量，濾波效果較佳。4，穩(wěn)壓電路：雖然濾波后已經(jīng)可以得到較為平整的直流電壓，但是其受到交流電壓及負(fù)載變化的影響而不穩(wěn)定，因此需要進(jìn)行穩(wěn)壓。本次設(shè)計采用穩(wěn)壓二極管進(jìn)行穩(wěn)壓，仿真如圖：圖2.13 穩(wěn)壓電路圖圖2.14 穩(wěn)壓后的波形分析：圖中可以看出經(jīng)過穩(wěn)壓可以得到相當(dāng)穩(wěn)定的直流電壓。2.3.

10、3總體電路圖第3章 直流穩(wěn)壓電源制作3.1元器件選擇和電路參數(shù)計算說明1、變壓器的選擇在電容濾波的整流電路中，變壓器次級線圈除供給負(fù)載電流外，還要向電容充電。由于充電時的電流瞬時值很大，因此通過變壓器次級線圈的電流平均值雖然等于I=，但通過變壓器次級線圈的有效值I2要比I=大，I2和I=的關(guān)系決定于電流脈沖波型的形狀，波型愈小，有效值愈大。由于一般這種整流電路后面都要用穩(wěn)壓電路，因此估算已能解決實際問題，而沒有必要再作繁瑣的精確計算。2、整流電路中的二極管的選擇變壓器的副邊電壓U2=8.5V橋式整流電路中的二極管承受的最高反向電壓為：8.5橋式整流電路中二極管承受的最高平均電流為：0.3查手冊

11、選整流二極管IN4007，其參數(shù)為：反向擊穿電壓UBR=1000V>16V,最大整流電流IF=1.0A>0.3A3、濾波電路中濾波電容的選擇參考查閱資料后可得電解電容采用1000F，瓷片電容采用0.1F。4、元器件清單元件規(guī)格數(shù)量變壓器220V轉(zhuǎn)6V1全橋二極管1N40074電解電容1000F1瓷片電容0.1F2接插頭1電阻10K1電阻1.2K1電阻5.1K1Led1保險絲13.2 電源制作及實物圖按照之前仿真的電路圖進(jìn)行制作，在實際制作過程中，我在變壓器原邊加了保險絲以保護(hù)電路，防止負(fù)載因為意外而損毀。并且在穩(wěn)壓二極管后串聯(lián)一個led燈來指示是否有電壓，給人直觀地印象。具體實物如

12、圖：圖3.1 正面圖圖3.2 反面圖圖3.3 工作時亮燈指示圖3.4 工作電壓4.96V經(jīng)萬用表測試可得，工作電壓為4.96V。心得體會本次的直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計制作，培養(yǎng)了我綜合應(yīng)用課本理論解決實際問題的能力；我覺得這次設(shè)計對我的幫助是很大的，它需要我們將學(xué)過的理論知識與實際系統(tǒng)地聯(lián)系起來，加強(qiáng)我們對學(xué)過的知識的實際應(yīng)用能力。在設(shè)計過程中，我通過查閱有關(guān)資料，與同學(xué)交流經(jīng)驗和自學(xué)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(dú)立工作的能力，樹立了對自己工作能力的信心，相信會對今后的學(xué)習(xí)工作生活有非常重要的影響。而且大大提高了動手的能力，使我充分體會到了在創(chuàng)造過程中探索的艱難和成功時的喜悅。雖然這個設(shè)計做的也不太好，但是在設(shè)計過程中