V直流穩(wěn)壓電源

1、設(shè)計(jì)題目： 18V穩(wěn)壓直流電源 院 系： 電氣工程系 專 業(yè)： 電子信息工程 年 級(jí)： 姓 名： 指導(dǎo)教師：課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書專 業(yè) 電子信息工程 姓 名 學(xué) 號(hào) 開題日期： 2014年 11 月 1日 完成日期： 2014年 12月 9日題 目 18V穩(wěn)壓直流電源 一、設(shè)計(jì)的目的第一，掌握直流壓源的組成及結(jié)構(gòu)原理。第二，掌握三端可調(diào)穩(wěn)壓器的選擇與使用方法。第三，了解直流穩(wěn)壓電源的各種參數(shù)。 二、設(shè)計(jì)的內(nèi)容及要求本文主要設(shè)計(jì)基于W7818的直流穩(wěn)壓電源，一般直流穩(wěn)壓電源由電源變壓器、整流電路、濾波電路以及穩(wěn)壓電路組成。采用變壓器把220V交流電壓變成所需的低壓交流電，并通過整流橋把交流

2、電變成直流電，經(jīng)濾波電容后，采用三端穩(wěn)壓器W7818把不穩(wěn)定的直流電壓變成穩(wěn)定的直流電壓輸出。 本文要求為設(shè)計(jì)18V穩(wěn)壓直流電源，輸出為電壓為18V。用multisim做仿真，并分析其誤差產(chǎn)生的原因。 三、指導(dǎo)教師評(píng)語 四、成 績(jī) 指導(dǎo)教師 (簽章) 年 月 日目 錄第一章 緒論41.1課題研究背景41.2國(guó)內(nèi)外研究狀況51.3本文主要章節(jié)安排51.4本文主要研究?jī)?nèi)容6第二章 課程設(shè)計(jì)基本內(nèi)容62.1課程設(shè)計(jì)名稱62.2項(xiàng)目設(shè)計(jì)任務(wù)62.3項(xiàng)目設(shè)計(jì)要求72.4設(shè)計(jì)原理及流程7第三章 基本電路設(shè)計(jì)83.1 變壓器83.1.1變壓器83.1.2 繞組電壓的確定93.1.3變壓器電流的確定93.2.

3、整流電路93.2.1半波整流電路103.2.2全波整流電路103.2.3橋式整流電路103.3濾波電路123.3.1電感濾波電路123.3.2復(fù)式濾波電路123.3.3電容濾波電路133.4穩(wěn)壓電路14第四章 電路圖的設(shè)計(jì)、仿真以及誤差分析和設(shè)計(jì)思路分析154.1電路原理圖164.2電路仿真164.3直流穩(wěn)壓電源的誤差分析164.4直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)總思路17第五章 總結(jié)與展望17參考文獻(xiàn)：19第一章 緒論1.1課題研究背景 當(dāng)今社會(huì)科學(xué)技術(shù)與信息高速發(fā)展，電子設(shè)備充斥著人們的生活，各種各樣的電子產(chǎn)品占據(jù)了我們生活的各個(gè)方面，而電源作為電子電路、電動(dòng)設(shè)備及各種用電設(shè)備的動(dòng)力來源，對(duì)于電子產(chǎn)品電

4、源相當(dāng)于它的心臟，而電源技術(shù)是一門很重要的技術(shù)，服務(wù)于各行各業(yè)。穩(wěn)壓直流電源是電子技術(shù)中常用的儀器設(shè)備之一。是電子科技人員和電路開發(fā)部門進(jìn)行試驗(yàn)操作和科學(xué)研究不可缺少的電子儀器。整個(gè)電源系統(tǒng)是由變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓四部組成。但實(shí)際生活中是由220 V 的交流電網(wǎng)供電，這就需要通過電源系統(tǒng)將交流電轉(zhuǎn)換成低電壓直流電。電源的性能的優(yōu)劣將直接影響到整個(gè)系統(tǒng)的性能參數(shù)和穩(wěn)定性因此,電源對(duì)整個(gè)電路系統(tǒng)至關(guān)重要,具體表現(xiàn)如下:(1)不論是工業(yè)上用的大型裝置設(shè)備、還是實(shí)驗(yàn)室內(nèi)用的精密儀器,如果沒有.穩(wěn)定電源的支持,都不可能完成他所具備的功能,甚至?xí)霈F(xiàn)故障。不同的電子設(shè)備其對(duì)于電源都有不同的要求,因此這就

5、要求電源必須擁有穩(wěn)定良好的性能,才能保證用電設(shè)備的正常工作。(2)由于電源的特殊性,在某搜場(chǎng)合,如高能物理,原子能的研究,電源要先于儀器、設(shè)備及裝置制造出來。否則無法進(jìn)行試驗(yàn)(3)隨將電子產(chǎn)業(yè),特別是PC機(jī)及IT業(yè)的快速發(fā)展,由于電源產(chǎn)業(yè)是各類高科技電產(chǎn)業(yè)發(fā)展的越礎(chǔ),所有的高精尖科技設(shè)備都需要電源系統(tǒng)技術(shù)的配套和支持。1.2國(guó)內(nèi)外研究狀況從十九世紀(jì) 90 年代末起，隨著對(duì)系統(tǒng)更高效率和更低功耗的需求，電信與數(shù)據(jù)通訊設(shè)備的技術(shù)更新推動(dòng)電源行業(yè)中直流/直流電源轉(zhuǎn)換器向更高靈活性和智能化方向發(fā)展。在上世紀(jì) 80 年代的第一代分布式供電系統(tǒng)開始轉(zhuǎn)向到上世紀(jì)末更為先進(jìn)的第四代分布式供電結(jié)構(gòu)，直流/直流電

6、源行業(yè)正面臨著新的挑戰(zhàn)，即如何在現(xiàn)有系統(tǒng)加入嵌入式電源智能系統(tǒng)和數(shù)字控制。與發(fā)達(dá)國(guó)家相比仍然存在著很大差距。國(guó)內(nèi)成都電子科技大學(xué)和廣州華南理工大學(xué)在直流穩(wěn)壓電源的智能化、網(wǎng)絡(luò)化方面研究很深入,他們主要是采用單片機(jī)和可編程系統(tǒng)來控制開關(guān)直流穩(wěn)壓電源或數(shù)字化電壓?jiǎn)卧_(dá)精密控制的目的,但和國(guó)外的比較起來,效果不是理想,還有很大差距。1.3本文主要章節(jié)安排 第一章 概括課題的背景和意義，了解國(guó)內(nèi)外技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r，明確研究?jī)?nèi)容和各章節(jié)安排； 第二章 介紹了課程設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容； 第三章 分別介紹了組成18V穩(wěn)壓直流電源的各電路，包括變壓電路、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路； 第四章 設(shè)計(jì)電路原理圖及仿真圖；

7、第五章 18V直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)結(jié)論及誤差分析；1.4本文主要研究?jī)?nèi)容基于W7818的直流穩(wěn)壓電源,一般由電源變壓器、整流電路、濾波電路以及穩(wěn)壓電路組成。采用電源變壓器把220v交流電壓變成所需的低壓交流電，并通過整流橋把交流電變成直流電，經(jīng)電容濾波后，采用三端穩(wěn)壓器W7818把不穩(wěn)定的直流電壓變成穩(wěn)定的直流電壓輸出。第二章 課程設(shè)計(jì)基本內(nèi)容2.1課程設(shè)計(jì)名稱 18V穩(wěn)壓直流電源的設(shè)計(jì)與制作。2.2項(xiàng)目設(shè)計(jì)任務(wù) 1.繪制出所設(shè)計(jì)的直流穩(wěn)壓電源的系統(tǒng)框圖，并分析各組成部分的功能及工作原理。 2.設(shè)計(jì)出每個(gè)功能方框圖的具體電路圖，并根據(jù)所提供的技術(shù)參數(shù)的要求，計(jì)算出電路中所用元件的參數(shù)值。2.3項(xiàng)

8、目設(shè)計(jì)要求 設(shè)計(jì)一個(gè)+18V簡(jiǎn)易直流穩(wěn)壓電源，滿足：當(dāng)輸入為220V 50Hz交流電時(shí)，輸出直流電壓為+18V，輸出電流為1A。2.4設(shè)計(jì)原理及流程 穩(wěn)壓電源由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路組成，直流穩(wěn)壓電源原理圖如圖1所示，穩(wěn)壓電源各單元電壓波形圖如圖2所示。 圖1 集成直流穩(wěn)壓電源原理圖 + 變 壓 + 整 流 + 濾 波 + 穩(wěn) 壓 + U1 u2 u3 uI U0 _ 電 路 _ 電 路 _ 電 路 _ 電 路 u1 u2 u3 uI U0 0 t 0 t 0 t 0 t 0 t圖2 穩(wěn)壓電源各單元電壓波形圖第三章 基本電路設(shè)計(jì)3.1 變壓器3.1.1變壓器 通常直流穩(wěn)壓電源

9、使用電源變壓器來改變輸入到后級(jí)電路的電壓。 電源變壓器的作用：將電網(wǎng)提供的220V 50Hz交流電壓轉(zhuǎn)換為各種電路設(shè)備所需的交流電壓。電源變壓器由初級(jí)繞組、次級(jí)繞組和鐵芯組成。初級(jí)繞組用來輸入電源交流電壓，次級(jí)繞組輸出所需要的交流電壓。通俗的說，電源變壓器是一種電磁電轉(zhuǎn)換器件。即初級(jí)的交流電轉(zhuǎn)化成鐵芯的閉合交變磁場(chǎng)，磁場(chǎng)的磁力線切割次級(jí)線圈產(chǎn)生交變電動(dòng)勢(shì)。次級(jí)接上負(fù)載時(shí)，電路閉合，次級(jí)電路有交變電流通過。變壓器的電路原理圖符號(hào)見圖3。 圖3 變壓器的電路圖符號(hào)交流在二次繞組中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為： 式中，N1，N2為一次繞組和二次繞組的匝數(shù)。其中，U1為加在一次繞組上的電壓，在本文中U1=220

10、V?？紤]到輸出18V電壓，1A電流，根據(jù)實(shí)際情況可提供的變壓器，且滿足課程設(shè)計(jì)要求，所以本文選擇25W的變壓器。3.1.2 繞組電壓的確定變壓器次級(jí)繞組端電壓Es的另一種更加精確的計(jì)算公式： 其中：Vc為經(jīng)過整流后的直流電壓平均值； 為紋波電壓的峰值差； Vf為整流二極管的正向壓降，橋式整流中Vf=2V； A為變壓器端子電壓的設(shè)定誤差； B為導(dǎo)線壓降；3.1.3變壓器電流的確定 與經(jīng)過整流處理后的直流電流不同，流過變壓器的電流變?yōu)榻涣麟姡虼藨?yīng)應(yīng)取其有效值進(jìn)行計(jì)算，設(shè)流過二極管的電流為，則流過變壓器的電流為。（其中的值由后面橋式整流電路據(jù)算得出）3.2.整流電路 整流電路：利用單向?qū)щ娖骷⒔?/p>

11、流電轉(zhuǎn)換成脈動(dòng)直流電路。3.2.1半波整流電路 半波整流電路只利用電源的正半周，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。3.2.2全波整流電路 全波整流電路每個(gè)整流二極管上流過的電流只是負(fù)載電流的一半，比半波整流小一倍。由于全波整流電路需要特制的變壓器，制作起來比較麻煩，所以在實(shí)際運(yùn)用中很少使用。3.2.3橋式整流電路 電路如圖2所示。 在u2的正半周內(nèi)，二極管D1、D3導(dǎo)通，D2、D4截止。u2的負(fù)半周內(nèi)，D2、D4接通，D1、D3截止。正負(fù)半周內(nèi)都有電流流過負(fù)載，且方向一致。每個(gè)整流二極管上流過的電流是負(fù)載電流的一半，由于四個(gè)整流二

12、極管連接成電橋形式，所以稱這種整流電路為橋式整流電路。本設(shè)計(jì)中采用橋式整流電路， 圖4 單相橋式整流電路 圖5單相橋式整流電路波形圖 流過整流二極管的平均電流為： 整流二極管承受的最高反向電壓為： 1N4001的最大反向耐壓為50V，額定工作電流，故整流二極管選用1N4001。 為了克服半波整流和全波整流的缺點(diǎn)，在本設(shè)計(jì)中整流電路采用最常用的橋式整流電路。3.3濾波電路濾波電路利用極性電容把脈動(dòng)直流電轉(zhuǎn)換成比較平坦的直流電 利用電抗性元件對(duì)交、直流阻抗的不同，實(shí)現(xiàn)濾波。常見的濾波電路有電感濾波和復(fù)式濾波電路。電容濾波、電感濾波電路 電感濾波電路是利用儲(chǔ)能元件電感器L的電磁感應(yīng)使電流不能突變的性

13、質(zhì)，把電感L與整流電路的負(fù)載串聯(lián)，也可以起到濾波的作用。復(fù)式濾波電路 當(dāng)單獨(dú)使用電容或電感進(jìn)行濾波，效果仍不理想時(shí)，可采用復(fù)式濾波電路。復(fù)式濾波電路常用的有三種類型，它們的電路組成原則是，把對(duì)交流阻抗大的元件（如電感、電阻）與負(fù)載串聯(lián)，以降落較大的紋波電壓，而把對(duì)交流阻抗小的元件（如 電容）與負(fù)載并聯(lián)，以旁路較大的紋波電流。其濾波原理與電容、電感波類似。3.3.3電容濾波電路 本設(shè)計(jì)中采用電容濾波電路。在上述整流電路輸出端并聯(lián)一個(gè)由一個(gè)電容值較大的電解電容和一個(gè)電容值較小的電容并聯(lián)形成的濾波電路。如圖6.優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉的電容濾波電路。 圖6 電容濾波電路圖 7橋式整流電路電容濾波電路

14、電壓、電流波形圖當(dāng)時(shí)：當(dāng)為有限值時(shí)：通常取 RC越大越大 在電源設(shè)計(jì)中，濾波電容的選擇原則：（T為輸入交流電壓的頻率，R為負(fù)載，C為濾波電容） 濾波電容大小可由紋波電壓和穩(wěn)壓系數(shù)來確定。因設(shè)計(jì)要求中對(duì)這兩個(gè)參數(shù)沒作要求，所以按正常范圍選擇濾波電容：1000F 濾波電容的耐壓應(yīng)大于。綜上，所以濾波電容選擇1000F/35V的電解電容即可。 3.4穩(wěn)壓電路 穩(wěn)壓電路：利用電路的調(diào)整作用使輸出電壓穩(wěn)定 本設(shè)計(jì)中穩(wěn)壓電路采用三端穩(wěn)壓芯片LM7818及外圍元件組成。LM7818共有三端，輸入端、輸出端、調(diào)整端。三端式穩(wěn)壓器由啟動(dòng)電路、基準(zhǔn)電壓電路、取樣比較放大電路、調(diào)整電路和保護(hù)電路等部分組成。其內(nèi)置有

15、過載保護(hù)、安全區(qū)保護(hù)等多種保護(hù)電路。調(diào)整端使用濾波電容能得到比標(biāo)準(zhǔn)三端穩(wěn)壓高得多的波紋抑制比?？烧{(diào)整輸出電壓低到1.2V，保證1.5A輸出電流，典型線性調(diào)整率0.01%，80dB波紋抑制比，輸出短路保護(hù)，過流、過熱保護(hù)，調(diào)整管安全工作區(qū)保護(hù)，標(biāo)準(zhǔn)三極管封裝。 其電路圖為： 圖7 穩(wěn)壓電路5.6 穩(wěn)壓電源的保護(hù)電路 保護(hù)電路的主要作用是由微處理器對(duì)檢測(cè)電路得到的各種信號(hào)進(jìn)行算法處理，以判斷為頻器本身或系統(tǒng)是否出現(xiàn)了異常。當(dāng)檢測(cè)到變頻器或系統(tǒng)的異常時(shí) ，則進(jìn)行各種必要的處理，包括停止變頻器的輸出，以對(duì)變頻器和系統(tǒng)提供保護(hù)。為保護(hù)整個(gè)穩(wěn)壓電源，在上電指示電路前串接一只保險(xiǎn)絲。整個(gè)穩(wěn)壓電源的總電流略大

16、于電源變壓器的原邊繞組的電流。第四章 電路圖的設(shè)計(jì)、仿真以及誤差分析和設(shè)計(jì)思路分析4.1電路原理圖用protel 99SE畫出其電路原理圖，如下：4.2電路仿真本次課程設(shè)計(jì)選用multisim做仿真。Multisim是一種功能強(qiáng)大的電路仿真軟件，不僅在工程實(shí)踐中，對(duì)電子產(chǎn)品的開發(fā)與研制能夠發(fā)揮高效率、高精度的作用?？紤]到實(shí)際情況與本文需要。加之，直流穩(wěn)壓電源輸出的恒定值，我們直接在電路輸出端接一個(gè)適當(dāng)量程的電壓表。仿真結(jié)果如下：4.3直流穩(wěn)壓電源的誤差分析由4.2可以看出，電源輸出為18.043V與本文設(shè)計(jì)的18V雖有稍許誤差，但近似相等。電路中測(cè)量值出現(xiàn)誤差其原因可以分為以下幾個(gè)部分：（1）

17、 電路安裝的元器件本身阻值存在誤差；（2） 元件在通電后發(fā)熱導(dǎo)致消耗能量產(chǎn)生誤差；（3） 在選用元件上，存在誤差，比如由于實(shí)際情況的限制，選用25W變壓器稍微偏大，可能導(dǎo)致少許誤差； 4.4直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)總思路 直流穩(wěn)壓電源電路的設(shè)計(jì)電路都是經(jīng)過四個(gè)步驟：變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓。在這四個(gè)步驟中，由輸出電壓的要求來決定穩(wěn)壓電路，三端可調(diào)集成穩(wěn)壓芯片M7818為正電壓輸出。決定了穩(wěn)壓電路后，由設(shè)計(jì)要求輸出的電壓值來考慮變壓器的選擇，本文要求為輸出電壓18V，電流為1A。由最大輸出電流來考慮整流二極管濾波電容的選擇，整流部分一般選用橋式整流。第五章 總結(jié)與展望本文通過分析與計(jì)算，設(shè)計(jì)了一個(gè)精度較高的18V直流穩(wěn)壓電源電路，通過軟件仿真對(duì)電源輸出各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行測(cè)試分析，基本達(dá)到了設(shè)計(jì)的預(yù)期要求。在本課程設(shè)計(jì)進(jìn)行過程中，由于時(shí)間等因素，對(duì)課題的研究還不夠深入，很多工作還有待進(jìn)一步提高和完善。首先，由于本課程設(shè)計(jì)重