電力電子課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1、目 錄1 設(shè)計(jì)目的及任務(wù)要求11.1設(shè)計(jì)目的11.2設(shè)計(jì)任務(wù)要求12 總體方案設(shè)計(jì)22.1 總體方案框圖22.2 電源變壓器22.3 整流電路32.4濾波電路32.5穩(wěn)壓電路42.6其他元件的選擇52.7可調(diào)直流穩(wěn)壓源電路原理圖63 可調(diào)直流穩(wěn)壓源仿真74總結(jié)8參考文獻(xiàn)9歡迎下載1 設(shè)計(jì)目的及任務(wù)要求1.1設(shè)計(jì)目的通過可調(diào)直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)、安裝和調(diào)試，要求學(xué)會：（1）選擇變壓器、整流二極管、濾波電容及集成穩(wěn)壓器來設(shè)計(jì)直流穩(wěn)壓源； （2）把握直流穩(wěn)壓電路的調(diào)試及主要技術(shù)指標(biāo)的測試方法。1.2設(shè)計(jì)任務(wù)要求 1、主要技術(shù)指標(biāo) （1）輸出電壓在1.26V-15V范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，輸出電流最大可達(dá)1A;

2、 （2）輸出紋波電壓小于5mV，穩(wěn)壓系數(shù)小于3%，輸出電阻小于0.1。 2、設(shè)計(jì)要求 （1）合理選擇變壓器、集成穩(wěn)壓器、整流橋及二極管型號； （2）完成電路理論設(shè)計(jì)、繪制電路圖及電路圖典型波形、自制印刷板并進(jìn)行安裝調(diào)試；2 總體方案設(shè)計(jì)2.1 總體方案框圖可調(diào)直流穩(wěn)壓電源的原理框圖如下圖2-1所示，圖2-1 可調(diào)直流穩(wěn)壓電源原理框圖2.2 電源變壓器城市電網(wǎng)供應(yīng)的一般為220V（或380V）/50HZ的正弦溝通電，電源變壓器的作用是將電網(wǎng)溝通電壓變換成整流濾波電路所需要的溝通電壓。然后再將其次級輸出電壓去整流、濾波和穩(wěn)壓，最終得到所需要的直流電壓幅值。（1）電源電壓變壓器參數(shù)介紹a）電壓比 初

3、、次級電壓和線圈圈數(shù)具有以下關(guān)系，即:b）效率 在額定功率時，變壓器的輸出功率和輸入功率的比值稱為變壓器的效率，即:變壓器的效率與變壓器的功率等級有親密關(guān)系，通常功率越大，損耗就越小，效率也就越高；反之，功率越小，效率也就越低。c）額定電壓指在變壓器的初級線圈上所允許施加的電壓，正常工作時，變壓器初級繞組上施加的電壓不得大于規(guī)定值。 d）額定功率額定功率是指變壓器在規(guī)定的頻率和電壓下能長期工作，而不超過規(guī)定溫升時次級輸出的功率。e）調(diào)整率變壓器的調(diào)整率=（空載電壓-滿載電壓）/滿載電壓。一般10W以下變壓器的調(diào)整率在20%以上，要想在使用中降低變壓器的調(diào)整率，只有選大一些的功率變壓器，如3W的

4、變壓器的調(diào)整率為28%，使用功率為1.5W，調(diào)整率為 12%。（2）電源變壓器的選擇由設(shè)計(jì)要求可知輸出最大電壓為12V，又考慮到電阻等元件上的壓降，故在選擇電源變壓器時，變壓器次級電壓應(yīng)在15V左右為宜。2.3 整流電路橋式整流電路的作用是利用單向?qū)щ娦缘恼髟O管，將正負(fù)交替的正弦溝通電壓整流成為單向脈動電壓。但是，這種單向電壓往往包含著很大的脈動成分，距離抱負(fù)的直流電壓還差得很遠(yuǎn)。下圖即為整流電路部分的原理圖和經(jīng)整流后輸出的波形。圖2-2整流電路原理圖圖2-3整流電路波形 整流橋的選擇:我們接受把四個二極管封裝在一起接成全橋的形式，選用的型號為平均電流為 2A（2W10，2W06等）。

5、2.4濾波電路濾波電路由電容、電感等儲能元件組成。它的作用是盡可能地將單向脈動電壓中溝通成分濾掉，使輸出電壓成為比較平滑的直流電壓。濾波電路即是將電容并聯(lián)在整流電路上或者串聯(lián)上電感。其波形圖如圖2-4示。圖2-4 濾波電路波形電容的選擇：在整個電路中，有多處必需用到電容以使得輸出電壓更平滑更穩(wěn)定。其中，C1：濾波，C1=1200 µF；C2：抑制自激振蕩，C2=(0.10.3)µF/63V；C3：濾波，用以減小輸出電壓的波紋電壓(即輸出電壓中的交變電壓重量)。 C3=10uF/16V；C4：濾波作用，使Uo中的波動減小;C4=100µF/16V2.5穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電

6、路的作用是實(shí)行某些措施，使輸出的直流電壓在電網(wǎng)電壓或負(fù)載電流發(fā)生變化時保持穩(wěn)定。 隨著集成技術(shù)的進(jìn)展，穩(wěn)壓電路也快速實(shí)現(xiàn)集成化。目前已能大量生產(chǎn)各種型號的單片集成穩(wěn)壓電路。集成穩(wěn)壓器具有體積小，牢靠性高以及溫度特性好等優(yōu)點(diǎn)，而且使用機(jī)敏，價(jià)格低廉，被廣泛應(yīng)用于儀器，儀表及其它各種電子設(shè)備中，特殊是三端集成穩(wěn)壓器。三端集成穩(wěn)壓器有多種型號：正壓系列：78XX系列等固定式三端穩(wěn)壓器 負(fù)壓系列：79XX系列等三端集成穩(wěn)壓器 正壓系列：W317系列等 可調(diào)式三端穩(wěn)壓器 負(fù)壓系列：W337系列等在這里我們選用LM317，下圖2-5為其引腳圖。輸入引腳輸出引腳電壓調(diào)整引腳 圖2-5 LM317引腳圖LM3

7、17具體工作原理:電路連接：輸入引腳接輸入正電壓,輸出引腳接負(fù)載,電壓調(diào)整引腳一個腳接電阻(200歐姆左右)接到輸出引腳,另一個接可調(diào)電阻(幾K)接于地，輸入和輸出引腳對地要接濾波電容。當(dāng)LM317穩(wěn)壓器離電源濾波器有肯定距離時必需接電容。但我們需要留意：輸入至少要比輸出高2V，否則不能調(diào)壓；輸入電壓最高不能超過40V。輸出電流最好不超過1A。輸入12V的話，輸出最高就是10V左右。由于它內(nèi)部還是線性穩(wěn)壓，因此功耗比較大。當(dāng)輸入輸出電壓差比較大且輸出電流也比較大時，留意317的功耗不要過大。一般加散熱片后功耗也不超過20W。因此電壓差大時建議分檔調(diào)壓。另外，在使用LM317時要留意功耗、散熱問

8、題。2.6其他元件的選擇降壓、整流、濾波、穩(wěn)壓器件是整個電路的核心部分，但是除此之外，還需要愛護(hù)和調(diào)整部分，整個電路才能正常工作。當(dāng)電容C3充電完成開頭放電后，電流會通過在三端穩(wěn)壓集成塊的GND端，流入LM317，造成其被燒壞，為了解決這個反向電流，我們可以在GND于Vout端并上一個二極管即可。另外，當(dāng)LM317輸入端元件短路時，消滅UI<UO,則會產(chǎn)生一個由其輸出端經(jīng)LM317流入輸入端的反向泄放電流。這個電流將可能損壞LM317。為此，在LM317輸入、輸出端并上一個二極管即可愛護(hù)LM317。對于二極管的選擇，一般選取1N4001或者1N4007。為了調(diào)整最終的輸出電壓以供應(yīng)不同狀

9、況下的需求，我們還必需添加電位器以把握輸出電壓的大小。（粗調(diào)）RP1：1.5K，1/8W。（細(xì)調(diào)）RP2：220，1/8W。由于LM317的穩(wěn)定工作要求的最小電流為：Iomin=1.5mA5mA（平安），故取R1為180250。2.7可調(diào)直流穩(wěn)壓源電路原理圖圖2-6 可調(diào)直流穩(wěn)壓電源原理圖可調(diào)直流穩(wěn)壓電源工作過程分析：由于我們期望得出的最大電壓為15V左右，而在橋式整流部分接受二極管連接而成的橋，其整流后輸出電壓平均值應(yīng)為，即對變壓器二次側(cè)輸出的電壓進(jìn)行了升壓，整流后的電壓還存在著肯定的脈動成分和其他干擾信號，因此將輸出電壓通過各電容進(jìn)行濾波，便可得到脈動成分較小，波形較為平整的輸出電壓。濾波

10、之后，由于各種干擾，輸出電壓信號或許不穩(wěn)定，但接受三端集成穩(wěn)壓器可對濾波電路輸出的電壓進(jìn)行穩(wěn)壓，這樣我們便可以得到平整穩(wěn)定的直流電壓。為了實(shí)現(xiàn)可調(diào)，我們接受了電位器,來調(diào)整所需要的輸出電壓，其中，分別為細(xì)調(diào)，粗調(diào)。這樣，可以實(shí)現(xiàn)輸出電壓在1.26V-15.2V范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，輸出電流最大可達(dá)1A。3 可調(diào)直流穩(wěn)壓源仿真 在以上原理的基礎(chǔ)上，為了保證我們的直流穩(wěn)壓電源能正常工作，有必要用proteus對其進(jìn)行仿真，不同的輸出電壓從電壓表清楚可見。通過調(diào)整電位器（細(xì)調(diào)，粗調(diào)）可得到不同輸出的穩(wěn)定可調(diào)直流電壓。仿真結(jié)果如下圖3-1、圖3-2所示。圖3-1 直流穩(wěn)壓電壓源最大輸出電壓圖3-2直流穩(wěn)壓電

11、壓源最小輸出電壓有了軟件的支持，我們再依據(jù)電路中各元件的具體參數(shù)選擇適當(dāng)?shù)脑陔娐钒迳线B成電路，依據(jù)電路圖焊接起來，再經(jīng)調(diào)試即可得到一個在1.26V-15.2V范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)的直流穩(wěn)壓電源。4總結(jié)在本次電力電子課程設(shè)計(jì)過程中，我學(xué)到了很多東西，但同時也遇到了很多問題。首先，我們把平常在課堂上學(xué)到的電力電子理論學(xué)問同本次直流穩(wěn)壓可調(diào)電源的設(shè)計(jì)聯(lián)系起來，深刻理解了橋式整流可控與不行控的區(qū)分。在選擇器件時也懂得了各個器件選擇的原則及其工作原理，這對我們再以后的學(xué)習(xí)工作是很有掛念的。其次，理論設(shè)計(jì)和實(shí)踐最終存在很大差距的，因此，在具體焊接電路之前，我們用proteus軟件繪制出了原理圖，并進(jìn)行了仿

12、真，通過調(diào)整電位器可以發(fā)覺輸出電壓的確是平穩(wěn)的且在1.26V15V可調(diào)，達(dá)到了預(yù)期設(shè)計(jì)目標(biāo)。但在另一方面也遇到了很多問題。對我們來說理論是簡潔的，實(shí)際電路卻麻煩很多，也簡潔消滅很多問題。在使用proteus設(shè)計(jì)原理圖時，很簡潔的從元件庫里選出了各元件，也依據(jù)原理圖連好線，可是開頭仿真時卻問題不斷，比如，電壓表沒有示數(shù)而且報(bào)錯，在反復(fù)檢查電路連線和各元件參數(shù)后運(yùn)行，仍舊沒有報(bào)錯。最終，我們請教了老師，在老師指導(dǎo)下我們更改了電源的電壓為311V（峰值電壓），變壓器變壓比為60:1，然后運(yùn)行，最終有了示數(shù)且也滿足要求。從本次課程設(shè)計(jì)中，我們得到了很多啟示,又把握了一個繪圖軟件，明白了團(tuán)隊(duì)合作的重要性，關(guān)鍵時刻應(yīng)當(dāng)多和老師爭辯等等?？傊@樣的課程設(shè)計(jì)對我們的動手實(shí)踐還是很有掛念的，我們可以把課堂上的理論同實(shí)踐聯(lián)系起來，一方面加強(qiáng)了對理論學(xué)問的理解，另一當(dāng)面也增加了動手實(shí)踐的力量。在以后的學(xué)習(xí)工作過程中，我們應(yīng)當(dāng)努力思考，把學(xué)習(xí)中的各種閱歷運(yùn)用到工作中。參考文獻(xiàn)1 王兆安，黃俊，電