模电直流稳压电源课程设计半导体直流稳压电源的设计和测试Word格式.docx
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(一)设计目的
1、学习直流稳压电源的设计方法;
2、研究直流稳压电源的设计方案;
3、掌握直流稳压电源的稳压系数和内阻测试方法;
(二)设计要求和技术指标
1、技术指标:
要求电源输出电压为±
12V(或±
9V/±
5V),输入电压为交流220V,最大输出电流为Iomax=500mA,纹波电压△VOP-P≤5mV,稳压系数Sr≤5%。
2、设计基本要求
(1)设计一个能输出±
12V/±
9V/±
5V的直流稳压电源;
(2)拟定设计步骤和测试方案;
(3)根据设计要求和技术指标设计好电路,选好元件及参数;
(4)要求绘出原理图,并用Protel画出印制板图;
(5)在万能板或面包板或PCB板上制作一台直流稳压电源;
(6)测量直流稳压电源的内阻;
(7)测量直流稳压电源的稳压系数、纹波电压;
(8)撰写设计报告。
(三)设计报告要求
1、选定设计方案;
2、拟出设计步骤,画出电路,分析并计算主要元件参数值;
3、列出测试数据表格。
4、调试总结。
第1章绪论…………................................................................................................…........4
1.1电子技术的发展趋势....................................................................................................4
1.2本人的主要工作.............................................................................................................5
第2章半导体直流稳压电源电路的设计…………………………….................6
2.1设计方案…………………………………………….......................................................6
2.2电源变压器单元电路的设计……………...................................................................7
2.3整流单元电路的设计………………………………………..............................….......7
2.4滤波单元电路的设计…………………………….........................................................9
2.5稳压单元电路的设计………………………………....................................................11
2.6整体电路参数的确定及元件选择…………….........................................…............13
第3章仿真与制作…………………………………..................................……......…….16
3.1Multisi仿真软件的简介………………………………........................................…..16
3.2仿真电路………………………………....................................................................…...17
3.3仿真结果及其分析…....................................................….........................................…18
3.4PCB电路板的设计…....................................................….........................................….20
3.5电路调试与测试...............................................................................................21
第4章结束语........................................................................................................................23
附录A电路图.......................................................................................................…...........24
附录B元件清单…………………………………..............................................................25
第1章绪论
1.1电子技术的发展趋势
1.1.1概括发展历史
现代电力电子技术的发展方向,是从以低频技术处理问题为主的传统电力电子学,向以高频技术处理问题为主的现代电力电子学方向转变。
电力电子技术起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件,其发展先后经历了整流器时代、逆变器时代和变频器时代,并促进了电力电子技术在许多新领域的应用。
八十年代末期和九十年代初期发展起来的、以功率MOSFET和IGBT为代表的、集高频、高压和大电流于一身的功率半导体复合器件,表明传统电力电子技术已经进入现代电力电子时代。
1.1.2现代电子技术的应用领域
高速发展的计算机技术带领人类进入了信息社会,同时也促进了电源技术的迅速发展。
八十年代,计算机全面采用了开关电源,率先完成计算机电源换代。
接着开关电源技术相继进人了电子、电器设备领域。
计算机技术的发展,提出绿色电脑和绿色电源。
绿色电脑泛指对环境无害的个人电脑和相关产品,绿色电源系指与绿色电脑相关的高效省电电源,根据美国环境保护署l992年6月17日"
能源之星"
计划规定,桌上型个人电脑或相关的外围设备,在睡眠状态下的耗电量若小于30瓦,就符合绿色电脑的要求,提高电源效率是降低电源消耗的根本途径。
就目前效率为75%的200瓦开关电源而言,电源自身要消耗50瓦的能源。
变频器电源主要用于交流电机的变频调速,其在电气传动系统中占据的地位日趋重要,已获得巨大的节能效果。
变频器电源主电路均采用交流-直流-交流方案。
工频电源通过整流器变成固定的直流电压,然后由大功率晶体管或IGBT组成的PWM高频变换器,将直流电压逆变成电压、频率可变的交流输出,电源输出波形近似于正弦波,用于驱动交流异步电动机实现无级调速。
电力有源滤波器是一种能够动态抑制谐波的新型电力电子装置,能克服传统LC滤波器的不足,是一种很有发展前途的谐波抑制手段。
滤波器由桥式开关功率变换器和具体控制电路构成。
与传统开关电源的区别是:
(l)不仅反馈输出电压,还反馈输入平均电流;
(2)电流环基准信号为电压环误差信号与全波整流电压取样信号之乘积。
分布式电源供电系统采用小功率模块和大规模控制集成电路作基本部件,利用最新理论和技术成果,组成积木式、智能化的大功率供电电源,从而使强电与弱电紧密结合,降低大功率元器件、大功率装置(集中式)的研制压力,提高生产效率。
分布供电方式具有节能、可靠、高效、经济和维护方便等优点。
已被大型计算机、通信设备、航空航天、工业控制等系统逐渐采纳,也是超高速型集成电路的低电压电源(3.3V)的最为理想的供电方式。
在大功率场合,如电镀、电解电源、电力机车牵引电源、中频感应加热电源、电动机驱动电源等领域也有广阔的应用前景。
在电力电子技术的应用及各种电源系统中,开关电源技术均处于核心地位。
对于大型电解电镀电源,传统的电路非常庞大而笨重,如果采用高顿开关电源技术,其体积和重量都会大幅度下降,而且可极大提高电源利用效率、节省材料、降低成本。
在电动汽车和变频传动中,更是离不开开关电源技术,通过开关电源改变用电频率,从而达到近于理想的负载匹配和驱动控制。
高频开关电源技术,更是各种大功率开关电源(逆变焊机、通讯电源、高频加热电源、激光器电源、电力操作电源等)的核心技术。
1.2本人的主要工作
(1)拟定电路方案
选定变压,整流,滤波,稳压等部分电路;
要使输出地电压为,输入电压为交流220V,最大输出电流为Iomax=500mA,纹波电压△VOP-P≤5mV,稳压系数Sr≤5%;
符合各项要求。
(2)计算各部分电路元件的参数,选好元件。
(3)运用仿真软件对设计的电路进行仿真。
(4)对电路进行相关调试
第2章半导体直流稳压电源电路的设计
2.1设计方案(总体框图设计)
2.1.1电路原理
直流稳压电源的工作流程如下:
图2.1.1直流稳压电源的设计电路框图
图2.1.2直流稳压电源的方框图
结合图2.1.1、图2.1.2,我们得出直流稳压电源的工作原理:
电路接入幅值为220V、频率为50Hz的ui,通过电源变压器,将220V的电压幅值调整为合适的电路工作压值u2。
通过电源变压器输送过来的交流电,再通过桥式整流电路BRIDGE,得到单方向全波脉动的直流电压。
由于单方向全波脉动的直流电压中含有交流成分,为了获得平滑的直流电压,在整流电路的后面加一个滤波电路,以滤去交流成分,电容C就起到这个作用;
对于要求不高的电路,经过滤波后的直流电压可以直接应用,对于一些要求比较高的电路。
我们在滤波电路的后面再接一个稳压电路,使输出的直流电压更加平滑,如集成稳压器CW7812和CW7912。
一般来说,滤波电容C的容量比较大,本身就存在着较大的等效电感,因此对于引入的各种高频干扰的抑制能力很差。
为了解决这个问题,在电容C旁并联一只小容量电容器C1、C2,就可有效地抑制高频干扰。
另外,稳压器在开环增益较高、负载较重的状态下时,由于分布参数的影响,有可能产生自激,C1、C2则兼有抑制高频振荡的作用。
输出端接入电容器C3、C4、C5、C6,是为了改善瞬态负载响应特性和减小高频输出阻抗。
2.2电源变压器单元电路的设计
源变压器T的作用是将电网220V的交流电压变换成整流滤波电路所需要的交流电压Ui。
变压器副边与原边的功率比为P2/P1=η。
图2.2.1电源变压器
电源变压器的功能是功率传送、电压变换和绝缘隔离,作为一种主要的软磁电磁元件,在电源技术中和电力电子技术中得到广泛的应用。
根据传送功率的大小,电源变压器可以分为几档:
10kVA以上为大功率,10kVA~0.5kVA为中功率,0.5kVA~25VA为小功率,25VA以下为微功率。
2.3整流单元电路的设计
整流电路的任务是将交流电变换成直流电。
完成这一任务主要是靠二极管的单向导电作用,因此,二极管是构成整流电路的关键元件。
在小功率(1kW以下)整流电路中,常见的几种整流电路有单相半波、全波、桥式和倍压整流电路。
(二极管用理想模型来处理,即正向导通电阻为零,反向电阻为无穷大)。
图2.3.1单相桥式
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