12V稳压电源设计Word格式文档下载.docx
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(2)滤波电路的原理及作用........................5
(3)稳压电路的原理及作用........................6
四、总电路图的设计..................................6
五、总结............................................7
引言
日常生活中小功率的电器也占据了主要地位,但是,我们日常用的市电为高压交流电,不能直接应用于小功率的电器中,所以需要将交流市电电源变为适用于小功率电器的低压直流稳压电源。
直流稳压电源一般由变压器,整流电路、滤波电路及稳压电路所组成。
变压器把市电交流电压变为所需要的低压交流电。
整流电路把交流电变为直流电。
滤波电路把电压中的脉动成分去掉,稳压器再把不稳定的直流电压变为稳定的直流电压输出。
本设计主要采用三端集成稳压器构成的稳压电路,通过变压,整流,滤波,稳压四个过程将220V交流电,变为稳定的低压直流电。
系统将高压交流电变成低压直流电,以此来为一些低功率的直流电路供电,而且,采用稳压电路保持了输出电压的稳定,确保电路工作的稳定性。
目前常用的稳压电源的分类可用框图表示为:
低压直流电源主要用于电子元器件的工作电源,以及低压灯具、直流电机等。
一、设计目的
1.为小功率电路设计直流电源。
2.学习基本理论在实践中综合运用的初步经验,掌握模拟电路设计的基本方法、设计步骤,培养综合设计与调试能力。
3.学会直流稳压电源的设计方法和性能指标测试方法。
4.培养实践技能,提高分析和解决实际问题的能力。
5、学会选择变压器、整流二极管、滤波电容及集成稳压器来设计直流稳压源。
6、完成全电路理论设计、绘制电路图。
二、设计要求
容量:
5W
输入电压:
交流220V
输出电压:
直流±
12V
输出电流:
1A
三、设计原理
直流稳压电源是一种将220V工频交流电转换成稳压输出的直流电压的装置,它需要变压、整流、滤波、稳压四个环节才能完成,见图1。
图1直流稳压电源原理框图
功能:
把交流电压变成稳定的大小合适的直流电压
(1)整流电路的原理及作用:
①原理:
利用二极管的单向导电性。
二极管的正向导通电阻为零,反向电阻为无穷大。
最常见的就是单向桥式整流电路。
见图二。
图二单向桥式整流电路
原理简介:
1.电路结构
图三
图四
2.工作原理
u正半周,Va>
Vb,二极管D1、D3导通,D2、D4截止。
u负半周,Va<
Vb,二极管D2、D4导通,D1、D3截止。
3.工作波形
图五U正半周波形
图六U负半周波形
4.参数计算
整流电压平均值U0:
整流电流平均值I0:
流过每管电流平均值为输出电流的一半ID
每管承受的最高反向电压URM
变压器副边电流有效值I:
②作用:
将交流电利用具有单向导电性的整流元件,将正负交替的交流电压整流成单向的脉动电压。
(2)滤波电路的原理及作用:
①整流电路:
图七
单相桥式整流电容滤波电路的特点:
输出电压平均值Uo与时间常数RLC有关
RLC愈大电容器放电愈慢Uo(平均值)愈大
近似估算:
U0=1.2U2
并联电容滤波后,输出电压直流成份(即输出电压平均值)提高了;
脉动成份降低了(即输出波形平滑)。
电容放电时间常数RLC愈大,放电愈慢,输出电压愈高,脉动愈小,滤波效果愈好
输出电压随输出电流(负载电流)增大而下降较快,输出特性较软。
滤波电容愈大,滤波效果愈好,但整流二极管的导通时间愈短,其中的电流冲击也愈大。
②滤波电路作用:
滤波器主要由电容等除能源件组成,它的作用是尽可能的将单向的脉动电压中的脉动成分滤掉,使输出的电压成分成为比较平滑的直流电压。
(3)稳压电路的原理及作用:
该系统主要采用三端集成稳压器。
集成三端稳压器是一种串联调整式稳压器,内部有设过热、过流和过压保护电路。
使用时注意,稳压器必须满足│Ui-Uo│》2V。
图八
作用:
集成三端稳压器只有三个外引出端(输入、输出和共地端),将整流后的不稳定的直流电压接到稳压器的输入端,经稳压后在输出端得到某一个稳定的直流电压值,并且使输出的直流电压在电网电压或负载电流变换时保持稳定。
四、总电路图的设计
设计思想:
根据稳压电源的主设计思想,先对交流电220V进行降压,将为15V的交流电,其后再对其整流、滤波、稳压,最后采用正、负三端稳压器分别稳压为+12V和-12V。
稳压电路图:
7812+12V
15V
3300uf
15V3300uf
7912-12V
图九±
12V稳压电路图
元件规格的计算、选择:
变压器输出电压24V
整流桥的二极管IN4001
电容C3300uF35V
电容Ci0.33uF
电容Co1uF
三端稳压器LM7812(正)LM7912(负)
稳压电路参数计算:
LM7812的输出电压Uo=12V,最大输出电流Iomax=1.5A
(1)确定变压器副边电压
稳压电路的最低输入直流电压Uimin
Uimin>
=15V
由于二极管的压降约0.6V,所以
变压器副边电压有效值U2>
=15/0.9+1.2=16.7V,变压器的交流电压为U=U2/1.41=23.8V
所以,变压器选择24V
(2)确定整流桥的二极管
由
=16.7V,得每只整流二极管的最大反向电压
为:
=
=1.414
V=23.61V
7812地端静态电流
=8mA,7812最大输出电流
=1.5A,整流滤波的输出电流为:
+
=1.508A
通过每只二极管的平均电流ID为:
=0.5
1508mA=754mA
根据
和
进行选管,可选用1N4001硅整流二极管50V/1A,
(
=5uA,
=1V,
=50A)
(3)滤波电容的选择:
一般应使放电时间常数
C大于电容C的充电周期(3~5)倍:
C=(3~5)T/2
对桥式整流来说,C的充电周期等于交流电网周期的一半,即:
T=1/f=1/50=0.02s
电容的容值为:
C=(3~5)
/
=(3~5)
0.01/13.26F=(2262~3771)uF
电容的耐压值为:
U>
=1.1
1.414
16.7V=25.98V
根据C与U可确定选取电容3300uf/35V型。
两个0.33uF电容用于抵消输入长接线的电感效应,防止自激,其容量较小,一般取小于1uF。
两个0.1uF电容用于改善负载的瞬态响应,消除高频噪声,可取小于1uF,当负电源输入断开时,三端稳压器输出将承受对地反压。
五、总结
通过本次设计,让我更进一步的了解到直流稳压电源的工作原理以及它的要求和性能指标.也让我们认识到在此次设计电路中所存在的问题;
而通过不断的努力去解决这些问题.在解决设计问题的同时自己也在其中有所收获。
电路的设计要根据负载的需要,选取合适的元件,让其能满足负载的需求,而且,不会对电路和负载造成损害。
所以,原件的参数值需要仔细计算,选取最接近的元件值,让电路满足其额定值,尤其是电容的耐压值更需要注意。
电路的制作时,要注意焊接的质量,虚焊是焊接的最大隐患,只有认真注意,才能确保焊接的质量。
还需要注意元件的引脚排列,例如,电容的正负极,是绝对不能反的,否则,通电调试时会炸掉,容易造成人身伤害。
电路完成后需要对其进行调试,首先要再次确认元件的管脚有没有连接错误,有没有短路的隐患存在,确认后在上电调试,要根据调试结果分析一下电路,要考虑到元件的自身影响,会与计算值有点出入,但会在计算值上下波动。
这次的设计从开始到完成、性能测试都让我受益匪浅,不但懂得了一些电路元件的性能、作用,硬件的制作,也提高了实践动手能力,为以后的课程设计、毕业
设计奠定了基础。
本次的设计让我受益匪浅,让我更进一步的了解自己的不足之处,更进一步的巩固的所学过的知识,更懂得了做任何事情都要自己主动努力去做,学习到的理论知识只有在实践中,才会真正发挥作用,也只有通过实践才能把知识运用的现实中。
参考文献:
1、《模拟电子技术基础》主编杨碧石
2、《电子技术基础(模拟部分)》主编康华光
3、《电子技术实验教程》主编王春兴
4、《电子技术基础》主编康华光
5、《模拟电子技术基础》第四版主编华成英童诗白
6、《模拟电子技术基础实验与课程设计》主编李万臣
7、《模拟电子技术》第二版主编王远
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