串联型二路输出直流稳压正电源电路设计.docx
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串联型二路输出直流稳压正电源电路设计
课程设计说明书
课程设计名称:
12级电子课程设计报告
课程设计题目:
串联型二路输出直流稳压正电源电路
学院名称:
信息工程学院
专业:
班级:
学号:
姓名:
评分:
教师:
2014年11月29日
电子课程设计任务书
2014-2015学年第一学期 第1周-4周
题目
串联型二路输出直流稳压正电源电路
内容及要求
设计一串联型二路输出直流正电源,该正电源需达到如下要求:
1.一路输出直流电压12V;另一路输出5-12V连续可调直流稳压电源;
2.输出电流Iom=200mA;
稳压系数Sr≤0.05;
进度安排
1.第1.5周:
布置任务、领仪器设备、Protel制图(原理图,PCB制图);
2.第1.5~2周:
模拟电路、数字电路资料查阅、选择方案;
3.第3周:
模拟电路仿真、数字电路仿真、领元器件;
4.第4周:
数字电路制作、焊接、调试、验收。
学生姓名
指导时间:
第1~4周
指导地点:
任务下达
2014年9月1日
任务完成
2014年9月26日
考核方式
1.评阅□ 2.答辩□3.实际操作
4.其它□
指导教师
系(部)主任
注:
1、此表一组一表二份,课程设计小组组长一份;任课教师授课时自带一份备查。
2、课程设计结束后与“课程设计小结”、“学生成绩单”一并交院教务存档。
摘要
随着科技的发展,电气、电子设备已经在日常、科研、学习等各个方面得到广泛的应用。
电源作为电气、电子设备必不可少的能源供应部件,其技术已相对成熟,但其需求日益增多并且对电源的功能、稳定性等各项指标也要求更高。
对电源的研究和开发已经成为新技术、新设备开发的重要环节,它对推动科技发展起着重要作用。
直流稳压电压电源的设计思路是将220V,50HZ市交流电通过变压器降为合适交流电压值,然后经过整流电路将交流电转为直流电,再通过滤波电路滤除直流电中的交流成分,最后通过集成稳压器构成的稳压电路转化为稳定直流电输出。
集成稳压器具有体积小、重量轻、安装和调试方便、可靠性和稳定性高等优点。
关键词:
电源稳压整流滤波
前言
随着科技的发展,电气、电子设备已经在日常、科研、学习等各个方面得到广泛的应用。
电源作为电气、电子设备必不可少的能源供应部件,其技术已相对成熟,但其需求日益增多并且对电源的功能、稳定性等各项指标也要求更高。
对电源的研究和开发已经成为新技术、新设备开发的重要环节,它对推动科技发展起着重要作用。
常见的直流稳压电源,大都采用串联反馈式稳压原理,通过调整输出端取样电阻之路中的电位器来调整输出电压。
由于电位器阻值变化的非线性和调整的范围窄,使普通直流稳压电源难以实现输出电压的精确调整。
本电路就是根据该原理进行的设计。
本文旨在梳理直流稳压电源的设计思路,分享自己学习研究过程中的心得,为后人学习设计直流稳压电源提供参考依据。
第1章设计任务
设计一串联型二路输出直流正电源,该正电源需达到如下要求:
1.一路输出直流电压12V;另一路输出5-12V连续可调直流稳压电源;
2.输出电流Iom=200mA;
3.稳压系数Sr≤0.05;
第2章系统组成及工作原理
2.1系统组成
本直流电源的电路由如下几个部分组成:
2.2工作原理
1.变压电路
变压电路由交流变压器构成,其工作原理比较简单,通常由一个初级线圈和一个次级线圈组成,一般根据副边输出功率来选取变压器
2.整流电路
桥式整流电路的工作原理:
桥式整流器利用四个二极管,两两对接。
输入正弦波的正半部分是两只管导通,得到正的输出;输入正弦波的负半部分时,另两只管导通,由于这两只管是反接的,所以输出还是得到正弦波的正半部分如图2.2所示经过桥式整流后在负载电阻RL上正得到的是同一个方向的单向脉动电压。
图2.1桥式整流电路波形变化
3.滤波电路
交流电经过整流电路后得到的是脉动直流,这样的直流电源由于所含交流纹波很大,不能直接给电子电路供电。
采用电容滤波电路可以大大降低这种交流纹波成份,让整流后的电压波形变得比较平滑。
电容滤波工作原理:
若电路处于正半周,则二极管D1、D3导通变压器次端电压U2给电容器C充电。
此时C相当于并联在U2上,所以输出波形同U2,是正弦形。
在t1到t2时刻,二极管导电,C充电,Uo=Uc按正弦规律变化;t2到t3时刻二极管关断,UC=URL按指数曲线下降,放电时间常数为RLC。
当放电时间常数RLC增加时,t1点要右移,t2点要左移,二极管关断时间加长,导通角减小,见曲线3;反之,RLC减少时,导通角增加。
当RL很小,即IRL很大时,电容滤波的效果不好,见滤波曲线中的2。
然而,当RL很大,即IRL很小时,尽管C较小,RLC仍很大,电容滤波的效果也很好,见滤波曲线中的3。
所以电容滤波适合输出电流较小的场合。
图2.2电容滤波变化示意图
4.稳压电路
由于稳压电路会因为外界因素发生波动、负载和温度发生变化,滤波电路输出的直流电压会随之发生变化而不稳定。
因此,为了维持输出电压稳定不变,还需一个稳压电路。
稳压电路所起到的作用是当电网电压、负载、外界环境温度等发生变化时,使输出直流电压不受影响,而维持电压的稳定输出。
第三章系统模块设计
3.1电路方案设计
直流稳压电源是一种将220V,50Hz的交流电按照需求转换成直流电的装置。
交流电转换成直流电需要经过变压、整流、滤波和稳压这四个环节的操作才能完成,接下来将就如何实现这四个环节进行方案设计。
1.变压电路设计
若要获得低电压直流的输出,需先将电网电压的值降到合适的值,再进行下一步操作。
本电路使用的降压电路是单相交流变压器,选用的电压和功率依照后级电路的设计需求而定。
2.整流电路设计
方案一:
采用半波整流电路
半波整流电路利用二极管的单向导电性,丢弃了交流电的一半波形,将交流电变换为只有正半周的脉动直流电,造成了很大的资源浪费,此电路仅在小电流电路中使用,此电路不宜采用。
方案二:
采用桥式整流电路
采用桥式整流电路中将四个整流二极管连接成电桥的形式,采用此种连接每个整流二极管承受的反向电压较小,负载电流仅是半波整流电路的一半,且整流后的电压脉动较小,能量利用率高。
综合两个方案的利弊,本电路将采用方案二。
电路连接图如下图3.1
图3.1桥式整流电路
3.滤波电路设计
经整流后的电压仍具有较大的交流分量,不能直接输出变为直流电源,必须通过滤波电路将交流分量滤掉。
方案一:
采用电感滤波电路
电感滤波是利用电感对脉动直流的反向电动势来达到滤波的作用,有较好的带负载能力,但由于有铁芯,笨重、体积大,容易引起电磁干扰,多用于负载电流很大的场合。
方案二:
采用RC滤波电路
RC滤波电路由两个电容一个电阻呈π型连接,由于电阻的作用使得纹波都分担在电阻上,一般电阻越大滤波效果越好,但其过大又会造成压降过大,使得输出电压减小。
方案三:
LC滤波电路
LC滤波电路与RC电路的区别在于,电感取代了那个电阻,具有带负载能力强和电路纹波小的特点,但也同时具有了电感滤波的缺点。
方案四:
电容滤波电路
电容滤波是利用电容的充放电原理达到滤波的作用,该电路具有电路简单、纹波小、负载电压高等优点。
考虑到电感的体积和成本问题,为获得较高的输出电压,将采用电容滤波。
图3.2电容滤波电路
4.稳压电路设计
经过滤波处理后的电压距离稳定的直流电压还有一定的差距,还需要用一个稳压电路来实现。
本电路要求有两路输出,一路恒压输出,一路可调。
鉴于这样的设计要求,可以采用三端集成稳压器来进行稳压操作。
3.2电路中的参数计算
设计的电路图见下图3.3
电容C2为滤波电容,滤波电容越大,放电过程越慢,输出电压越平滑,平均值越高。
但在实际上,电容的容量越大,不但体积越大,而且会使整流二极管流过的冲击电流更大。
因此选择470uF的较为合适。
电容C3用于抵消长线传输而引起的电感,其容量可选1uF以下,故选择C3为0.1uF;电容C4改善负载的瞬态响应,其容量可选则1uF以下,但若C4大,则会在稳压器输入端断开时,C4通过稳压器放电,所以选择C4=0.1uF。
同理可选择C4=1uF。
图3.3设计电路图
实验要求输出的电流Iom=200mA,所以固定端的电阻R1=12/0.2=60Ω,稳压器输出端和公共端电流恒定不变I=0.2A,当电阻未接入时5V=I*R1,当电阻全接入时,12=(R1+R2)*I。
由此可得R3=24Ω,R2的阻值范围0~34Ω。
3.3原件选择
变压电路中,变压器选择的是10:
1的单相变压器
整流电路中,整流桥选择的是w08
滤波电路中,滤波电容C2选择的是490uF,C3选择的是0.1uF。
稳压电路中,根据设计要求,此直流电源的输出电压为12V,所以三端稳压器选择的是7812,R1选择的是60Ω的定值电阻,R2选择的是0-34Ω的可调点位器,R3选择的是24Ω的定制电阻,C4选择的是0.1uF。
第四章电路仿真
电路multisim仿真设计图如下:
图4.1multisim仿真图
1.固定端输出12V仿真(开关闭合)
仿真图见下图4.2
2.可调稳压输出仿真(开关不闭合)
a.最小输出5V
仿真图见图4.3
b.最大输出12V
仿真图见图4.4
'图4.2固定输出12V直流电压
图4.3最小输出5V
图4.4最大输出12V
第5章电路的组装与调试
5.1电路安装
领取完原件后,先检查一遍元器件,确保各元件都没有问题后将元器件按照电路图从低到高依次焊接。
实物如下图所示。
图5.1实物正面图
图5.2实物背面图
5.2调试
输入220V,50Hz的交流电,对电路进行调试,用万用表记录其输出结果,理论值与实际值对比如下:
输入电压
固定输出电压
可调输出电压范围
理论值
220V,50Hz
12V
5~12V
实际值
220V,50Hz
11.7V
3.8~11.7V
第7章结论
在电子技术快速发展的今天,几乎所有电子设备都离不开直流稳压电源,这也是本课题研究的现实意义。
由调试结果可知,本设计的测试结果与理论值间具有一定误差,基本满足设计要求。
经过分析,出现误差原因主要有以下几点:
1.实测的电网电压并不足220V,导致输入电压变小
2.元件本身参数不准确
3.万用表内阻造成误差
4.测量时接触点之间存在微小电阻
5.电位器阻值变化的非线性
参考文献
[1]华成英《模拟电子技术基础》高等教育出版社
[2]谢嘉奎《电子线路》高等教育出版社
[3]贾达《数字电子技术基础》化学工业出版社
[4]何国栋《Multisim基础与应用》中国水利水电出版社
附录
附录一:
原件清单
原件名称
型号
数量(个)
变压器
10:
1单相变压器
1
桥堆
W08
1
电容
0.1uF
2
电容
1uF
1
电容
470uF
1
电位器
501
1
电阻
10Ω
8
电阻
5Ω
1
三端稳压器
7812
1
开关
1
插针
9
万用板
1
附录二:
Protel制图
图1原理图绘制
图2PCB图
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- 串联 型二路 输出 直流 稳压 电源 电路设计