模电课设电路设计 直流稳定电源doc.docx
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模电课设电路设计直流稳定电源doc
本科生课程设计成绩评定表
姓名
xx
性别
男
专业、班级
信息工程学院通信0805班
课程设计题目:
直流稳定电源
课程设计答辩或质疑记录:
成绩评定依据:
最终评定成绩(以优、良、中、及格、不及格评定)
指导教师签字:
2010年1月30日
一.目录………………………………………………1
二.课程设计任务书……………………………………2
三.摘要及注意事项…………………………………4
四.直流稳压…………………………………………5
1.变压………………………………………………5
2.整流………………………………………………5
3.滤波………………………………………………6
4.稳压………………………………………………7
5.仿真………………………………………………9
五.稳流电路……………………………………………11
1.原理………………………………………………11
2.参数确定…………………………………………11
3.仿真………………………………………………12
六.DC-DC转换………………………………………15
1.原理图确定………………………………………15
2.仿真………………………………………………15
七.完整电路与仿真……………………………………16
八.电路测试与分析…………………………………18
九.附录1.元件列表………………………………19
附录2.参考工具书……………………………20
附录3.Multisim简介……………………………21
课程设计任务书
学生姓名:
xx专业班级:
通信0805班
指导教师:
刘雪东工作单位:
信息学院
题目:
直流稳定电源
初始条件:
自己设计一个符合要求的电路。
元件自选,不得用成品。
参数自己选择,但要达到要规定中的要求。
变压器220->15、TS_PQ4_10、芯片LM317H*2、二极管1N4001、1N4007若干,三极管TIP31C、2N2222A若干。
电解电容、瓷片电容、电阻、电位器各型号若干。
保险丝、散热片及焊接用具,耗材若干。
调试用仪表以及仿真器材若干。
Multisim
要求完成的主要任务:
(包括课程设计工作量及其技术要求,以及说明书撰写等具体要求)
必做部分:
1.基本要求
(1)稳压电源在输入电压220V、50Hz、电压变化范围+15%~-20%条件下:
a.输出电压可调范围为+9V~+12V
b.最大输出电流为1.5A
c.电压调整率≤0.2%(输入电压220V变化范围+15%~-20%下,空载到满载)
d.负载调整率≤1%(最低输入电压下,满载)
e.纹波电压(峰-峰值)≤5mV(最低输入电压下,满载)
f.效率≥40%(输出电压9V、输入电压220V下,满载)
g.具有过流及短路保护功能
(2)稳流电源在输入电压固定为+12V的条件下:
a.输出电流:
4~20mA可调
b.负载调整率≤1%(输入电压+12V、负载电阻由200Ω~300Ω变化时,输出电流为20mA时的相对变化率)
(3)DC-DC变换器在输入电压为+9V~+12V条件下:
a.输出电压为+100V,输出电流为10mA
b.电压调整率≤1%(输入电压变化范围+9V~+12V)
c.负载调整率≤1%(输入电压+12V下,空载到满载)
d.纹波电压(峰-峰值)≤100mV(输入电压+9V下,满载)
选作部分:
(1)扩充功能
a.排除短路故障后,自动恢复为正常状态
b.过热保护
c.防止开、关机时产生的“过冲”
(2)提高稳压电源的技术指标
a.提高电压调整率和负载调整率
b.扩大输出电压调节范围和提高最大输出电流值
(3)改善DC-DC变换器
a.提高效率(在100V、100mA下)
b.提高输出电压
(4)用数字显示输出电压和输出电流
时间安排:
第19周理论讲解,时间:
礼拜一5,6,7、8节地点:
鉴三204
第20周理论设计、实验室安装调试,地点:
鉴主13楼通信工程综合实验室、鉴主15楼通信工程实验室
(1)。
序号
阶段内容
时间
1
安排任务
第19周
2
电路选择与绘制
第20周
3
撰写报告
第20周
4
答辩
第20周
合计
2周
指导教师签名:
2010年1月日
系主任(或责任教师)签名:
2010年1月日
摘要
随着现代科技的不断发展,各种各样的电气、电子设备已经广泛的应用于日常工作、科研、学习等各个方面。
直流稳压电源由电源变压器,整流滤波电路级稳压电路所组成。
变压器把市电交流电压变为所需要的低压交流电。
整流器吧交流电变为直流电。
经滤波后,稳压器再把不稳定的直流电压变为稳定的直流电压输出。
本设计分别用LM317三端稳压芯片稳压电路,LM317三端稳压芯片稳流电路和反馈式逆变电路设计直流稳压电源,直流稳流电源和DC-DC变换器。
通过相关知识计算出各电路中各个器件的参数,使电路性能达到设计要求中的电压调整率,电流调整率,负载调整率,纹波电压等各项指标。
注意事项
1.焊接时要对各个功能模块电路进行单个测试,需要时可设计一些临时电路用于调试。
2.测试电路时,必须要保证焊接正确,才能打开电源,以防元器件烧坏。
3.3.按照原理图焊接时必须要保证可靠接地
必做部分
**首先设计直流稳压电路**
直流稳压电源是将交流电变换成功率较小的直流电,一般由变压、整流、滤波和稳压等几部分组成。
整流电路用来将交流电压变换为单向脉动的直流电压;滤波电路用来滤除整流后单向脉动电压中的交流成分,使之成为平滑的直流电压;稳压电路的作用是输入交流电源电压波动、负载和温度变化时,维持输出直流电压的稳定。
1变压:
从市电转换为实验用点。
电源变压器的作用是将交流电网提供的220V、50Hz市电变成所需的交流电压。
本实验中选用了将220V转换为15V的变压器。
2整流:
整流电路常用有半波整流电路和桥式整流电路。
1.半波
2.桥式整流电路
为了克服半波整流的缺点,常采用桥式整流电路,如右图所示,图中V1、V2、V3、V4四只整流二极管接成电桥形式,故称为桥式整流。
工作原理和输出波形:
设变压器二次电压u2=21/2U2sinωt,波形如电压、电流波形图(a)所示。
在u2的正半周,即a点为正,b点为负时,V1、V3承受正向电压而导通,此时有电流流过RL,电流路径为a→V1→RL→V3→b,此时V2、V4因反偏而截止,负载RL上得到一个半波电压,如电压、电流波形图(b)中的0~π段所示。
若略去二极管的正向压降,则uO≈u2。
电压、电流波形在u2的负半周,即a点为负b点为正时,V1、V3因反偏而截止,V2、V4正偏而导通,此时有电流流过RL,电流路径为b→V2→RL→V4→a。
这时RL上得到一个与0~π段相同的半波电压如电压、电流波形图(b)中的π~2π段所示,若略去二极管的正向压降,uO≈-u2。
由此可见,在交流电压u2的整个周期始终有同方向的电流流过负载电阻RL,故RL上得到单方向全波脉动的直流电压。
可见,桥式整流电路输出电压为半波整流电路输出电压的两倍,所以桥式整流电路输出电压平均值为uO=2×0.45U2=0.9U2。
桥式整流电路中,由于每两只二极管只导通半个周期,故流过每只二极管的平均电流仅为负载电流的一半,这样V2、V4就并联在u2上,其承受的反向峰值电压为URM=21/2U2。
同理,V2、V4导通时,V1、V3截止,其承受的反向峰值电压也为URM=21/2U2。
二极管承受电压的波形如电压、电流波形图(d)所示。
由上图可见,在交流电压u2的整个周期始终有同方向的电流流过负载电阻RL,故RL上得到单方向全波脉动的直流电压。
可见,桥式整流电路输出电压为半波整流电路输出电压的两倍。
㈢滤波:
整流电路将交流电变为脉动直流电,但其中含有大量的交流成分(称为纹波电压)。
应在整流电路的后面加接滤波电路,滤去交流成分。
1.电容滤波①.电路和工作原理
设电容两端初始电压为零,并假定t=0时接通电路,u2为正半周,当u2由零上升时,V1、V3导通,C被充电,同时电流经V1、V3向负载电阻供电。
忽略二极管正向压降和变压器内阻,电容充电时间常数近似为零,因此uo=uc≈u2,在u2达到最大值时,uc也达到最大值,然后u2下降,此时,uc>u2,V1、V3截止,电容C向负载电阻RL放电,由于放电时间常数τ=RLC一般较大,电容电压uc按指数规律缓慢下降,当下降到|u2|>uc时,V2、V4导通,电容C再次被充电,输出电压增大,以后重复上述充放电过程。
其输出电压波形近似为一锯齿波直流电压。
②.波形及输出电压
2其他形式滤波电路
①.电感滤波电路:
电路如下图所示,电感L起着阻止负载电流变化使之趋于平直的作用。
直流分量被电感L短路,交流分 量主要降在L上 ,电感越大,滤波效果越好。
一般电感滤波电路只使用于低电压、大电流的场合。
②.型滤波:
为了进一步减小负载电压中的纹波可采用型LC滤波电路。
由于C1、C2对交流容抗小,而电感对交流阻抗很大,因此,负载RL上的纹波电压很小。
为了更好的控制电路,本实验中选择最常用的桥式整流电路。
㈣.稳压
1.引起输出电压不稳定的原因
引起输出电压变化的原因是负载电流的变化和输入电压的变化,参见下图。
负载电
流的变化会在整流电源的内阻上产生电压降,从而使输入电压发生变化。
*输出电压变化原因示意图*
2.稳压电路的技术指标
用稳压电路的技术指标去衡量稳压电路性能的高低。
VI和IO引起的VO可用下式表示
1)稳压系数Sr
有时稳压系数也用下式定义
2)电压调整率SV(一般特指ΔVi/Vi=±10%时的Sr)
3)输出电阻Ro
4)电流调整率SI
当输出电流从零变化到最大额定值时,输出电压的相对变化值。
为了更稳定的输出+12V的直流电压。
我们采用LM317芯片来控制电压。
拟采用下图电路为原型。
加设电位器,制作可调稳定电源。
使用“MULTISIM”软件进行仿真,仿真电路图如下。
输入电压240V
输入电压220V
输入电压200V
输入电压200V
输入电压240V
输入电压220V
测量纹波电压
负载1兆欧
负载1毫欧
小结:
*当负载在满载和空载之间变化时,输出电压调整大小不超过0.2%。
*通过调整R4的值来测量通过负载的电流,当RL=1兆欧时,Io=12.67mA;当RL=1毫欧时,Io=241.25mA。
最大输出电流小于1.5A。
*纹波电压5.826uV。
*过流保护可以在变压器前面加上一个保险丝。
*短路保护体现在D7,D2上,当输入短路时,这两个二极管可以防止电容放电击穿芯片。
**设计稳流电路**
一、原理:
稳流指的是电流没有大的波动,输出稳定平滑,并不是指电流大小不变。
稳流电源的设计一般有以下要求。
1稳流电源的主要技术指标
(1)输出电流范围
本项指标是指在不稳流情况下,输出电流可以调节的范围,例如输出额定电流Io=2A,△Io=1A,则其可调范围为1.5~2.5A。
当然,相对于IO来说,偏离量也可能不是上下对称的,即不是±0.5A,可能上限值大于下限值,也可能相反。
(2)输出电压范围
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