正负9V直流稳压电源课程设计毕业设计(论文)word格式.doc
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1、内容摘要本设计是关于9V简易直流稳压电源的设计,论题方向是以单相桥式整流及三端集成稳压器为主,设计一台具有实用价值的小容量简易直流稳压电源。要求:输入电压AC220V、输出电压9V、输出电流1A、容量9W、输入端须设上电指示灯、输出端须具备短路和过流保护功能。按照所学知识和相关指导书及补充的写作要求,综述了目前常用直流稳压电源的分类、各自适用范围及优缺点,完整详尽地设计了9V简易直流稳压电源电路,并对各组成部分的功能及工作原理进行了分析。关键词:直流稳压电源;集成稳压器;小容量;设计;分析目 录内容摘要I引 言11 直流稳压电源的种类22 设计任务及要求32.1 设计任务32.2 要求学会:3
2、2.3 设计要求:33 基本原理43.1 电路的基本组成43.2 组成部件的功能44 各组成电路工作原理及方案的选择54.1 上电指示电路54.2 变压电路54.3 整流电路54.4 滤波电路64.5 稳压电路84.5.1 结构与符号84.5.2 线性三端集成稳压器的分类及型号84.5.3 三端集成稳压器的工作原理94.5.4 三端集成稳压器的基本应用电路125 各组成电路的元件选择与参数确定135.1 上电指示电路135.2 变压电路135.3 整流电路135.4 滤波电路135.5 稳压电路145.6 稳压电源的保护电路146 电路图及电路的工作原理156.1 完整电路图156.2 9V简
3、易直流稳压电源电路的工作原理157 我的收获和心得168 元器件清单17参考文献18引 言当今社会人们极大的享受着电子设备带来的便利, 但是任何电子设备的正常工作都离不开一个共同的电路电源电路。电源有两种:一种是直流电源(DC即Direct Current),另一种是交流电源(AC即Alternating Current)。日常所用的电子设备基本都是由集成电路和辅助电子元件(如电阻、电容、二极管等)组成的电子线路,这些线路的正常工作都要求由电压稳定的直流电源供电。如果直接采用干电池作为电源,由于干电池容量有限,则需要频繁地更换电池造成人力和资金上的浪费。我们日常所用的电源均为AC220V。如何
4、将AC220V电源变换为可用的直流电源呢?将交流电变换成直流电,并提供稳定的直流电能的电源就是直流稳压电源。直流稳压电源在电源技术中占有十分重要的地位。小功率稳压电源的组成主要是由电源变压器、整流、滤波和稳压电路四部分组成。电源变压器是将交流电网220V的电压变为所需要的电压值,然后通过整流电路将交流电压变成脉动的直流电压。由于此脉动的直流电压还含有较大的纹波,必须通过滤波电路加以滤除,从而得到平滑的直流电压。但这样的电压还随电网电压波动(一般有10%左右的波动)、负载和温度的变化而变化。因而在整流、滤波电路之后,还需接稳压电路。稳压电路的作用是当电网电压波动、负载和温度变化时,维持输出直流电
5、压的稳定。1 直流稳压电源的种类直流稳压电源的类型繁多,但几乎都是将交流电网220V电源作为输入电源,再经转换电路转换成所需参数的直流电。经过变压、整流和滤波后的电压往往会随着交流电源电压的波动和负载的变化而变化。直流电压的不稳定有时会引起控制装置工作的不稳定,产生测量和计算上的误差,特别是精密电子仪器、自动控制、计算装置及晶闸管的触发电路等都要求有稳定的直流电源供电。目前生产的直流稳压电源种类很多,主要分类方法是按调整元件的工作状态分类,其次还可以从其它不同角度来分类:(1) 按调整元件的工作状态分,有线性稳压电源和开关稳压电源。线性稳压电源:调整元件工作在线性放大状态的称为线性稳压电源。此
6、类稳压电源由于结构简单、维修方便、成本低、功率小,所以在比较简单的电子设备中广泛使用,比如收音机、小型音响等。开关稳压电源:调整元件工作在开关状态的称为开关稳压电源。此类稳压电源效率高、功耗低、电路结构复杂,所以常在复杂电子设备中广泛使用,比如大屏幕彩电、微型计算机等。(2) 按稳定方式分,有参数型稳压电源和反馈调整型稳压电源。参数型稳压电源:电路简单,主要是利用电子元件的非线性实现稳压,例如1只电阻和1只稳压管即可构成参数型稳压电源。反馈调整型稳压电源:具有负反馈,是闭环调整系统,利用输出电压的变化,经取样、比较、放大得到控制电压,去控制调整元件,从而达到稳定输出电压的目的。(3) 按调整元
7、件和负载连接方式分,有并联式稳压电源和串联式稳压电源。并联式稳压电源:调整元件与负载并联的称为并联式稳压电源。串联式稳压电源:调整元件与负载串联的称为串联式稳压电源。(4) 按作用元件分,有电子管稳压电源、稳压管稳压电源、晶体管稳压电源、可控硅稳压电源等。(5)按电源的主要部分是集成电路还是分立元件分,有集成线性稳压电源、集成开关稳压电源和分立元件组成的稳压电源。根据需要,还可以有其他分类方法,例如集电极输出型稳压电源、发射极输出型稳压电源;高压稳压电源、低压稳压电源;通用稳压电源、专用稳压电源等。2 设计任务及要求2.1 设计任务设计一个9V简易直流稳压电源,满足:1. 当输入电压在220V
8、交流时,输出直流电压为9V。2. 容量为9W,输出电流为1A。3. 输入端须设上电指示灯,输出端须具备短路和过流保护功能。2.2 要求学会:通过此集成直流稳压电源的设计,要求学会:1. 选择变压器、整流二极管、滤波电容及三端集成稳压器来设计直流稳压电源。2. 掌握直流稳压电源的调试及主要技术指标的测试方法。2.3 设计要求:1. 画出所设计的直流稳压电源的系统框图,并分析各组成部分的功能及工作原理。2. 设计出每个功能框图的具体电路图,并根据所提供的技术参数的要求,计算电路中所用元件的参数值,最后按工程实际确定元件参数的标称值。具体参数要求:变压器的额定电压、额定电流、额定容量、电压比;整流元
9、件的型号;电阻的阻值和功率;电容的容值和耐压以及类型;稳压块型号等。3. 总结:需要说明的问题以及设计心得体会。3 基本原理3.1 电路的基本组成一般直流稳压电源都使用AC220V市电作为电源,经过变压、整流、滤波后输送给稳压电路进行稳压,最终成为稳定的直流电源。这个过程中的变压、整流、滤波等电路可以看作直流稳压电源的基础电路,没有这些电路对市电的前期处理,稳压电路将无法正常工作。 因设计任务中要求输入端须设上电指示灯,所以本次设计的小功率稳压电源由上电指示电路、变压电路、整流电路、滤波电路、稳压电路五个部分组成,如图1所示。 + 上 电 + 变 压 + 整 流 + 滤 波 + 稳 压 + u
10、1 指 示 u2 u3 u4 uI U0_ 电 路 _ 电 路 _ 电 路 _ 电 路 _ 电 路 _(a)稳压电源的组成框图u1 u2 u3 u4 uI U0 0 t 0 t 0 t 0 t 0 t 0 t (b)稳压电源各单元电压波形图图1 稳压电源的组成框图及电压波形图3.2 组成部件的功能1. 上电指示电路:输入电源有电指示,接入电网220V交流电后指示灯亮。2. 变压电路:是降压变压器,它将电网220V交流电压变换成符合需要的交流电压,并送给整流电路,变压器的变比由变压器的副边电压确定。3. 整流电路:利用单向导电元件,把50Hz的正弦交流电变换成脉动的直流电。4. 滤波电路:可以将
11、整流电路输出电压中的交流成分大部分加以滤除,从而得到比较平滑的直流电压。5. 稳压电路:稳压电路的功能是使输出的直流电压稳定,不随交流电网电压和负载的变化而变化。4 各组成电路工作原理及方案的选择4.1 上电指示电路上电指示电路为输入电源有电指示,当稳压电源连接到市电AC220V后,有1红色电源指示灯亮。此稳压电源为简易直流稳压电源,所以要求体积比较小。如选用指示灯来指示会使得体积增大,所以一般均采用红色发光二极管来指示,这样体积小成本低。4.2 变压电路通常直流稳压电源使用电源变压器来改变输入到后级电路的电压。电源变压器由初级绕组、次级绕组和铁芯组成。初级绕组用来输入电源交流电压,次级绕组输
12、出所需要的交流电压。通俗的说,电源变压器是一种电磁电转换器件。即初级的交流电转化成铁芯的闭合交变磁场,磁场的磁力线切割次级线圈产生交变电动势。次级接上负载时,电路闭合,次级电路有交变电流通过。变压器的电路图符号见图2 Tr图2 变压器的电路图符号4.3 整流电路经过变压器变压后的仍然是交流电,需要转换为直流电才能提供给后级电路,这个转换电路就是整流电路。在直流稳压电源中利用二极管的单项导电特性,将方向变化的交流电整流为直流电。整流电路的种类如下:1. 半波整流电路半波整流电路只利用电源的正半周,电源的利用效率非常低,所以半波整流电路仅在高电压、小电流等少数情况下使用,一般电源电路中很少使用。2
13、. 全波整流电路全波整流电路每个整流二极管上流过的电流只是负载电流的一半,比半波整流小一倍。由于全波整流电路需要特制的变压器,制作起来比较麻烦,所以在实际运用中很少使用。3. 桥式整流电路桥式整流电路使用普通的变压器,每个整流二极管上流过的电流是负载电流的一半,与全波整流相同。桥式整流比全波整流多用了两个整流二极管,由于四个整流二极管连接成电桥形式,所以称这种整流电路为桥式整流电路。通常情况下桥式整流电路见图3 桥式整流电路图 桥式整流电路简化电路图 桥式整流电路电压、电流波形图图3 桥式整流电路图 为了克服半波整流和全波整流的缺点,在本设计中整流电路采用最常用的桥式整流电路。4.4 滤波电路
14、交流电经过整流后得到的是脉动直流电,这样的直流电源由于所含交流纹波很大,不能直接用作电子电路的电源。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。滤波电路的种类如下:1. 电容滤波电路电容滤波电路是利用电容的充放电原理达到滤波的作用。在脉动直流波形的上升段,电容充电,由于充电时间常数很小,所以充电速度很快;在脉动直流波形的下降段,电容放电,由于放电时间常数很大,所以放电速度很慢。在电容还没有完全放电时再次开始进行充电。这样通过电容的反复充放电实现了滤波作用。桥式整流电路电容滤波电路电压、电流波形见图4当时:当为有限值时:通常取 RC越大越大为获得良好滤波效果,一般取:(
15、T为输入交流电压的周期)图 4 桥式整流电路电容滤波电路电压、电流波形图2. 电感滤波电路电感滤波电路是利用电感对脉动直流的反向电动势来达到滤波的作用,电感量越大滤波效果越好。电感滤波电路带负载能力比较好,多用于负载电流很大的场合。3. RC滤波电路使用两个电容和一个电阻组成RC滤波电路,又称型RC滤波电路。这种滤波电路由于增加了一个电阻,使交流纹波都分担在这个电阻上。电阻和电容越大滤波效果越好,但电阻过大又会造成压降过大,减小了输出电压。一般电阻应远小于负载电阻。4. LC滤波电路与RC滤波电路相对的还有一种LC滤波电路,这种滤波电路综合了电容滤波电路纹波小和电感滤波电路带负载能力强的优点。
16、5. 有源滤波电路对滤波效果要求较高时,可以通过增加滤波电容的容量来提高滤波效果。但是受电容体积限制,又不可能无限制增大滤波电容的容量,这时可以使用有源滤波电路。有源滤波电路属于二次滤波电路,前级应有电容等滤波电路,否则无法正常工作。 本设计为简易直流稳压电源,综上所述,采用结构简单、价格低廉的电容滤波电路。4.5 稳压电路由于输入电压u1发生波动、负载和温度发生变化时,滤波电路输出的直流电压UI会随着变化。因此,为了维持输出电压UI稳定不变,还需加一级稳压电路。稳压电路的作用是当外界因素(电网电压、负载、环境温度)发生变化时,能使输出直流电压不受影响,而维持稳定的输出。稳压电路一般采用集成稳
17、压器和一些外围元件所组成。采用集成稳压器设计的稳压电源具有性能稳定、结构简单等优点。4.5.1 结构与符号将串联稳压电源和保护电路集成在一个器件上,这个器件就是集成稳压器。早期的集成稳压器外引线较多,现在的集成稳压器只有三个:输入端、输出端和公共端,称为三端集成稳压器。它的电路符号见图5,外形如图6所示。 图5 电路符号 图 6 三端集成稳压器外形4.5.2 线性三端集成稳压器的分类及型号1. 三端固定输出集成稳压器三端固定正输出集成稳压器,国标型号为CW78-/CW78M-/CW78L-三端固定负输出集成稳压器,国标型号为CW79-/CW79M-/CW79L-以上78和79系列系列最大输出电
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