应用电子专业串联型稳压电源的制作.doc
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4、学 号:0801100112 指导老师 :刘英泽 毕业设计日期:2013年03月11日 摘 要 串联型直流稳压电源一般由电源变压器整流滤波电路及稳压电路组成。变压器把高交流电变为需要的低压交流电。整流器把交流电变为直流电。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。本次设计主要采用串联型直流稳压电路通过220V 、50HZ交流电压经电源变压器降压后通过桥式整流VD1VD4整流成直流电再经过滤波电容平滑直流电减少直流电纹波系数。最后通过稳压器稳压将输出电压稳定在6V15V之间。关键词变压器滤波整流稳压目 录第1章 绪论11.1 引言11.2 概述11.3 直流稳压电源的应用2第2章
5、 稳压电源的工作原理及性能指标32.1 整体电路框图32.2 设计的要求3第3章 电路各部分元件的分析43.1 电源变压器43.1.1 变压器的结构43.1.2 变压器的原理4图3.1 变压器原理图(a)53.1.3 变压器的变压比53.2 整流电路53.2.1 半波整流电路53.2.2全波整流电路73.2.3 桥式整流电路83.3 滤波电路103.3.1 电容滤波电路103.3.2电感滤波电路123.3.3 倒L型滤波电路143.3.4 型滤波电路143.4 稳压电路153.4.1 电路组成和稳压原理153.4.2 输出电压及调整范围163.5 电路所有元件选择173.6 元件清单18总结1
6、9参考文献19致谢21第1章 绪论1.1 引言当今社会人们极大地享受着电子设备带来的便利,但是任何电子设备都有一个共同的电路电源电路。大到超级计算机、小到袖珍计算机,所有的电子设备都必须在电源电路的支持下才能正常工作。当然这些电源电路的样式、复杂程度千差万别。超级计算机的电源电路本身就是一套复杂的电源系统。通过这套电源系统,超级计算机各部分都能够得到持续稳定、符合各种复杂规范的电源供应。袖珍计算机则是简单多的电池电源电路。不过你可不要小看了这个电池电源电路,比较新型的电路完全具备电池能量提醒、掉电保护等高级功能。可以说电源电路是一切电子设备的基础,没有电源电路就不会有如此种类繁多的电子设备,我
7、们的生活也就不会这么丰富多彩了。 随着我们人类社会科技的发展,电气与电子设备已经不仅十分广泛的应用与科研方面,而起也已经广泛应用于我们的日常生活、工作与学习方面。而作为供应电气与电子设备的能源部件电源,已经被电气学者十分重视了,不仅对电源的功能提出了高的要求,而起对电源的稳定性也提出了更高的要求,面对如此之高的要求。我们要十分重视对电源理论和实践进行的学习和研究,所以这次做了串联直流稳压电源的设计。1.2 概述1955年美国的科学家罗那(G.H.Royer)首先研制成功了利用磁芯的饱和来进行自激振荡的晶体管直流变换器。此后,利用这以技术的各种形式的精益求精直流变换器不断地被研制和涌现出来,从而
8、取代了早期采用的寿命短、可靠性差、转换效率地的旋转和机械振子示换流设备。由于晶体管直流变换器的功率晶体管工作在开关状态,所以由此而制成的稳压电源输出的组数多、极性可变、效率高、体积小、重量轻,因而当时被广泛的应用于航天及军事电子设备。由于那时的微电子设备及技术十分落后,不能制作出耐压高、开关速度较高、功率较大的晶体管,所以这个时期的直流变换器只能采用低电压输入,并且转换的速度也不能太高。60年代,由于微电子技术的快速发展,高反压的晶体管出现了,从而直流变换器就可以直接由市电经整流、滤波后输入,不再需要工频变压器降压了,从而极大地扩大了它的应用范围,并在此基础上诞生了无工频降压变换器的开关电源。
9、省掉了工频变压器,又使开关稳压电源的体积和重量大为减小,开关稳压电源才真正做到了效率高、体积小、重量轻。70年代以后,与这种技术有关的高频,高反压的功率晶体管、高频电容、开关二极管、开关变压器的铁芯等元件也不断的研制和生产出来,使无工频变压器开关稳压电源得到了飞速的发展,并且被广泛的应用于电子计算机、通信、航天、彩色电视机等领域,从而使无工频变压器开关稳压电源成为各种电源的佼佼者。直至今日,在直流稳压电源领域,以电子计算机为代表的要求供电电压低,电流大的电源大都由开关电源担任,要求供电电压高,电流大的设备的电源由可控电源代之,小电流、低电压电源都采用集成稳压器。1.3 直流稳压电源的应用 直流
10、稳压电源可广泛应用于国防、科研、大专院校、实验室、工矿企业、电解、电镀、直流电机、充电设备等。第2章 稳压电源的工作原理及性能指标直流稳压电源一般由电源变压器,整流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。整流器把交流电变为直流电。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。本设计主要采用串联型直流稳压电路,通过220V 50HZ 交流电压经电源变压器降压后,通过桥式整流VD1VD4整流成直流电再经过滤波电容平滑直流电,减少直流电纹波系数。最后,通过稳压器稳压,将输出电压稳定在6V15V之间。2.1 整体电路框图整体电路框图如图2.1所示: 图2.1
11、 整体电路框图2.2 设计的要求 1.输出直流电压6V-15V,最大负载电流为100mA左右; 2.输出的直流电压能够稳定输出; 3.放大管具有恒流源负载; 4.有过流保护电路。第3章 电路各部分元件的分析3.1 电源变压器 在此为降压变压器,它是将电网220V交流电压变换成符合条件的交流电压,并送给整流电路,变压器的变比由变压器的副边电压确定。3.1.1 变压器的结构1.铁心铁心是变压器中主要的磁路部分。它是由表面涂有绝缘漆的热轧硅钢片叠装而成。铁心分为铁心柱和横片两部分,铁心柱套有绕组;横片是闭合磁路之用。铁心结构的基本形式有心式和壳式两种。2.绕组绕组是变压器的电路部分,它是用双丝包绝缘
12、扁线或漆包圆线绕成。变压器工作时与电源连接的绕组叫初级绕组,与负载连接的绕组叫次级绕组。3.1.2 变压器的原理如图3.1所示,当一个正弦交流电压加在初级线圈两端时,导线中就有交变电流并产生交变磁通,它沿着铁芯穿过初级线圈和次级线圈形成闭合的磁路。在次级线圈中感应出互感电势,同时也会在初级线圈上感应出一个自感电势,的方向与所加电压方向相反而幅度相近,从而限制了的大小。 图3.1 变压器原理图(a)3.1.3 变压器的变压比如上图在原绕组两端通入交变电流时,在铁芯内建立磁场,产生了磁通。磁通随着电流按正弦规律变化,变化的磁通穿过原,副边绕组产生感应电动势经分析得变压比n: 形象图为: 图3.2
13、变压器原理图(b)若n1,则,此类变压器为降压变压器。反之n1就是升压变压器。3.2 整流电路整流部分目的是利用单向导电元件把50Hz的交流变换成脉动的直流电,主要依靠二极管的单向导电性来实现。整流部分的电路形式有半波整流、全波整流、桥式整流。3.2.1 半波整流电路 (1)电路如图3.3所示,利用二极管的单向导电性,在负载Rl上得到单向脉动电压Vo。 (2)电路特点:电路结构简单,输出电压波动较大、频率低。输出的直流电压值为: (3.2.1) (3)工作原理:为正半周:D管导通,有输出电压;为负半周:D管截止,无输出电压。 图3.3 半波整流电路仿真一:半波整流电路要求:二极管(理想)1只仿
14、真电路:(4)参数计算1.输出的直流电压值为: (3.2.2)2.流过负载平均电流: (3.2.3) 3.流过整流二极管的平均电流: (3.2.4)4.整流二极管的最大反向电压: (3.2.5)5.二极管的选择: (1)D管得最大整流电流必须大于实际流过二极管的平均电流: (3.2.6)(2)D管得最大反向工作电压必须大于二极管实际所承受的最大反向峰值电压: (3.2.7)3.2.2全波整流电路(1)电路图:如图3.4所示,二极管D1、D2分别在的正、负半周导通。(2)电路特点:是输出电压波动小,变压需中心抽头,绕制复杂,成本高,笨重。(3)工作原理:在正半周:D1导通、D2管截止,负载中有电
15、流流过; 在负半周:D1截止、D2管导通,负载中有电流流过。 图3.4 全波整流电路仿真二:单向全波整流电路1、要求:二极管(理想)2只2、仿真电路: (4)参数计算 1.输出的直流电压值为: (3.2.8)2.流过负载平均电流: (3.2.9)3.流过整流二极管的平均电流: (3.2.10)4.整流二极管的最大反向电压: (3.2.11)5.二极管的选择:D管的最大整流电流必须大于实际流过二极管的平均电流:(3.2.12)D管的最大反向工作电压必须大于二极管实际所承受的最大反向峰值电压: (3.2.13)3.2.3 桥式整流电路 (1)电路图:如图3.5所示,二极管D1、D2、D3、D4四只
16、二极管结成电桥的形式,名称由此而来。 (2)工作原理:在的正半周,D1、D3导通,D2、D4截止,通过D1、D3给提供电流,方向由上向下;在的负半周,D2、D4导通,D1、D3截止,通过D2、D4给提供电流,方向仍然是由上向下,由此得到整流波形。 图3.5 桥式整流电路仿真三:桥式整流电路1.要求:整流桥(理想)1只2.仿真电路: (3)参数计算1、输出的直流电压值为: (3.2.14)2、流过负载平均电流: (3.2.3.2)3、流过整流二极管的平均电流: (3.2.15)4、整流二极管的最大反向电压: (3.2.16)5、二极管的选择:D管的最大整流电流必须大于实际流过二极管的平均电流:(
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