《电工与电子技术基础》课设完美通过版文档格式.docx
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5.3滤波电路。
8
5.4稳压电路。
9
6、收获与体会,存在的问题等。
11
7、参考文献。
12
8、附件。
13
一、课题名称与技术要求:
设计课题:
简易直流稳压电源
主要技术指标和要求:
(1)输出直流电压UO的调节范围为3—12V,且连续可调;
(2)最大输出电流ILM≤200mA;
(3)稳压系数Sr<
10%;
(4)具有过流保护功能。
二、摘要:
在各种电子电路中,总离不开电源电路。
在工农业生产和科学实验中,主要采用交流电,但是在某些场合,例如电解、电镀、蓄电池的充电、直流电动机等,都需要用到直流电源供电。
此外在电子电路和自动控制装置中,通常都需要电压稳定的直流电源供电。
直流稳压电源,能为负载提供稳定直流电源的电子装置。
直流稳压电源的供电电源大都是交流电源,交流电在产生、电能输送等方面具有独特的优点,发电站、各市电网中的电能传输都是以交流电的形式进行输送。
当交流供电电源的电压或负载电阻变化时,稳压器的直流输出电压都会保持稳定。
直流稳压电源随着电子设备向高精度、高稳定性和高可靠性的方向发展,对电子设备的供电电源提出了高的要求。
假如我们对市电提供的传统电压进行降压整流滤波等一系列过程,把交流电转换成直流电,那么就能获得我们所需要的直流电压。
此次课程设计就是这样一个过程,将220V的交流电转化为我们需要的直流电源,此处为3V到12V。
本课程设计目的在于培养我们自主设计制作的能力,集成直流稳压电源的设计要求是比较基本的设计,设计中包括电源变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路四个部分。
通过四部分的组合将220V交流电压转变为设计要求直流电。
三、总体设计方案论证及选择:
因为我们要得到的直流电源的是3—12V的稳定直流电压,而我们平常的生活用电220V的交流电,所以我们必须变压,变压后经过整流变成直流。
但此时的直流电压波动很大,脉动的直流电压还含有较大的波纹,所以我们要对其进行滤波,得到波动较小的直流电。
为了保证得到基本恒定的直流电和电源基本不受电网电压不稳定对电源输出的影响,应加稳压电路。
因此需要以下几部分电路。
(1)电源变压器T的作用是将电网220V的交流电压变换成整流滤波电路所需要的交流电压Ui。
变压器副边与原边的功率比为P2/
P1=η,式中η是变压器的效率。
(2)整流滤波电路:
整流电路将交流电压Ui变换成脉动的直流电压。
再经滤波电路滤除较大的纹波成分,输出纹波较小的直流电压U0。
常用的整流滤波电路有半波整流滤波、全波整流滤波、桥式整流滤波等。
然而单相桥式整流电路与半波整流电路相比,在相同的变压器副边电压下,对二极管的参数要求式一样的,并且还具有输出电压高、变压器利用率高、脉动小等优点,因此在次设计中我选用单相桥式整流电路。
经整流后的电压仍具有较大的交流分量,必须通过滤波电路将交流分量滤掉。
尽量保留其输出中的直流分量,才能获得比较平滑的直流分量。
可以利用电容两端电压不能突变或流经电感的电流不能突变的特点,将电容与负载并联,或将电感与负载串联就能起来滤波作用。
此次设计中我们将电容与负载并联。
(3)三端集成稳压器:
常用的集成稳压器有固定式三端稳压器与可调式三端稳压器。
常用可调式正压集成稳压器有CW317(LM317)系列,LM317作为输出电压可变的集成三端稳压块,是一种使用方便、应用广泛的集成稳压块。
电子爱好者经常用317稳压块制作输出电压可变的稳压电源。
在此次设计中我们选用可调式正压集成稳压器。
四、设计方案的原理框图,总体电路原理图及说明:
直流稳压稳压电源基础功能由由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四个部分组成,如图1所示,在这四部分基础功能上按设计要求需要在添加上过流保护环节。
+电源+整流+滤波+稳压+
u1u2u3uIU0
_变压器_电路_电路_电路_
(a)稳压电源的组成框图
u1u2u3uIU0
0t0t0t0t0t
(b)整流与稳压过程
图1稳压电源的组成框图及整流与稳压过程
电网供给的交流电压u1经电源变压器降压后,得到符合电路需要的交流电压u2,然后由整流电路变换成方向不变、大小随时间变化的脉动电压u3,再用滤波器滤去其交流分量,就可以得到比较平直的直流电压u4。
但这样的直流输出电压,还会随交流电网的波动或负载的变动而变换。
在对直流供电要求高的场合,还需要使用稳压电路,以保证输出直流电压Uo更加稳定。
直流稳压电源的原理图为三端可调式集成稳压电路。
其整流部分为单相桥式整流电路;
滤波部分为电容滤波电路;
稳压部分为集成电路组成的三端可调式稳压电路,它由防自激振荡电容C1,稳压集成块LM317K,放电保护D5、D6,调幅部分由滑动变阻器Rw,去高频电容C2组成。
整个稳压电路的稳压过程为:
当电网波动、温度变化时输入LM317K的电压在正常工作的范围内,LM317K的输出端电压是保持不变的,从而流过电阻R1、Rw中的电流没有改变,导致最后的输出电压Uo没有变化;
当调节滑动变阻器Rw是可以调节输出电压Uo的输出值。
总体电路图:
五、单元电路设计,主要元器件选择与电路参数计算:
5.1电源变压器
电源变压器的作用是将220V的交流电压,变换成整流滤波电路所需要的交流电压。
因为我们需要的是低电压,所以必须要一个变压器将电网的市电降低至我们所需要的.电源变压器的效率为:
其中:
是变压器副边的功率,
是变压器原边的功率。
一般小型变压器的效率如表1所示:
表1小型变压器的效率
副边功率
效率
0.6
0.7
0.8
0.85
5.2整流电路
单相桥式整流电路如图所示,四只整流二极管D1~D4接成电桥的形式,故有桥式整流电路之称。
单相桥式整流电路的工作原理为简单起见,二极管
用理想模型来处理,即正向导通电阻为零,反向电阻为无穷大。
在v2的正半周,电流从变压器副边线圈的上端流出,只能经过二极管D1流向RL,再由二极管D3流回变压器,所以D1、D3正向导通,D2、D4反偏截止。
在负载上产生一个极性为上正下负的输出电压。
其电流通路可用图中实线箭头表示。
在v2的负半周,其极性与图示相反,电流从变压器副边线圈的下端流出,只能经过二极管D2流向RL,再由二极管D4流回变压器,所以D1、D3反偏截止,D2、D4正向导通。
电流流过RL时产生的电压极性仍是上正下负,与正半周时相同。
其电流通路如图中虚线箭头所示。
综上所述,桥式整流电路巧妙地利用了二极管的单向导电性,将四个二极管分为两组,根据变压器副边电压的极性分别导通,将变压器副边电压的正极性端与负载电阻的上端相连,负极性端与负载电阻的下端相连,使负载上始终可以得到一个单方向的脉动电压。
5.3滤波电路
滤波电路下图:
用于滤去整流输出电压中的纹波,一般用电抗元件组成。
因此滤波又分电容率波和电感滤波。
这里采用电容滤波。
电路如下图所示:
5.4稳压电路
因为要求输出电压可调,所以选择三端可调式集成稳压器。
可调式集成稳压器,常见主要有CW317、CW337、LM317、LM337。
317系列稳压器输出连续可调的正电压,337系列稳压器输出连可调的负电压,可调范围为1.2V~37V,最大输出电流为1.5A。
稳压内部含有过流、过热保护电路,具有安全可靠,性能优良、不易损坏、使用方便等优点。
其电压调整率和电流调整率均优于固定式集成稳压构成的可调电压稳压电源。
LM317系列和lM337系列的引脚功能相同,管脚图和典型电路如下图所示。
LM317其特性参数:
输出电压可调范围:
1.2V~37V
输出负载电流:
1.5A
输入与输出工作压差ΔU=Ui-Uo:
3~40V
能满足设计要求,故选用LM317组成稳压电路。
电源变压器的选择:
Uomax+(Ui-Uo)min≤Ui≤Uomin+(Ui-Uo)max
即12V+3V≤Ui≤3V+40V
取15V≤Ui≤43V
Uimin/1.1≤U2≤Uimax/1.1(此处自己计算)
取U2=20V.
变压器副边电流:
I2≥Iomax=200mA
取I2=200mA,则变压器的副边输出功率P2为:
P2≥U2I2=2.72W.
为留有余地选择,选用功率为10W的变压器。
故变压器选用20V/10W,50HZ即可。
整流二极管及滤波电容器的选择:
由于Urm=√2U2=√2*20=28.3V,Iomax=200mA
IN4001的反向击穿电压Urm≥50V,额定工作电流Id=1A,故整流二极管选用IN4001足矣。
滤波电容器,放电时间常数RC大一些,脉动就小一些。
一般要求RC≥(3~5)T/2,根据设计要求,取RC=5*T/2,所以RC=5/(50*2)=0.05s
再由R=U2/Iomax=20/0.2=100所以C=0.05/R=0.05/100F=500uF,
综上所述,选择C=500uF,耐压为35V的极性电容器。
其他电路元器件的选择:
输出电压Uo满足:
Uo=1.25(1+Rw/R1)
当Rw=0时,输出电压为1.25V。
在空载情况下,为了给了LM317的内部电路提供回路并保证输出电压的稳定,电阻R1不能选得过大,由于最小负载电流(25C)时Iomin为5mA,所以
R1<
1.25/Iomin=250
由于所设计的直流稳压电源的输出范围在3-12V之间的范围,所以滑动变阻器3R的变换范围为:
Rwmin=350Rwmax=2150的精密绕线电阻。
六、收获与体会,存在的问题等:
首先,在本次课程设计当中,我将通过从图书馆和电脑等途径获得的理论知识运用到实际操作中,体会到了其中的不易与难度。
在实际操作过程中,不仅需要考虑不同的设计方案,了解不同方案的优缺点,选取合适的方案,也要在理解基本的交直流变换、整流、滤波、稳压电路原理的基础上,选取合适的器件,选定基本参数。
同时,我也感到掌握课本上的理论知识的重要性,基本理论知识能使课程设计过程更加流畅,少走弯路,也为今后的应用做了准备。
在设计过程中,我经常会在一些琐碎的问题和一些没弄懂基本概念的小问题上停滞,可见在实际应用中每一个细小环节都应当特别注意,也反映了基本知识还是没有掌握到位,还需加强理解。
最后,此次课设还是我懂得了团队合作的重要性,一个人的力量是有限的,设计过程中我们每个人都积极解决问题,不断提供新思路,本次设计也是我们团队的结晶。
在相互间的通力协作之下最终顺利完成本次课程设计。
六、参考文献:
1.《电工学》(第七版下册)高等教育出版社
秦曾煌主编
2.《对<
最简单直流稳压电源设计>
的补充》(1998《家庭电子》)
王进著
3.《电子技术辅导及习题精解》(第七版下册)延边大学出版社
孙明灿、徐晓静主编
4.《电子技术基础实验与课程设计》(第二版)电子工业出版社
高吉祥主编
5.《电子电路设计实验、测试》(第二版)华中理工大学出版社
谢自美主编
6.《电子技术基础实验研究与设计》电子工业出版社
陈兆仁主编
八、附件:
元件序号
名称
元件型号
数量
T
变压器
20V/10W50HZ
1
D1D2D3D4D5D6
二极管
IN4001
6
FUSH
保险丝
0.5A
C
电解电容
500uF/35V
C1
0.1uF
C2
10uF
C3
1uF
R1
电阻
250Ω
RW
电位器
2.2KΩ
U
稳压集成器LM317
可调范围1.2V~37V
评语
评审人:
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