直流稳压电源的制作的设计报告第三组.docx
- 文档编号:7275790
- 上传时间:2023-05-11
- 格式:DOCX
- 页数:14
- 大小:302.13KB
直流稳压电源的制作的设计报告第三组.docx
《直流稳压电源的制作的设计报告第三组.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《直流稳压电源的制作的设计报告第三组.docx(14页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
直流稳压电源的制作的设计报告第三组
电气系竞赛小组
设
计
报
告
课题名称:
直流稳压电源
组别:
第三组
成员:
薛秀康,戴庆波,曾俊杰,胡紫云
时间:
2010-11-24
一、课题名称:
直流稳压电源
二、内容摘要:
2.1为了达到直流稳压的功能,我们把电路分成四部分:
1):
电源变压
2):
整流
3):
滤波
4):
稳压
2.2相关资料:
直流稳压电源的组成及各部分作用
如图P4M1.1所示
为直流稳压电源的组成框图,其主要组成部分有电源变压器、整流器、滤波器、稳压器等。
图P4M1.1直流稳压电源的组成框图
由于大多数电子设备所需的直流电压一般为几至几十伏,而交流电网提供的220V(有效值)电压相对较大,因此电源变压(powersupplytransform)电路的作用就是用电源变压器对电网电压进行降压。
另外,变压器还可以起到将直流电源与电网隔离的作用。
整流(rectification)电路的作用是将降压后的交流电压转换为单向的脉动电压,这种脉动电压中包含有较大的直流电压成分,这是输出可以得到直流电的基础。
不过这种脉动电压中存在着很大的脉动成分(称为纹波),因此一般还不能直接用来给负载供电,需要进一步处理。
滤波(filtering)电路的作用是对整流电路输出的脉动电压进行滤波,从而得到纹波成分很小的直流电压。
经过整流滤波后的电压接近于直流电压,但是其电压值的稳定性很差,它受温度、负载、电网电压波动等因素的影响很大,因此,稳压(regulatedpower)电路的作用就是对输出电压进行稳压,从而保证输出直流电压的基本稳定。
直流稳压电源的类型可分为并联型、串联型及开关型。
三、设计任务和设计要求:
3.1任务:
1、制作放大环节串联型稳压电路
2、选择仪器仪表,测量电路的性能指标并分析
3、测试指标
1)稳压系数Sr
2)输出电阻Ro
3)温度系数ST
4)纹波电压Uγ
3.2要求:
输出的电压尽可能能稳定
四、总体方案选择的论证
4.1.方案框图:
变压
→
整流
→
滤波
→
稳压
4.2.论证过程及简要原理:
首先,我们将220V的电压输入变压器中,将变压器连入电路中,经过由四个二极管组成的桥式电路中进行整流作用,接着通过电解电容的滤波作用,然后经过稳压电路的稳压作用,调节可变电阻,从而获得我们所需要的输出电压。
五、单元电路的设计
5.1电压输入方案(用220V的电压)
说明:
用220V的直流电压输入变压器中来实现。
5.2整流滤波方案
5.3稳压输出
图P4M2.2具有放大环节的串联型稳压电路
六、总体电路
6.1总电路图如图6-11
图6-11
6.2工作原理
图P4M2.1(b)是具有放大环节的串联型稳压电路,该电路的工作原理如下。
(1)当负载RL不变,由于电网电压上升或负载输出电流下降导致输入电压UI增大时,输出电压UO有增大趋势,通过取样电阻的分压使比较放大管的基极电位UB2上升,因比较放大管的发射极电压不变(UE2=UZ),所以UBE2也上升,于是比较放大管导通能力增强,UC2下降,调整管导通能力减弱,调整管V1集射之间的电阻RCE1增大,管压降UCE1上升,使输出电压UO下降,保证了UO基本不变。
上述稳压过程表示如下:
(a)组成框图(b)电路图
图P4M2.1带有放大环节的串联型稳压电路
当输入电压减小时,稳压过程与上述过程相反。
(2)当输入电压UI不变,负载RL减小时导致负载输出电流增加,引起输出电压UO有减小趋势,则电路将产生下列调整过程:
UO减小时,通过取样电阻的分压使B点电压降低,稳压管V3电压不变,三极管V2的Ube降低,Ice减小,Rc2上电压降低,则三极管V1的Vcb降低,Vbe升高,则三极管V1的Vce降低,使输出端电压UO升高。
保证了UO基本不变
当负载RL增大时,稳压过程相反。
由此看出,稳压的过程实质上是通过负反馈使输出电压维持稳定的过程。
七、组装与调试
7.1使用的主要仪器:
220V直流电源、万用表、电烙铁、吸锡器电路板
7.2组装与调试的方法:
(1)我们采用的是边安装边调试的方法。
先把复杂的电路按设计图上的功能分成单元进行安装和调试,在单元调试的基础上逐步扩大安装和调试的范围,最后正式通电完成整机调试。
(2)所有元器件在组装前全部测试一遍,以保证所用元器件均合格。
(3)组装分立组件时应使其标志朝上或朝向易于观察的方向,以便于查找和更换。
(4)连接线在焊接前要涂上锡,使之更牢固。
(5)焊接集成时要留意它的发热,过热会使其无法正常工作。
(6)焊接时,边做边检查线路,边做边测试结果。
八、输出电压计算:
上图所示稳压电路中有一个电位器RP串接在R1和R2之间,可以通过调节RP来改变输出电压UO。
设计这种电路时要满足I2»IB2,因此,可以忽略IB2,I1≈I2,则
当RP的触点移到最上端时,V0为最小值。
即
V0=
当RP的触点移到最下端时,V0为最大值。
即
V0=
九、直流稳压电源性能指标
直流稳压电源的技术指标可分为两大类:
一类是特性指标,反映稳压电源工作特性的参数,如输出电流、输出电压及电压调节范围等;另一类是质量指标,反映稳压电源性能优劣的参数,包括稳压系数、输出电阻、纹波电压、温度系数等。
9.1特性指标
(1)最大输出电流IOmax
对于简单稳压二极管稳压电路,IOmax取决于稳压管最大允许工作电流。
串联式稳压电路和开关式稳压电路的IOmax取决于调整管的最大允许耗散功率和最大允许工作电流。
(2)输出电压UO和电压调节范围
对于简单稳压二极管稳压电路,UO=UZ且是不可调节的。
有些场合需要使用输出电压固定的电源,而有些场合则需要使用输出电压可调的电源,视具体情况而定。
一般直流稳压电源的输出范围可以从0V起调,且连续可调。
(3)保护特性
直流稳压电源必须设有过流保护和电压保护电路,防止负载电流过载或短路以及电压过高时,对电源本身或负载产生危害。
9.2质量指标
(1)稳压系数Sr
实际上常用输出电压的相对变化量和输入电压的相对变化量之比来表征电源的稳压性能,称之为稳压系数,即
S
(2)输出电阻Ro
输出电压变化量和负载电流变化量之比,定义为输出电阻,记为:
(3)温度系数ST
单位温度变化所引起的输出电压变化就是稳压值的温度系数或称温度漂移。
记为
(4)纹波电压U
在额定工作电流的情况下,输出电压中交流分量总和的有效值称为纹波电压U。
显然,这些参数值越小越好。
十、所用元器件的编号列表:
元器名称
型号
数目
说明
大功率三极管
3DD102C
1
Q1
三极管
8050
1
Q2
2200uF电解电容
1
C1
滤波
10uF电容
103
1
C2
二级管
IN4007
4
整流
可变电阻
1K
1
RP
固定电阻
若干
导线
若干
十一、知识拓展
11.1单向桥式整流电路
图1.4单向桥式整流电路
由图1.4可见,在U2的正半周内,二极管VD1、VD2导电,VD3、VD4截止;U2负半周时,VD3、VD4导电,VD1、VD2截止。
正、负半周均有电流流过负载电阻RL,而且无论在正半周还是在负半周,流过RL的电流方向是一致的,因而使用输出电压的直流成分得到提高,脉冲成份被降低。
桥式整流电路的波形如1.5。
由图1.4可见,桥式整流电路无需采用具有中心抽头的变压器,仍能达到全波整流的目的。
而且,整流二极管承受反向电压也不高,但是电路中需用四个整流二极管。
图1.5桥式整流电路波形图
11.2整流电路的主要参数
描述整流电路技术性能的主要参数有以下几项:
整流电路的输出直流电压即输出电压的平均值Uo(AV),整流电路输出的脉动系数S,整流二极管正向平均电流ID(AV),以及整流二极管承受的最大反向峰值电压URM。
现以应用比较广泛的单相桥式整流电路为例,具体分析上述各项主要参数。
1)输出直流电压Uo(AV)
输出直流电压Uo(AV)是整流电路的输出电压瞬时值uo在一个周期内的平均
值,即
Uo(AV)=
(ωt)
由图1.5可见,在桥式整流电路中
Uo(AV)=
u2sinωtd(ωt)=
U2=0.9U2
上式说明,在桥式整流电路中,负载上得到的直流电压约为变压器副边电压有效值的90%。
这个结果是在理想情况下得到的,如果考虑到整流电路内部二极管正向内阻和变压器等效内阻上的压降,输出直流电压的实际数值还要低一些。
2)脉动系数S
整流电路输出电压的脉动系数S定义为输出电压基波的最大值U01m与其平均值Uo(AV)之比,即
S=U01m/Uo(AV)
为了估算U01m,可将1.5中桥式整流电路的输出波形用傅立叶级数表示如下:
Uo=
U2(
COS2ωt—
COS4ωt—
COS6ωt…)
式中第一项为输出电压的平均值,第二项是其基波成分。
由式可见,基波频率为2ω,基波的最大值为
UO1m=
U2
因此脉动系数为
S=
/
=0.67
即桥式整流电路输出电压的脉动系数为67%。
通过比较多可知,桥式整流电路的脉动成分虽然比半波整流电路有所下降,但数值仍然比较大。
3)二极管正向平均电流ID(AV)
温升是决定半导体器件使用极限的一个重要指标,整流二极管的温升本来应该与通过二极管的电流有效值有关,但是由于平均电流是整流电路的主要工作参数,因此在出厂时已将二极管允许的温升折算成半波整流电流的平均值,在器件手册中给出。
在桥式整流电路中,二极管VD1、VD2、和VD3、VD4轮流导电,由图1.5的波形图可以看出,每个整流二极管的平均电流等于输出电流平均值的一半,即
ID(AV)=
IO(AV)
当负载电流平均值已知时,可以根据IO(AV)来选定整流二极管的ID(AV)。
4)二极管最大反向峰值电压URM
每个整流管的最大反向峰值电压URM是指整流管不导电时,在它两端出现的最大反向电压。
选管时应选耐压比这个数值高的管子,以免被击穿。
由图1.5很容易看出,整流二极管承受的最大反向电压就是变压器副边电压的最大值,即
URM=
U2
关于单相半波和单相全波整流的主要参数也可以利用上述方法进行分析,此处不再一一讲述,现将三种单相整流电路的主要参数列于下表:
表1.1单相整流电路的主要参数
主要参数
电路形式
UO(AV)/U2
S
ID(AV)/IO(AV)
URM/U2
半波整流
0.45
157%
100%
1.41
全波整流
0.90
67%
50%
2.83
桥式整流
0.90
67%
50%
1.41
由上表可知,在同样的U2之下,半波整流电路的输出直流电压最低,而脉动系数最高。
桥式整流电路和全波整流电路当U2相同时,输出直流电压相等,脉动系数也相同,但桥式整流电路中,每个整流管所承受的反向峰值电压比全波整流电路低,因此它的应用比较广泛。
1.4滤波电路
1.4.1电容滤波电路
无论哪种整流电路,它们的输出电压都含有较大的脉动成分。
除了在一些特殊的场合可以直接用作放大器的电源外,通常都采取一定的措施,一方面尽量降低输出电压中的脉动成分,另一方面又要尽量保留其中的直流成分,使输出电压接近于理想的直流电压,这样的措施就是滤波。
电容和电感都是基本的滤波元件,利用它们在二极管导电时储存一部分能量,然后再逐渐释放出来,从而得到比较平滑的波形。
或者从另一个角度看,电容和电感对于交流成分和直流成分反映出来的阻抗不同,如果把它们合理地安排在电路中,可以达到降低交流成分,保留直流成分的目的,体现出滤波的作用。
所以电容和电感是组成滤波电路的主要元件。
下面介绍常用的滤波电路。
为了便于说明工作原理,首先来分析下图所示的桥式整流、电容滤波电路。
图1.6桥式整流电路
图1.7电容滤波电路波形图
在负载电阻RL上并联一个电容为什么能起滤波作用呢?
没有接电容时,整流二极管VD1、VD2在u2的正半周导电,负半周时VD3、VD4导电,输出电压uo的波形如图1.7中虚线所示。
并联电容以后,在u2正半周,当二极管VD1、VD2导电时,由图1.6可见,二极管导电时,除了有一个电流i0流向负载外,同时还有一个电流ic向电容充电,电容电压uc的极性为上正下负,如图1.7所示。
如果忽略二极管的内阻,则在二极管导通时,uc(即输出电压uo)等于变压器副边电压u2。
当u2达到最大值以后开始下降,此时电容上的电压uc也将由于放电而逐渐下降。
当u2<uc时,二极管VD1、VD2被反向偏置,因而不导电,于是uc以一定的时间常数按指数规律下降,直到下一个半周,当︱u2︱﹥uc时,二极管VD3、VD4导电。
输出电压uo的波形如图中实线所示。
根据以上分析,对于电容滤波可以得到下面几个结论:
1、加了电容滤波以后,输出电压的直流成分提高了。
如在桥式整流电路中,当不接电容时,输出电压成为半个正弦波的形状,如图1.7中虚线所示。
在RL上并联电容以后,当二极管截止时,由于电容通过RL放电,输出电压仍较高,因此输出电压的平均值提高了。
从图1.7看出,加上电容滤波后,uo波形包围的面积显然比原来虚线部分包围的面积增大了。
2、加了电容滤波以后,输出电压中的脉动成分降低了。
这是由于电容的储能作用造成的。
当二极管导电时,电容被充电,将能量储存起来,然后再逐渐放电,把能量传送给负载,因此输出波形比较平滑。
由图1.7也可看出,uo的波形比之虚线部分的输出波形,脉动成分减少了,达到了滤波的目的。
3、电容放电的时间常数T=RLC愈少,放电过程愈慢,则输出电压愈高,同时脉动成分也愈少,即滤波效果愈好。
由图1.6可见,当RLC=∞(可以认为负载开路)时,输出电压的平均值Uo(AV)=
U2脉动系数S=0。
为此,应选择大容量的电容作为滤波电容,而且要求RL也大,因此,电容滤波适用于负载电流比较小的场合。
图1.8RLC变化对电容滤波电路Uo的影响
4、由图1.8将随着输出直流电流Io(AV)而变化。
当负载开路,即Io(AV)=0(RL=∞)时,电容充电到U2的最大值以后不再放电,则输出直流电压Uo(AV)=
U2。
当Io(AV)增大(即RL减小)时,由于电容放电过程加快而使Uo(AV)下降。
如果忽略整流电路的内阻,桥式整流加电容滤波电路后,其Uo(AV)值的变化范围在
U2至0.9U2之间。
若考虑电流在二极管和变压器等效内阻上的降落,则Uo(AV)值更低。
输出电压Uo(AV)与输出电流Io(AV)之间的关系曲线称为电路的外特性。
电容滤波电路的外特性见图1.9。
由此图可知,随着输出电流的增加,电容滤波电路的输出电压下降很快,即它的外特性比较软,所以电容滤波适用于负载电流变化不大的场合。
图1.9电容滤波的外特性
5、接入电容以后,整流二极管的导电时间缩短了。
由图1.7可知,二极管的导电角小于180°,而且电容放电时间常数愈大,则导电角愈小。
由于加了电容滤波以后,平均输出电流比原来提高了,而导电角却减小了,因此,整流管在短暂的导电时间内流过一个很大的冲击电流,对管子的寿命不利,所以必须选择较大容量的整流二极管。
为了得到比较好的滤波效果,在实际工作中经常根据下式来选择滤波电容的容量(在全波或桥式整流情况下):
RLC≥(3—5)T/2
其中T为电网交流电压的周期。
由于电容值比较大,约几十至几千微法,一般选用电解电容器。
接入电路时,注意电容的极性不要接反。
电容器的耐压值应该大于
U2。
当滤波电容的容值满足上式时,可以认为输出直流电压近似为
Uo(AV)=1.2U2
此时脉动系数S约为20%-10%左右。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 直流 稳压电源 制作 设计 报告 第三