電力電子技術(shù)課程設(shè)計–—可調(diào)直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1 設(shè)計目的及任務(wù)要求1</p><p><b>　　1.1設(shè)計目的1</b></p><p>　　1.2設(shè)計任務(wù)要求1</p><p>　　2 總體方案設(shè)計2</p><p>　　2.1 總體方案框

2、圖2</p><p>　　2.2 電源變壓器2</p><p>　　2.3 整流電路3</p><p><b>　　2.4濾波電路3</b></p><p><b>　　2.5穩(wěn)壓電路4</b></p><p>　　2.6其他元件的選擇5</p>&

3、lt;p>　　2.7可調(diào)直流穩(wěn)壓源電路原理圖6</p><p>　　3 可調(diào)直流穩(wěn)壓源仿真7</p><p><b>　　4總結(jié)8</b></p><p><b>　　參考文獻9</b></p><p>　　1 設(shè)計目的及任務(wù)要求</p><p><b&g

4、t;　　1.1設(shè)計目的</b></p><p>　　通過可調(diào)直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計、安裝和調(diào)試，要求學(xué)會：</p><p>　　（1）選擇變壓器、整流二極管、濾波電容及集成穩(wěn)壓器來設(shè)計直流穩(wěn)壓源；</p><p>　?。?）掌握直流穩(wěn)壓電路的調(diào)試及主要技術(shù)指標(biāo)的測試方法。</p><p><b>　　1.2設(shè)計任務(wù)要求<

5、;/b></p><p><b>　　1、主要技術(shù)指標(biāo)</b></p><p>　?。?）輸出電壓在1.26V-15V范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，輸出電流最大可達1A;</p><p>　?。?）輸出紋波電壓小于5mV，穩(wěn)壓系數(shù)小于3%，輸出電阻小于0.1Ω。</p><p><b>　　2、設(shè)計要求</b&g

6、t;</p><p>　?。?）合理選擇變壓器、集成穩(wěn)壓器、整流橋及二極管型號；</p><p>　　（2）完成電路理論設(shè)計、繪制電路圖及電路圖典型波形、自制印刷板并進行安裝調(diào)試；</p><p><b>　　2 總體方案設(shè)計</b></p><p>　　2.1 總體方案框圖</p><p>　　

7、可調(diào)直流穩(wěn)壓電源的原理框圖如下圖2-1所示，</p><p>　　圖2-1 可調(diào)直流穩(wěn)壓電源原理框圖</p><p><b>　　2.2 電源變壓器</b></p><p>　　城市電網(wǎng)提供的一般為220V（或380V）/50HZ的正弦交流電，電源變壓器的作用是將電網(wǎng)交流電壓變換成整流濾波電路所需要的交流電壓。然后再將其次級輸出電壓去整流、濾波

8、和穩(wěn)壓，最后得到所需要的直流電壓幅值。</p><p>　?。?）電源電壓變壓器參數(shù)介紹</p><p><b>　　a）電壓比 </b></p><p>　　初、次級電壓和線圈圈數(shù)具有以下關(guān)系，即:</p><p><b>　　b）效率 </b></p><p>　　在額定

9、功率時，變壓器的輸出功率和輸入功率的比值稱為變壓器的效率，即:</p><p>　　變壓器的效率與變壓器的功率等級有密切關(guān)系，通常功率越大，損耗就越小，效率也就越高；反之，功率越小，效率也就越低。</p><p><b>　　c）額定電壓</b></p><p>　　指在變壓器的初級線圈上所允許施加的電壓，正常工作時，變壓器初級繞組上施加的電壓

10、不得大于規(guī)定值。 </p><p><b>　　d）額定功率</b></p><p>　　額定功率是指變壓器在規(guī)定的頻率和電壓下能長期工作，而不超過規(guī)定溫升時次級輸出的功率。</p><p><b>　　e）調(diào)整率</b></p><p>　　變壓器的調(diào)整率=（空載電壓-滿載電壓）/滿載電壓。一般

11、10W以下變壓器的調(diào)整率在20%以上，要想在使用中降低變壓器的調(diào)整率，只有選大一些的功率變壓器，如3W的變壓器的調(diào)整率為28%，使用功率為1.5W，調(diào)整率為 12%。</p><p>　?。?）電源變壓器的選擇</p><p>　　由設(shè)計要求可知輸出最大電壓為12V，又考慮到電阻等元件上的壓降，故在選擇電源變壓器時，變壓器次級電壓應(yīng)在15V左右為宜。</p><p>

12、;<b>　　2.3 整流電路</b></p><p>　　橋式整流電路的作用是利用單向?qū)щ娦缘恼髟O管，將正負(fù)交替的正弦交流電壓整流成為單向脈動電壓。但是，這種單向電壓往往包含著很大的脈動成分，距離理想的直流電壓還差得很遠(yuǎn)。下圖即為整流電路部分的原理圖和經(jīng)整流后輸出的波形。</p><p>　　圖2-2整流電路原理圖</p><p>　

13、　圖2-3整流電路波形</p><p>　　整流橋的選擇:我們采用把四個二極管封裝在一起接成全橋的形式，選用的型號為平均電流為 2A（2W10，2W06等）。</p><p><b>　　2.4濾波電路</b></p><p>　　濾波電路由電容、電感等儲能元件組成。它的作用是盡可能地將單向脈動電壓中交流成分濾掉，使輸出電壓成為比較平滑的直流電

14、壓。濾波電路即是將電容并聯(lián)在整流電路上或者串聯(lián)上電感。其波形圖如圖2-4示。</p><p>　　圖2-4 濾波電路波形</p><p>　　電容的選擇：在整個電路中，有多處必須用到電容以使得輸出電壓更平滑更穩(wěn)定。</p><p><b>　　其中，</b></p><p>　　C1：濾波，C1=1200 µF

15、；</p><p>　　C2：抑制自激振蕩，C2=(0.1～0.3)µF/63V；</p><p>　　C3：濾波，用以減小輸出電壓的波紋電壓(即輸出電壓中的交變電壓分量)。 </p><p>　　C3=10uF/16V；</p><p>　　C4：濾波作用，使Uo中的波動減小;C4=100µF/16V</p>

16、;<p><b>　　2.5穩(wěn)壓電路</b></p><p>　　穩(wěn)壓電路的作用是采取某些措施，使輸出的直流電壓在電網(wǎng)電壓或負(fù)載電流發(fā)生變化時保持穩(wěn)定。 隨著集成技術(shù)的發(fā)展，穩(wěn)壓電路也迅速實現(xiàn)集成化。目前已能大量生產(chǎn)各種型號的單片集成穩(wěn)壓電路。集成穩(wěn)壓器具有體積小，可靠性高以及溫度特性好等優(yōu)點，而且使用靈活，價格低廉，被廣泛應(yīng)用于儀器，儀表及其它各種電子設(shè)備中，特別是三

17、端集成穩(wěn)壓器。</p><p>　　三端集成穩(wěn)壓器有多種型號：</p><p>　　正壓系列：78XX系列等</p><p>　　固定式三端穩(wěn)壓器 </p><p>　　負(fù)壓系列：79XX系列等</p><p><b>　　三端集成穩(wěn)壓器</b></p><p>　　正

18、壓系列：W317系列等</p><p>　　可調(diào)式三端穩(wěn)壓器 </p><p>　　負(fù)壓系列：W337系列等</p><p>　　在這里我們選用LM317，下圖2-5為其引腳圖。</p><p>　　圖2-5 LM317引腳圖</p><p>　　LM317具體工作原理:</p><p>　　

19、電路連接：輸入引腳接輸入正電壓,輸出引腳接負(fù)載,電壓調(diào)節(jié)引腳一個腳接電阻(200歐姆左右)接到輸出引腳,另一個接可調(diào)電阻(幾K)接于地，輸入和輸出引腳對地要接濾波電容。當(dāng)LM317穩(wěn)壓器離電源濾波器有一定距離時必須接電容。</p><p><b>　　但我們需要注意：</b></p><p>　?、泡斎胫辽僖容敵龈?V，否則不能調(diào)壓；</p><

20、p>　　⑵輸入電壓最高不能超過40V。輸出電流最好不超過1A。輸入12V的話，輸出最高就是10V左右。</p><p>　?、怯捎谒鼉?nèi)部還是線性穩(wěn)壓，因此功耗比較大。當(dāng)輸入輸出電壓差比較大且輸出電流也比較大時，注意317的功耗不要過大。一般加散熱片后功耗也不超過20W。因此電壓差大時建議分檔調(diào)壓。</p><p>　　另外，在使用LM317時要注意功耗、散熱問題。</p>

21、<p>　　2.6其他元件的選擇</p><p>　　降壓、整流、濾波、穩(wěn)壓器件是整個電路的核心部分，但是除此之外，還需要保護和調(diào)節(jié)部分，整個電路才能正常工作。</p><p>　　當(dāng)電容C3充電完成開始放電后，電流會通過在三端穩(wěn)壓集成塊的GND端，流入LM317，造成其被燒壞，為了解決這個反向電流，我們可以在GND于Vout端并上一個二極管即可。另外，當(dāng)LM317輸入端元件

22、短路時，出現(xiàn)UI<UO,則會產(chǎn)生一個由其輸出端經(jīng)LM317流入輸入端的反向泄放電流。這個電流將可能損壞LM317。為此，在LM317輸入、輸出端并上一個二極管即可保護LM317。對于二極管的選擇，一般選取1N4001或者1N4007。</p><p>　　為了調(diào)節(jié)最后的輸出電壓以提供不同情況下的需求，我們還必須添加電位器以控制輸出電壓的大小。（粗調(diào)）RP1：1.5KΩ，1/8W。（細(xì)調(diào)）RP2：220Ω，1

23、/8W。</p><p>　　由于LM317的穩(wěn)定工作要求的最小電流為：Iomin〞=1.5mA~5mA（安全），故取R1為180Ω——250Ω。</p><p>　　2.7可調(diào)直流穩(wěn)壓源電路原理圖</p><p>　　圖2-6 可調(diào)直流穩(wěn)壓電源原理圖</p><p>　　可調(diào)直流穩(wěn)壓電源工作過程分析：由于我們期望得出的最大電壓為15V左右，

24、而在橋式整流部分采用二極管連接而成的橋，其整流后輸出電壓平均值應(yīng)為，即對變壓器二次側(cè)輸出的電壓進行了升壓，整流后的電壓還存在著一定的脈動成分和其他干擾信號，因此將輸出電壓通過各電容進行濾波，便可得到脈動成分較小，波形較為平整的輸出電壓。濾波之后，由于各種干擾，輸出電壓信號或許不穩(wěn)定，但采用三端集成穩(wěn)壓器可對濾波電路輸出的電壓進行穩(wěn)壓，這樣我們便可以得到平整穩(wěn)定的直流電壓。為了實現(xiàn)可調(diào)，我們采用了電位器,來調(diào)節(jié)所需要的輸出電壓，其中，分別

25、為細(xì)調(diào)，粗調(diào)。這樣，可以實現(xiàn)輸出電壓在1.26V-15.2V范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，輸出電流最大可達1A。</p><p>　　3 可調(diào)直流穩(wěn)壓源仿真 </p><p>　　在以上原理的基礎(chǔ)上，為了保證我們的直流穩(wěn)壓電源能正常工作，有必要用proteus對其進行仿真，不同的輸出電壓從電壓表清晰可見。通過調(diào)節(jié)電位器（細(xì)調(diào)，粗調(diào)）可得到不同輸出的穩(wěn)定可調(diào)直流電壓。仿真結(jié)果如下圖3-1、圖3-2所示。&

26、lt;/p><p>　　圖3-1 直流穩(wěn)壓電壓源最大輸出電壓</p><p>　　圖3-2直流穩(wěn)壓電壓源最小輸出電壓</p><p>　　有了軟件的支持，我們再根據(jù)電路中各元件的具體參數(shù)選擇適當(dāng)?shù)脑?，在電路板上連成電路，按照電路圖焊接起來，再經(jīng)調(diào)試即可得到一個在1.26V-15.2V范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)的直流穩(wěn)壓電源。</p><p><b&g

27、t;　　4總結(jié)</b></p><p>　　在本次電力電子課程設(shè)計過程中，我學(xué)到了許多東西，但同時也遇到了很多問題。</p><p>　　首先，我們把平時在課堂上學(xué)到的電力電子理論知識同本次直流穩(wěn)壓可調(diào)電源的設(shè)計聯(lián)系起來，深刻理解了橋式整流可控與不可控的區(qū)別。在選擇器件時也懂得了各個器件選擇的原則及其工作原理，這對我們再以后的學(xué)習(xí)工作是很有幫助的。其次，理論設(shè)計和實踐總算存在

28、很大差距的，因此，在具體焊接電路之前，我們用proteus軟件繪制出了原理圖，并進行了仿真，通過調(diào)節(jié)電位器可以發(fā)現(xiàn)輸出電壓的確是平穩(wěn)的且在1.26V~15V可調(diào)，達到了預(yù)期設(shè)計目標(biāo)。</p><p>　　但在另一方面也遇到了很多問題。對我們來說理論是簡單的，實際電路卻麻煩很多，也容易出現(xiàn)很多問題。在使用proteus設(shè)計原理圖時，很容易的從元件庫里選出了各元件，也按照原理圖連好線，可是開始仿真時卻問題不斷，比如，

29、電壓表沒有示數(shù)而且報錯，在反復(fù)檢查電路連線和各元件參數(shù)后運行，仍然沒有報錯。最后，我們請教了老師，在老師指導(dǎo)下我們更改了電源的電壓為311V（峰值電壓），變壓器變壓比為60:1，然后運行，總算有了示數(shù)且也滿足要求。</p><p>　　從本次課程設(shè)計中，我們得到了很多啟示,又掌握了一個繪圖軟件，明白了團隊合作的重要性，關(guān)鍵時刻應(yīng)該多和老師討論等等?？傊?，這樣的課程設(shè)計對我們的動手實踐還是很有幫助的，我們可以把課堂

30、上的理論同實踐聯(lián)系起來，一方面加強了對理論知識的理解，另一當(dāng)面也增強了動手實踐的能力。在以后的學(xué)習(xí)工作過程中，我們應(yīng)該努力思考，把學(xué)習(xí)中的各種經(jīng)驗運用到工作中。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 王兆安，黃俊，電力電子技術(shù)，第4版，北京：機械工業(yè)出版社，2000.</p><p>　　[2] 王兆安，張明

31、勛，電力電子設(shè)備設(shè)計和應(yīng)用手冊，第2版，北京，機械工業(yè)出版社，2005</p><p>　　[3] 陳治明，電力電子器件基礎(chǔ)，北京，機械工業(yè)出版社，2005</p><p>　　[4] 李序葆，趙永健，電力電子器件及其應(yīng)用，北京，機械工業(yè)出版社，1996</p><p>　　[5] 李響初，數(shù)字電路基礎(chǔ)與應(yīng)用，北京，機械工業(yè)出版社，2008</p>&