直流稳压电源--模电课程设计.doc
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1、目 录第一部分 设计任务1.1 设计题目及要求 11.2 备选方案设计与比较 21.2.1 方案一 31.2.2 方案二 41.2.4 两种方案的分析比较 6第二部分 设计方案 2.1 总体设计方案说明 72.2 模块结构与方框图 8第三部分 电路设计与器件选择3.1 功能模块一(变压器)93.2 功能模块二(整流电路) 133.3 功能模块三(滤波电路) 3.4 功能模块四(调整电路) 3.5 功能模块五(取样电路) 3.6 功能模块六(放大电路) 第四部分 整机电路 4.1 整机电路图(非仿真图) 214.2 元件清单 22第五部分 电路仿真 5.1 仿真软件简介 235.2 仿真电路图
2、245.3 仿真结果(附图) 25第六部分 安装调试与性能测量 6.1 电路安装 26 (推荐附整机数码照片) 6.2 电路调试 276.2.1 调试步骤及测量数据 286.2.2 故障分析及处理 296.3 整机性能指标测量(附数据、波形等) 30课程设计总结 31第一部分 设计任务1.1 设计题目及要求1设计制作一个学生实验用的“连续可调直流稳压电源”2主要技术指标与要求:(1)输入电压在220V10%时,输出电压从512V可调(且尽量向低端扩展),输出电流大于0.5A;(2)输出纹波电压小于5mV,稳压系数小于510-2,输出内阻小于0.2欧;(3)主要调整元件由晶体管构成;3发挥部分:
3、(1)具有过流保护、过压保护功能:输出电流超过0.7A时电路自动过流保护,输入交流电压超过250V时电路自动过压保护;(2)噪声尽可能低(注:由电路类型分析确定)。4通过分立直流稳压电源设计、安装和调试,要求学会:(1)选择变压器、整流二极管、滤波电容及分立稳压器来设计直流稳压电源;(2)掌握直流稳压电路的调试及主要技术指标的测试方法。1.2 备选方案设计与比较1.2.1 方案一采用变压器、二极管、电阻、稳压管、三极管等元器件。220V的市电经变压器变压后变成电压值较小的交流,再经桥式整流电路和滤波电路形成直流,稳压部分采用串联型稳压电路。比例运算电路的输入电压为稳定电压,且比例系数可调,所以
4、其输出电压也可以调节;同时,为了扩大输出大电流,集成运放输出端加晶体管,并保持射极输出形式,就构成了具有放大环节的串联型稳压电路。整流电路采用了桥式整流电路,元件是IN4007.电容C1起到滤波作用,将直流中的交流成分滤去,而C2可以防止复合调整管T1,T2产生自激振荡,一旦产生,电容将能将自激振荡信号旁路掉,同时兼滤波功能,使电路工作稳定性提高。(方案一原理图)1.2.2 方案二方案二中的变压、整流和滤波电路与方案一相同,方案二在过压保护电路上增加了可调电阻,由单电阻限流改成了可调分压式过压保护。同时在滤波电路之后增加了指示灯二极管D2。将方案一中R6,D4,Q1组成的限流式电路改为单个电阻
5、R6分流电路。将R7的一端从取样部分改接到滤波之后输出电压的一端。1.2.3 两种方案的分析比较方案二与方案一相比,增加了指示灯,使我们在调试时,可以方便检查电路是否焊接正确,将过压保护电路的单电阻限流改成了可调分压式过压保护,使稳压二极管选取更方便精确。由于方案一中R6,D4,Q1组成的限流式电路中稳压D4的稳压值为2.1V,在实物中很难找到此类稳压管,所以,我们不采用此限流式电路。所以不采用此方案。因此,我们最终选择了方案二。二设计方案2.1 总的设计方案说明方案总的思路如下:直流稳压电源一般由直流电源变压器、整流滤波电路及稳压电路所组成,基本框图如下。交流电源变压器整流电路滤波电路过压保
6、护过流保护稳压电路2.2 模块结构与方案图电网供给的交流电压u1(220V,50Hz)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,还会随交流电网电压的波动或负载的变动而变化。在对直流供电要求较高的场合,还需要使用稳压电路,以保证输出直流电压更加稳定 。整个稳压电路是一个具有电压串联负反馈的闭环系统,其稳压过程为:当电网电压波动或负载变动引起输出直流电压发生变化时,取样电路取出输出电压的一部分送入比较放大器,并与基准电压进行比较,产生的误差信号经T3
7、放大后送至调整管T2的基极,使调整管改变其管压降,以补偿输出电压的变化,从而达到稳定输出电压的目的。第三部分 电路设计与器件选择3.1 功能模块一(变压器电路)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=。式中,变压器的效率。一般整流滤波电路有2V以上的电压波动(设为UD)。调整管T1的管压降(UT1)CE应维持在3V以上,才能保证调整管T1工作在放大区。整流输出电压 最大值为12V桥式整流输出电压是变压器次级电压的1.2倍。当电网电压下降10%,变压器次级输出电压应能保证后续电路工作,那么电压器B1次级输出电压
8、(UB)omin(UD(UT1)CEUR4+(UO)MAX)1.2(UB)omin(2V3V+0.7112V)1.215V则变压器B1次级额定电压为:(UB)O(UB1)omin0.9(UB)O15V0.916.7V当电网电压上升+10%,变压器的输出功率最大。这时稳压电源输出的最大电流(IO)MAX为700mA。此时变压器次级电压(UB)OMAX为:(UB)OMAX(UB1)O1.1(UB)OMAX16V1.118V变压器B1的设计功率为:PB(UB)OMAX(IO)MAXPB118V700mA12.6VA为保证变压器留有一定的功率余量,确定变压器B的额定输出电压为17V,额定功率为13VA
9、。3.2 功能模块二(整流电路)其实桥式整流电路相当于理想二极管,即正偏时导通,电压降为零,相当于理想开关闭合;反偏时截止,电流为零,相当于理想开关断开。整流电路包括单向半波整流电路和桥式整流电路。半波整流电路结构简单,使用元件少,但整流效率低,输出电压脉动大。因此,它只适用于要求不高的场合。为了克服半波整流的缺点,常采用桥式整流电路。 本次实验采用了单相桥式整流滤波电路。这一部分主要由四个整流管D1D4组成,所以我们只需要计算其中一个的参数。整流管D1的最大整流电流为:(ID1)MAX0.5IO(ID1)MAX0.5700mA0.35A考虑到取样和放大部分的电流,可选取最大电流(ID1)MA
10、X为0.4A。整流管D1的耐压(VD1)RM即当市电上升10时D1两端的最大反向峰值电压为:(VD1)RM2(1+10%)UBIO=28V使用整流桥的原因:电源变压器在正负周期都有电流供给负载,电源变压器得到充分的利用,且效率高。3.3 功能模块三(滤波电路)整流电路将交流电变为脉动直流电,但其中含有大量的交流成分(称为纹波电压)。为了获得平滑的直流电压,应在整流电路的后面加接滤波电路,以滤去交流部分。常用的整流滤波电路有全波整流滤波,桥式整流滤波,倍压整流滤波。此电路采用的是电容滤波电路,即在桥式整流电路输出端与负载之间并联一个大电容。原理如下:在整流电路采用电容滤波后使二极管得到的时间缩短
11、,由于电容C充电的瞬时电流较大,形成了浪涌电流,容易损坏二极管,故在选择二极管时,必须留有足够的电流裕量,以免烧坏。滤波电容C满足:RLC=(35)T/2式中T为输入的交流信号周期;RL1为整流滤波电路的等效负载电阻这里主要计算滤波电容的电容量C1和其耐压VC1值。根据滤波电容选择条件公式可知滤波电容的电容量为(35)0.5TR,当取5时,市电频率是50Hz,则T为0.02S,R为负载电阻当最不利的情况下,即输出电压为12V,负载电流为700mA时:C150.5T(UOIO)C150.50.02S(12V0.7A)3000F当市电上升10时整流电路输出的电压值最大,此时滤波电容承受的最大电压为
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