直流稳压电源的设计.doc
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1、 毕业设计(论文) 直流稳压电源的设计专 业 电气工程及其自动化 学 生 班 号 学 号 指 导 教 师 答 辩 日 期 哈尔滨工业大学远程教育毕业设计(论文)评语姓名: 莫厚意 班号:201003 学号: 201003114720610004 专业:电气工程及其自动化 层次:高升专 学习中心: 哈工大网络教育学院 毕业设计(论文)题目: 直流稳压电源的设计 工作起止日期:2012年04 月1 日起至2012年05月29日止指导教师对毕业设计(论文)进行情况、完成质量的评价意见: 指导教师签字: 指导教师职称: 评阅人评阅意见: 评阅教师签字: 评阅教师职称: 答辩委员会评语: 根据毕业设计(
2、论文)的材料和学生的答辩情况,答辩委员会作出如下评定:学生 毕业设计(论文)答辩成绩评定为: 对毕业设计(论文)的特殊评语: 答辩委员会主 任(签字): 职 称: 答辩委员会副主任(签字): 答辩委员会委 员(签字): 年 月 日哈尔滨工业大学远程教育毕业设计(论文)任务书 姓 名:莫厚意 学习中心:哈工大网络教育学院 班 号:201003 层 次:高升专 学 号:201003114720610004 专 业:电气工程及其自动化 任务起止日期: 2012年04月1日至2012年05月29日 毕业设计(论文)题目: 直流稳压电源的设计 立题的目的和意义:随着现代科技的不断发展,各种各样的电气、电
3、子设备已经广泛的应用于日常工作、科研、学习等各个方面。电源作为电气、电子设备必不可少的能源供应部件,需求日益增加,而且对电源的功能、稳定性等各项指标也提出了更高的要求。对电源的研究和开发已经成为新技术、新设备开发的重要环节,在推动科技发展中起着重要作用。电源是各种电子、电器设备的动力,是自动化不可缺少的组成部分,几乎所有的电子电路都需要稳定的直流电源,因此直流稳压电源是应用极为广泛的一种电源。 技术要求与主要内容:a输出电压可调范围为1.217Vb最大输出电流为1.5Ac电压调整率为0.172%(输入电压220V变化范围15%20%下,)d负载调整率0.79%e纹波电压(峰-峰值)2.37mV
4、 进度安排:2012年04月1日 04月10日确定题目、提纲起草及审阅2012年04月11日 04月25日初稿提交及审阅2012年04月26日05月10日复稿提交及审阅2012年05月11日 05月26日终稿提交及审阅同组设计者及分工:指导教师签字:_ 年 月 日 教研室主任意见: 教研室主任签字:_ 年 月 日哈尔滨工业大学远程教育专科毕业设计(论文)摘 要随着现代科技的不断发展,各种各样的电气、电子设备已经广泛的应用于日常工作、科研、学习等各个方面。电源作为电气、电子设备必不可少的能源供应部件,需求日益增加,而且对电源的功能、稳定性等各项指标也提出了更高的要求。对电源的研究和开发已经成为新
5、技术、新设备开发的重要环节,在推动科技发展中起着重要作用。本设计分别用LM317三端稳压芯片稳压电路,LM317三端稳压芯片稳流电路和反馈式逆变电路设计直流稳压电源,直流稳流电源和DC-DC变换器。通过相关知识计算出各电路中各个器件的参数,使电路性能达到设计要求中的电压调整率,电流调整率,负载调整率,纹波电压等各项指标。关键词: LM317;电路设计;直流稳压电源AbstractWith the continuous development of modern technology, a variety of electrical and electronic equipment has be
6、en widely used in daily work, research, learning and other aspects. Power as the electrical and electronic equipment components essential for energy supply, increasing demand, but also the power, stability and other indicators also put forward higher requirements. The power of research and developme
7、nt has become the new technology, new equipment, development of an important link in the promotion of technological development plays an important role. The design of each chip with the LM317 three-terminal voltage regulator circuit, LM317 three-terminal regulator chip steady flow circuit and the fe
8、edback inverter circuit DC power supply, the DC stabilized power supply and DC-DC converter. Calculated through the knowledge of the various components of the circuit parameters to meet design requirements for the performance of the circuit voltage regulation, current regulation, load regulation, ri
9、pple voltage, and other indicators.Key words: LM317; DC power supply; inverter circuit 目 录摘 要IAbstractII目 录III绪 论1第1章直流稳压电源的工作原理及应用21.1直流稳压电源工作原理21.2直流稳压电源的技术指标21.3直流稳压电源的应用4第2章直流稳压电源电路的设计方案52.1可行的直流稳压电源电路设计方案52.2可行直流稳流电源电路设计方案82.3可行的DC-DC转换电路设计方案10第3章直流稳压电源电路的选用及参数计算133.1直流稳压电源电路的选用133.2直流稳流电源电路选用1
10、33.3 DC-DC转换电路的选用143.4直流稳定电源总电路图及工作原理153.4.1稳压模块工作原理153.4.2稳流模块工作原理153.4.3 DC-DC转换器模块工作原理163. 5主要参数的选择与计算16第4章直流稳压电源电路测试184.1DC-DC转换器测试184.2稳压模块的测试19结语21致谢22参考文献23附录2425 绪 论电源是各种电子、电器设备的动力,是自动化不可缺少的组成部分,几乎所有的电子电路 都需要稳定的直流电源,直流稳压电源是应用极为广泛的一种电源。在检定检修批示仪表时,除了要有合适的标准仪器外,还必须要有合适的直流电源及调节装置。当由交流电网供电时,则需要把电
11、网供给的交流电转换为稳压的直流电。大多数电子设备的直流供电方法都是将交流电源经过变压、整流、滤波、稳压变换为所需的直流电压。完成这种变换任务的电源成为直流稳压电源。交流电经过整流、滤波后变成直流电,虽然能够作为直流电源使用,但是,由于电网电压的波动,会使整流后输出的直流电压也随之波动。同时,使用中负载电流也是不断变动的,有的变动幅度很大,当它流过整流器的内阻是,就会在内阻上产生一个波动的电压降,这样输出电压也会随着负载电流的波动而波动。负载电流小,输出电压高,负载电流大,输出电压就低。直流电源电压产生波动,会引起电路工作的不稳定,对于精密的测量仪器、自动控制或电子计算装置等,将会造成测量、计算
12、的误差,甚至根本无法正常工作。因此,通常都需要电压稳定的直流稳压电源供电。第1章直流稳压电源的工作原理及应用1.1直流稳压电源工作原理直流稳压电源是一种将220V工频交流电转换成稳压输出的直流电压的装置,它需要经过变压、整流、滤波、稳压四个环节才能完成。四个环节的工作原理如下:1、电源变压器:是降压变压器,它将电网220V交流电压变换成符合需要的交流电压,并送给整流电路,变压器的变比由变压器的副边电压确定。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U1。常用的整流滤波电路有全波整流滤波、桥式整流滤波等。3、滤波电路:可以
13、将整流电路输出电压中的交流成分大部分加以滤除,从而得到比较平滑的直流电压各滤波电容C满足RL-C(35)T/2,或中T为输入交流信号周期,RL为整流滤波电路的等效负载电阻。4、稳压电路:稳压电路的功能是使输出的直流电压稳定,不随交流电网电压和负载的变化而变化。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,它们的输出电压从1.25V37伏可调,最简的电路外接元件只需一个固定电阻和一只电位器。其芯片内有过渡、过热和安全工作区保护,最大输出电流为1.5A。1.2直流稳压电源的技术指标直流电源的技术指标分为两种:一种是特性指标,包括允许输
14、入电压、输出电压、输出电流及输出电压调节范围等;另一种是质量指标,用来衡量输出直流电压的稳定程度,包括稳压系数(或电压调整率)、输出电阻(或电流调整率)、纹波电压(周围与随机漂移)及温度系数等。1.2.1特性指标1、输出电压范围符合直流稳压电源工作条件情况下,能够正常工作的输出电压范围。该指标的上限是由最大输入电压和最小输入输出电压差所规定,而其下限由直流稳压电源内部的基准电压值决定。2、最大输入输出电压差该指标表征在保证直流稳压电源正常工作条件下,所允许的最大输入输出之间的电压差值,其值主要取决于直流稳压电源内部调整晶体管的耐压指标。3、最小输入输出电压差该指标表征在保证直流稳压电源正常工作
15、条件下,所需的最小输入输出之间的电压差值。4、输出负载电流范围输出负载电流范围又称为输出电流范围,在这一电流范围内,直流稳压电源应能保证符合指标规范所给出的指标。1.2.2质量指标1、电压调整率SV电压调整率是表征直流稳压电源稳压性能的优劣的重要指标,又称为稳压系数或稳定系数,它表征当输入电压VI变化时直流稳压电源输出电压VO稳定的程度,通常以单位输出电压下的输入和输出电压的相对变化的百分比表示。2、电流调整率SI电流调整率是反映直流稳压电源负载能力的一项主要自指标,又称为电流稳定系数。它表征当输入电压不变时,直流稳压电源对由于负载电流(输出电流)变化而引起的输出电压的波动的抑制能力,在规定的
16、负载电流变化的条件下,通常以单位输出电压下的输出电压变化值的百分比来表示直流稳压电源的电流调整率。3、纹波抑制比SR纹波抑制比反映了直流稳压电源对输入端引入的市电电压的抑制能力,当直流稳压电源输入和输出条件保持不变时,纹波抑制比常以输入纹波电压峰峰值与输出纹波电压峰峰值之比表示,一般用分贝数表示,但是有时也可以用百分数表示,或直接用两者的比值表示。4、温度稳定性K集成直流稳压电源的温度稳定性是以在所规定的直流稳压电源工作温度Ti最大变化范围内(TminTiTmax)直流稳压电源输出电压的相对变化的百分比值。1.2.3极限指标1、最大输入电压是保证直流稳压电源安全工作的最大输入电压。2、最大输出
17、电流是保证稳压器安全工作所允许的最大输出电流。1.3直流稳压电源的应用直流稳压电源是电子技术领域不可缺少的设备,常见的直流稳压电源,大都采用串联式反馈式稳压原理,通过调整输出端取样电阻支路中的电位器来调整输出电压。由于电位器阻值变化的非线性和调整范围窄,使普通直流稳压电源难以实现输出电压的精确调整。近几年随着科技的发展,直流稳压电源的工作频率有原来的几十千赫发展到现在的几百千,但是和西方的发达国家还是有一定的差距;以美国为首的几个发达国家在这方面的研究已经转向高频下电源的拓扑理论、工作原理、建模分析等等方面技术领先;因此,直流稳压电源的研制及应用在此方面与之也存在很大的差距。第2章直流稳压电源
18、电路的设计方案2.1可行的直流稳压电源电路设计方案经过多方查找资料,我认为直流稳压电源电路的设计可以采用两种大思路:采用分立元件设计或采用集成稳压芯片设计。分立元件的设计方案我查找到以下几种:2.1.1由晶体管构成的稳压电路:图 2-1晶体管构成的稳压电路此电路比较简单,电压可在1.5V-15V之间连续可调,R3决定最大输出电流,因放大倍数有限,内阻比用集成电路要大,虽然增加三极管可加大放大倍数、降低内阻,但电路会变得复杂,不利于分析。而且此电路没有过流保护装置,当电流过大时容易烧坏三极管。2.1.2由运算放大器和晶体管构成的稳压电路图2-2 运算放大器和晶体管构成的稳压电路如图a、b是由运算
19、放大器和晶体管构成的稳压电路。如图(a)是采用运算放大器的高稳定性基准电压电路,A1输出采用VDZ1进行电平移动,目的是使其工作稳定。VDZ2是温度补偿型稳压二极管,温度特性非常好。由于该二极管的电流恒定,因此电压变动非常小。VT1的发射极电压约为16V,因此,VDZ2的电流也恒定,输出电压非常稳定。如图(b)是误差放大器采用TA7502的稳压电路。如图(b)是输出电压高于稳压二极管稳定电压的电路。为了增大输出电流,采用VT1作为射随电路,输出电流为10mA左右时;只用TA7502已足够。VT2为限流晶体管,R1为电流检测电阻,当电路输出电流超过设定值时,R1上电压降增大使VT2导通,从而限制
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