模電直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)

ID:560699 · 發(fā)表于 2019-12-6 16:11

這是一份穩(wěn)壓直流電源的模擬電子技術(shù)的設(shè)計(jì)，在普通的穩(wěn)壓直流電源的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了雙穩(wěn)壓，可實(shí)現(xiàn)220v轉(zhuǎn)16-24等，具體需要使用者具體設(shè)置阻值和電壓

1、通過(guò)集成直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)，安裝和調(diào)試，學(xué)會(huì)選擇變壓器、整流二極管、濾波電路、集成穩(wěn)壓器及相關(guān)元器件設(shè)計(jì)直流穩(wěn)壓電源；
2 、仿真并焊接直流穩(wěn)壓電源。
3、掌握直流穩(wěn)壓電路的調(diào)試及主要技術(shù)指標(biāo)的測(cè)試方法。
1.2 設(shè)計(jì)要求
1、要求設(shè)計(jì)制作一個(gè)直流穩(wěn)壓電源，可將220V/50HZ交流電源輸出±12V(±5V)直流電壓；
2、仿真直流穩(wěn)壓電源；
3、電網(wǎng)供給的交流電壓U1為220V，50HZ。變壓器輸出電壓U2為18V～20V，50HZ。
4、穩(wěn)壓電源輸出直流電壓可調(diào)，且輸出電流可擴(kuò)展。
5、安裝調(diào)試后焊接

一、方案論證與比較

1.1 方案提出

方案一：由交流電壓源提供220V和50Hz的交流電壓U1，經(jīng)過(guò)電源變壓器，輸入18~20V的交流電壓U2，再經(jīng)過(guò)整流管，將交流電壓變直流電壓。信號(hào)經(jīng)過(guò) 型濾波電路，濾除直流電壓中含有的較大的紋波。接著信號(hào)進(jìn)入輸出電壓可調(diào)的穩(wěn)壓電路，輸出端加上萬(wàn)用表測(cè)量直流電壓中的紋波電壓，示波器可以用來(lái)檢測(cè)電壓信號(hào)。也可增加可調(diào)電阻，實(shí)現(xiàn)輸出電壓可調(diào)。

1.2設(shè)計(jì)方案的論證和選擇

1、利用電源變壓器將電網(wǎng)電壓變?yōu)樗杞涣麟妷骸?/font>

變壓器是變換交流電壓、電流和阻抗的器件，當(dāng)初級(jí)線圈中通有交流電流時(shí)，鐵芯(或磁芯)中便產(chǎn)生交流磁通，使次級(jí)線圈中感應(yīng)出電壓(或電流)。變壓器由鐵芯(或磁芯)和線圈組成，線圈有兩個(gè)或兩個(gè)以上的繞組，其中接電源的繞組叫初級(jí)線圈，其余的繞組叫次級(jí)線圈。在發(fā)電機(jī)中，不管是線圈運(yùn)動(dòng)通過(guò)磁場(chǎng)或磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)通過(guò)固定線圈，均能在線圈中感應(yīng)電勢(shì)，此兩種情況，磁通的值均不變，但與線圈相交鏈的磁通數(shù)量卻有變動(dòng)，這是互感應(yīng)的原理。變壓器就是一種利用電磁互感應(yīng)，變換電壓，電流和阻抗的器件。

2、利用整流電路將交流電壓變換為單方向脈動(dòng)的直流電壓。

單相橋式整流器電路的工作原理：電路中采用四個(gè)二極管，互相接成橋式結(jié)構(gòu)。利用二極管的電流導(dǎo)向作用，在交流輸入電壓U2的正半周內(nèi)，二極管D1、D3導(dǎo)通，D2、D4截止，在負(fù)載RL上得到上正下負(fù)的輸出電壓；在負(fù)半周內(nèi)，正好相反，D1、D3截止，D2、D4導(dǎo)通，流過(guò)負(fù)載RL的電流方向與正半周一致。如圖所示：

特點(diǎn)：輸出電壓高，紋波電壓小，管子承受的反向電壓較低，效率高。

優(yōu)勢(shì)：直流成分較高，電源變壓器利用率高。

3、利用濾波電路將整流輸出的脈動(dòng)直流電壓進(jìn)行平滑。

電容濾波電路原理：當(dāng)電路采用電容濾波，輸出端空載，設(shè)初始時(shí)電容電壓uC為零。接入電源后，當(dāng)u2在正半周時(shí)，通過(guò)D1、D3向電容器C充電；當(dāng)在u2的負(fù)半周時(shí)，通過(guò)D2、D4向電容器C充電，充電時(shí)間常數(shù)為。空載時(shí)橋式整流電容濾波電路中包括變壓器副邊繞組的直流電阻和二極管的正向?qū)娮琛Ｓ捎谝话愫苄。娙萜骱芸炀统涞浇涣麟妷簎2的最大值，如波形圖2（b）的時(shí)刻。此后，u2開(kāi)始下降，由于電路輸出端沒(méi)接負(fù)載，電容器沒(méi)有放電回路，所以電容電壓值uC不變，此時(shí)，uC＞u2，二極管兩端承受反向電壓，處于截止?fàn)顟B(tài)，電路的輸出電壓，電路輸出維持一個(gè)恒定值。

特點(diǎn)：（1）其適用于小電流負(fù)載。

（2）電容濾波電路的外特性比較軟。

4、利用穩(wěn)壓電路維持輸出電壓穩(wěn)定。

原理：穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路是利用穩(wěn)壓管在反向擊穿時(shí)電流可在較大范圍內(nèi)變動(dòng) 但擊穿電壓卻基本不變的特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)的

功能：穩(wěn)定電壓部分

作用：維持輸出電壓穩(wěn)定

二、系統(tǒng)的功能及設(shè)計(jì)框圖

2.1 系統(tǒng)的全部功能、要求及技術(shù)指標(biāo)。

1、制作一個(gè)直流穩(wěn)壓電源，可將220V/50HZ交流電源輸出±12V(±5V)直流電壓；

2、仿真直流穩(wěn)壓電源；

3、電網(wǎng)供給的交流電壓U1為220V，50HZ。變壓器輸出電壓U2為18V～20V，50HZ。

4、穩(wěn)壓電源輸出直流電壓可調(diào)，且輸出電流可擴(kuò)展。

2.2確定設(shè)計(jì)框圖（系統(tǒng)包含的單元電路及結(jié)構(gòu)）和總體設(shè)計(jì)方案

2.3單元電路的分析與設(shè)計(jì)：各功能模塊電路的定性說(shuō)明以及計(jì)算分析。

（1）電源變壓器：降壓，將220V的交流電壓變換為18~20V的輸出電壓電壓，以提供整流濾波電路所需電壓。

（2）橋式整流電路：利用橋式整流電路，把50Hz的正弦交流電變換成脈動(dòng)的直流電。

（3）濾波電路：把經(jīng)過(guò)橋式整流電路得到的直流電壓的紋波濾去，但其輸出電流電壓不太穩(wěn)定。

（4）穩(wěn)壓電路：進(jìn)一步消除紋波，提高電壓的穩(wěn)定性和帶載能力。

（5）穩(wěn)壓部分增加滑動(dòng)變阻器，實(shí)現(xiàn)輸出電壓在一定范圍內(nèi)可調(diào)。

三、系統(tǒng)調(diào)試分析

：固定輸出電壓電路

輸入電壓為220V，50Hz交流電壓，電路波形顯示為正弦波，符合技術(shù)指標(biāo)3。

調(diào)試萬(wàn)用表1，電源變壓器輸出的電壓U2為19.992V，在18V~20V范圍內(nèi)，符合技術(shù)指標(biāo)3。

電路將交流電源輸出為直流電壓，正端12.538V，負(fù)端-12.549V，基本滿足±12V直流電壓的要求，符合技術(shù)指標(biāo)1。

：可調(diào)輸出電壓電路

經(jīng)過(guò)橋式整流形成脈動(dòng)的直流電，再經(jīng)過(guò)濾波電路，部分紋波電路濾去，波形呈鋸齒波。

調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，輸出電壓變化，但此電路穩(wěn)壓效果較差，輸出電壓有略微浮動(dòng)。

四、結(jié)語(yǔ)

直流穩(wěn)壓電源是能為負(fù)載提供穩(wěn)定直流電源的電子裝置。直流穩(wěn)壓電源的供電電源大都是交流電源，當(dāng)交流供電電源的電壓或負(fù)載電阻變化時(shí)，穩(wěn)壓器的直流輸出電壓都會(huì)保持穩(wěn)定。本設(shè)計(jì)電路的裝置簡(jiǎn)單易懂，成本低，輸出二三十伏的可調(diào)直流電壓，具有較好的使用價(jià)值。

直流穩(wěn)壓電源引可廣泛應(yīng)用于國(guó)防、科研、大專院校、實(shí)驗(yàn)室、工礦企業(yè)、電解、電鍍、直流電機(jī)、充電設(shè)備等。（1)可用于各種電子設(shè)備老化，如PCB板老化，家電老化，各類IT產(chǎn)品老化，CCFL老化，燈管老化　(2)適用于需要自動(dòng)定時(shí)通、斷電，自動(dòng)記周期數(shù)的電子元件的老化、測(cè)試　(3)電解電容器脈沖老練　(4)電阻器，繼電器，馬達(dá)等測(cè)試?yán)暇殹?5)整機(jī)老練；電子元器件性能測(cè)試，例行試驗(yàn)。

個(gè)人感悟與體會(huì)：

本次的設(shè)計(jì)主要是自己通過(guò)自學(xué)Multisim12軟件，能夠熟練地進(jìn)行電路的仿真與電子設(shè)計(jì)，通過(guò)網(wǎng)上查閱相關(guān)資料，結(jié)合自己所學(xué)的相關(guān)知識(shí)，進(jìn)行了電路的設(shè)計(jì)與演示。在初期階段，由于軟件中含有英文，所以在初期會(huì)感覺(jué)困難，但是在我的堅(jiān)持努力下，開(kāi)始適應(yīng)了這個(gè)軟件。我認(rèn)為，對(duì)于做學(xué)問(wèn)這件事，應(yīng)之以恒的探索精神，因?yàn)閷?duì)于我們大學(xué)生來(lái)說(shuō)，自學(xué)能力非常重要，培養(yǎng)自學(xué)能力對(duì)我們今后的發(fā)展也是至關(guān)重要。不斷探索，不斷開(kāi)拓，才能將自己的自學(xué)能力得到提高。該軟件主要作用是仿真，對(duì)于我們今后的實(shí)際連接電路有重要的作用。當(dāng)有一種持之以恒的探索精神，因?yàn)閷?duì)于我們大學(xué)生來(lái)說(shuō)，自學(xué)能力非常重要，培養(yǎng)自學(xué)能力對(duì)我們今后的發(fā)展也是至關(guān)重要。不斷探索，不斷開(kāi)拓，才能將自己的自學(xué)能力得到提高。該軟件主要作用是仿真，對(duì)于我們今后的實(shí)際連接電路有重要的作用。

附錄1：元器件清單