不間斷直流穩(wěn)壓電源

1、模擬電子技術課程設計模擬電子技術課程設計 題目：不間斷直流穩(wěn)壓電源班級專業(yè)名稱 電氣工程及其自動化指導教師學生姓名 年 月摘要摘要 電子設備中都需要穩(wěn)定的直流電源，大多數(shù)是通過將交流電通過整流，濾波和穩(wěn)壓后獲得。整流電路用來將交流電壓換為單向脈動的直流電壓；濾波電路用來濾除其中的交流成分；穩(wěn)壓電路是用來維持輸出直流電源的穩(wěn)定。電子設備都離不開直流電源許多電子設備要由電力網(wǎng)上的交流電所變化的電流來提供，設備不同，對電源的要求也不同。目目 錄錄前言.2第 1 章 總體電路設計.21.1 設計原理.21.2 總體框圖.2第 2 章 單元電路設計.32.1 直流穩(wěn)壓電源的設計.32.11 變壓電路設計

2、.32.12 整流電路設計.32.13 濾波電路設計.42.14 穩(wěn)壓電路設計.42.2 切換電路的設計.62.3 欠壓指示電路的設計.6第 3 章 總原理圖設計.73.1 原理圖.73.2 元器件清單.7第 4 章 仿真電路設計.84.1 仿真軟件介紹.84.2 仿真電路圖.84.3 仿真結果.8第 5 章 課程設計總結.8致謝.8參考文獻.9前言當今社會人們極大的享受著電子設備帶來的便利，但是任何電子設備都有一個共同的電路-電源電路。大到超級計算機、小到袖珍計算器，所有的電子設備都必須在電源電路的支持下才能正常工作。當然這些電源電路的樣式、復雜程度千差萬別。超級計算機的電源電路本身就是一套

3、復雜的電源系統(tǒng)。通過這套電源系統(tǒng)，超級計算機各部分都能夠得到持續(xù)穩(wěn)定、符合各種復雜規(guī)范的電源供應。袖珍計算器則是簡單多的電池電源電路。不過你可不要小看了這個電池電源電路，比較新型的電路完全具備電池能量提醒、掉電保護等高級功能?？梢哉f電源電路是一切電子設備的基礎，沒有電源電路就不會有如此種類繁多的電子設備能為負載提供穩(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，當交流供電電源的電壓或負載電阻變化時，穩(wěn)壓器的直流輸出電壓都會保持穩(wěn)定。 直流穩(wěn)壓電源隨著電子設備向高精度、高穩(wěn)定性和高可靠性的方向發(fā)展，對電子設備的供電電源提出了高的要求。穩(wěn)壓電源的分類，按輸出電源的類型分有直流穩(wěn)壓電源

4、和交流穩(wěn)壓電源。1、設計任務 不間斷直流穩(wěn)壓電源2、設計要求1不間斷輸出直流電壓+12V。2當電網(wǎng)供電時，由電網(wǎng)提供電源，當電網(wǎng)停電時，自動切換為電平供電。3要求有電網(wǎng)供電指示，電平電壓低于 10.5V 時有欠壓指示。用一個 DC12V 的繼電器。第 1 章 總體電路設計1.1 設計原理根據(jù)直流穩(wěn)壓電源的設計，通過降壓、整流、濾波、穩(wěn)壓可設計出 12 伏的穩(wěn)壓電源。設計一個切換電路可實現(xiàn)：當電網(wǎng)供電時，由電網(wǎng)提供電源，當電網(wǎng)停電時，自動切換為電平供電。通過一個電壓比較器控制繼電器，從而實現(xiàn)欠壓指示。1.2 總體框圖降壓穩(wěn)流濾波穩(wěn)壓切換電路12v 輸出12v 電平電壓比較器繼電器指示燈2.1 直

5、流穩(wěn)壓電源的設計2.11 變壓電路設計：通常直流穩(wěn)壓電源使用電源變壓器來改變輸入到后級電路的電壓。電源變壓器由初級繞組、次級繞組和鐵芯組成。初級繞組用來輸入電源交流電壓，次級繞組組輸出所需要的交流電壓。通俗的說，電源變壓器是一種電磁電轉換器件，即初級的交流電轉化成鐵芯的閉合交變磁場，磁場的磁力線切割次級線圈產(chǎn)生交變電動勢。次級接上負載時，電路閉合，次級電路有交變電流通過。如下圖所示：T12.12 整流電路設計：整流電路的主要作用是由整流電路、直流中間電路和逆變電路三部分以及有關的輔助電路組成。在電流型變頻器中整流電路的作用相當于一個直流電流源，而在電壓型變頻器中整流電路的作用則相當于一個直流電

6、壓源。經(jīng)過變壓器變壓后的仍然是交流電，需要轉換為直流電才能提供給后級電路，這個轉換電路就是整流電路。在直流穩(wěn)壓電源中利用二極管的單項導電特性，將方向變化的交流電整流為直流電。整流電路的種類如下： 1、半波整流半波整流電路只利用電源的正半周，電源的利用效率非常低，所以半波整流電路僅在高電壓、小電流等少數(shù)情況下使用，一般電源電路中很少使用。 2、全波整流全波整流電路每個整流二極管上流過的電流只是負載電流的一半，比半波整流小一倍。由于全波整流電路需要特制的變壓器，制作起來比較麻煩，所以在實際運用中很少使用。 3、橋式整流橋式整流電路使用普通的變壓器，每個整流二極管上流過的電流是負載電流的一半，與全波

7、整流相同。橋式整流比全波整流多用了兩個整流二極管，由于四個整流二極管連接成電橋形式，所以稱這種整流電路為橋式整流電路。電路圖如圖所示：V1220 Vrms 50 Hz 0 T1J3Key = A D11J4B421243354為了克服半波整流和全波整流的缺點在本設計中整流電路采用最常用的橋式整流電路。2.13 濾波電路設計濾波電路利用電抗性元件對交、直流阻抗的不同，實現(xiàn)濾波。電容器對直流開路，對交流陰抗小，所以電容器應該并聯(lián)在負載兩端。電感對直流阻抗小，對交流阻抗大，因此電感應與負載串聯(lián)。經(jīng)過渺小濾波電路后，既可保留直流分量，又可濾掉一部分交流分量，改變了交直流成分的比例，減小了電路的脈動系數(shù)

8、，改善了直流電壓的質量。濾波電路的種類如下：1、電容濾波電路電容濾波電路是利用電容的充放電原理達到濾波的作用。在脈動直流波形的上升段，電容充電，由于充電時間常數(shù)很小，所以充電速度很快；在脈動直流波形的下降段，電容放電，由于放電時間常數(shù)很大，所以放電速度很慢。在電容還沒有完全放電時再次開始進行充電。這樣通過電容的反復充放電實現(xiàn)了濾波作用。2 電感濾波電路電感濾波電路是利用儲能元件電感器的電磁感應使電流不能突變的性質，把電感與整流電路的負載串聯(lián)，也可以起到濾波的作用。3、復式濾波電路當單獨使用電容或電感進行濾波，效果仍不理想時，可采用復式濾波電路。復式濾波電路常用的有三種類型，它們的電路組成原則是

9、，把對交流阻抗大的元件與負載串聯(lián)，以降落較大的紋波電壓，而把對交流阻抗小的元件與負載并聯(lián)以旁路較大的紋波電流。本設計為簡易直流穩(wěn)壓電源，綜上所述，采用結構簡單、價格低廉的電容濾波電路。2.14 穩(wěn)壓電路設計由于輸入電壓發(fā)生波動、負載和溫度發(fā)生變化時，濾波電路輸出的直流電壓會隨著變化。因此，為了維持輸出電壓穩(wěn)定不變，還需加一級穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓電路的作用是當外界因素（電網(wǎng)電壓、負載、環(huán)境溫度）發(fā)生變化時，能使輸出直流電壓不受影響，而維持穩(wěn)定的輸出。穩(wěn)壓電路一般采用集成穩(wěn)壓器和一些外圍元件所組成。采用集成穩(wěn)壓器設計的穩(wěn)壓電源具有性能穩(wěn)定、結構簡單等優(yōu)點。 將串聯(lián)穩(wěn)壓電源和保護電路集成在一個器件上，這個

10、器件就是集成穩(wěn)壓器。早期的集成穩(wěn)壓器外引線較多，現(xiàn)在的集成穩(wěn)壓器只有三個：輸入端、輸出端和公共端，稱為三端集成穩(wěn)壓器。如圖U1LM7812CTLINEVREGCOMMONVOLTAGE三端集成穩(wěn)壓器的工作原理如圖：三端集成穩(wěn)壓器的基本應根據(jù)題目 12 伏電源的要求，本設計用 cw7812 更為適合。2.2 切換電路的設計切換電路實現(xiàn)的功能是：當交流市電斷開時，自動轉換到蓄電池供電；當交流市電恢復時，自動轉換到交流市電供電，并且同時給蓄電池充電。我們設計的切換電路圖如下所示：圖中的 V38,R70,R71,V33 和 V32 實際上構成了一個電源低電壓檢測和控制電路。 主電源 12V 正常供電時

11、 V38 穩(wěn)壓二極管正常導通， 這樣在 R70 上產(chǎn)生 1V 多的電壓，此電壓通過 R71 使 V32 的 B-E結 導通，所以 V32 處在全導通狀態(tài)，其集電極 C 上的電壓近似為 0， 這樣 V33 的 B-E 結也導通，V33 也處于全導通狀態(tài)，此時 VO =VCC，后面的負載由主電源供電，同時 VCC 通過 R87 和 V43 對“電池“進行充電?，F(xiàn)在分析關閉主電源的瞬間。外 12V 電源剛被關閉的時候，電源電壓從 12V 開始下降，當電壓降到約 11V 時, V38 截止，R70 上的電壓失去，V32 失去 B-E 結導通電壓，因而也進入截止狀態(tài)，同樣道理，V33 也立即截止，VCC

12、 就無法通過 V33，此時改由“電池”通過 R74 供電。2.3 欠壓指示電路的設計R11kU27413247651V310.5 V 12R91kR101k18Q32N2222AKK1EDR201A1220V412 V 22V512 V 25R111k2600D81N4730AD91N4730A21X12.5 V 017VCC12V27VCC當電源電壓小于 10.5 伏時，紅燈亮。第 3 章 總原理圖設計3.1 原理圖V1220 Vrms 50 Hz 0 T1U1LM7812CTLINEVREGCOMMONVOLTAGEC1100uFC2100nFC3680uFC4100nFD51N4741A

13、R24R34Q12N2222A78R41kQ22SA101511R51.3k9D61N4001GPR6114R74D71N4001GP1600C51uFC61mFU3DC 10M0.000V+-R810k130J2Key = A J3Key = A R11k15U27413247651V310.5 V 12R91kR101k18Q32N2222AKK1EDR201A1220V412 V 22V512 V 25R111k2600D81N4730AD91N4730A21X12.5 V 0X22.5 V D11J4B42124335062417J4Key = A VCC12V27VCC119J5Ke

14、y = A 24103.2 元器件清單符號元器件名稱型號數(shù)量參數(shù)T電源變壓器1220VC1電解電容2C2電容2CW7812穩(wěn)壓器1D二極管1N40019R電阻91KRELY繼電器EDR201A121E電源412V三極管2N2222A3運放741U電壓表1 第章仿真電路設計4.1 仿真軟件介紹Multisim7 以 SPICE 為核心為用戶提供了良好的操作平臺，強大的元器件庫，精度很高的儀表庫，電路圖編輯器和波形產(chǎn)生和分析器，并提供了較為全面的分析功能，如交流分析，直流掃描分析，瞬態(tài)分析等 19 種功能，此外還提供了原理圖輸入接口，數(shù)字電路和模擬電路的仿真，VHDL/Verilog 設計接口與仿

15、真，F(xiàn)PGA/CPLG 綜合與設計，RF 設計和后處理等功能。4.2 仿真電路圖4.3 仿真結果V1220 Vrms 50 Hz 0 T1U1LM7812CTLINEVREGCOMMONVOLTAGEC1100uFC2100nFC3680uFC4100nFD51N4741AR24R34Q12N2222A78R41kQ22SA101511R51.3k9D61N4001GPR6114R74D71N4001GP1600C51uFC61mFU3DC 10M0.000V+-R810k130J2Key = A J3Key = A R11k15U27413247651V310.5 V 12R91kR101k

16、18Q32N2222AKK1EDR201A1220V412 V 22V512 V 25R111k2600D81N4730AD91N4730A21X12.5 V 0X22.5 V D11J4B42124335062417J4Key = A VCC12V27VCC119J5Key = A 2410 第五章課程設計總結此次課程設計讓我認識到了實踐與理論的脫節(jié)，實踐要有理論作為基礎，實踐也能促進我們對理論的理解，此外，同學之間勤于合作，各司其職才能快速有效的完成任務，與同學的交流也讓我發(fā)現(xiàn)了自己更多的不足。此次實踐讓我更好地認識并提升了自己的能力。致謝感謝趙玉菊老師的耐心指導，感謝朱熾，李東升，田亞軍

17、，馮賞全體六組同學的通力合作。此次設計是老師和我們六組同學共同的勞動成果。參考文獻模擬電子技術基礎簡明教程第三版，楊素行主編，高等教育出版社，2006。參考文獻：模擬電子技術基礎第四版，華成英，童詩白主編，高等教育出版社，2006。電子技術基礎模擬部分，第五版，康華光主編，高等教育出版社，2006。電子技術綜合應用創(chuàng)新實訓教程第一版，孔凡才，周良權主編，高等教育出版社，2006。電子技術實驗基礎 ，陳先容主編，國防工業(yè)出版社，2004。電子線路課程設計 ，陳曉文主編，電子工業(yè)出版社，2004。電子線路設計實驗測試第二版，謝自美主編，華中理工大學出版社，2000。電子電路實驗及應用課程設計 ，盧結成主編，中國科學技術大學出版社，2002。電子技術常用器件應用手冊 ，陳汝全主編，北京工業(yè)出版社，2002。電子技術基礎實驗電子電路實驗設計仿真 ，陳大欽主編，高等教育出版社，2002。電子電路設計與實踐 ，姚福安主編，山東科學技術出版社，2001。模擬電子技術基礎實驗與課程設計 ，李萬臣主編，哈爾濱工業(yè)出版社，2001。電子技術基礎實驗與課程設計 ，高吉祥主編，電子工業(yè)出版社，2002。模擬電子技術精品