V直流穩(wěn)壓電源

1、設(shè)計題目： 18V穩(wěn)壓直流電源 院 系： 電氣工程系 專 業(yè)： 電子信息工程 年 級： 姓 名： 指導(dǎo)教師：課 程 設(shè) 計 任 務(wù) 書專 業(yè) 電子信息工程 姓 名 學(xué) 號 開題日期： 2014年 11 月 1日 完成日期： 2014年 12月 9日題 目 18V穩(wěn)壓直流電源 一、設(shè)計的目的第一，掌握直流壓源的組成及結(jié)構(gòu)原理。第二，掌握三端可調(diào)穩(wěn)壓器的選擇與使用方法。第三，了解直流穩(wěn)壓電源的各種參數(shù)。 二、設(shè)計的內(nèi)容及要求本文主要設(shè)計基于W7818的直流穩(wěn)壓電源，一般直流穩(wěn)壓電源由電源變壓器、整流電路、濾波電路以及穩(wěn)壓電路組成。采用變壓器把220V交流電壓變成所需的低壓交流電，并通過整流橋把交流

2、電變成直流電，經(jīng)濾波電容后，采用三端穩(wěn)壓器W7818把不穩(wěn)定的直流電壓變成穩(wěn)定的直流電壓輸出。 本文要求為設(shè)計18V穩(wěn)壓直流電源，輸出為電壓為18V。用multisim做仿真，并分析其誤差產(chǎn)生的原因。 三、指導(dǎo)教師評語 四、成 績 指導(dǎo)教師 (簽章) 年 月 日目 錄第一章 緒論41.1課題研究背景41.2國內(nèi)外研究狀況51.3本文主要章節(jié)安排51.4本文主要研究內(nèi)容6第二章 課程設(shè)計基本內(nèi)容62.1課程設(shè)計名稱62.2項目設(shè)計任務(wù)62.3項目設(shè)計要求72.4設(shè)計原理及流程7第三章 基本電路設(shè)計83.1 變壓器83.1.1變壓器83.1.2 繞組電壓的確定93.1.3變壓器電流的確定93.2.

3、整流電路93.2.1半波整流電路103.2.2全波整流電路103.2.3橋式整流電路103.3濾波電路123.3.1電感濾波電路123.3.2復(fù)式濾波電路123.3.3電容濾波電路133.4穩(wěn)壓電路14第四章 電路圖的設(shè)計、仿真以及誤差分析和設(shè)計思路分析154.1電路原理圖164.2電路仿真164.3直流穩(wěn)壓電源的誤差分析164.4直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計總思路17第五章 總結(jié)與展望17參考文獻：19第一章 緒論1.1課題研究背景 當今社會科學(xué)技術(shù)與信息高速發(fā)展，電子設(shè)備充斥著人們的生活，各種各樣的電子產(chǎn)品占據(jù)了我們生活的各個方面，而電源作為電子電路、電動設(shè)備及各種用電設(shè)備的動力來源，對于電子產(chǎn)品電

4、源相當于它的心臟，而電源技術(shù)是一門很重要的技術(shù)，服務(wù)于各行各業(yè)。穩(wěn)壓直流電源是電子技術(shù)中常用的儀器設(shè)備之一。是電子科技人員和電路開發(fā)部門進行試驗操作和科學(xué)研究不可缺少的電子儀器。整個電源系統(tǒng)是由變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓四部組成。但實際生活中是由220 V 的交流電網(wǎng)供電，這就需要通過電源系統(tǒng)將交流電轉(zhuǎn)換成低電壓直流電。電源的性能的優(yōu)劣將直接影響到整個系統(tǒng)的性能參數(shù)和穩(wěn)定性因此,電源對整個電路系統(tǒng)至關(guān)重要,具體表現(xiàn)如下:(1)不論是工業(yè)上用的大型裝置設(shè)備、還是實驗室內(nèi)用的精密儀器,如果沒有.穩(wěn)定電源的支持,都不可能完成他所具備的功能,甚至會出現(xiàn)故障。不同的電子設(shè)備其對于電源都有不同的要求,因此這就

5、要求電源必須擁有穩(wěn)定良好的性能,才能保證用電設(shè)備的正常工作。(2)由于電源的特殊性,在某搜場合,如高能物理,原子能的研究,電源要先于儀器、設(shè)備及裝置制造出來。否則無法進行試驗(3)隨將電子產(chǎn)業(yè),特別是PC機及IT業(yè)的快速發(fā)展,由于電源產(chǎn)業(yè)是各類高科技電產(chǎn)業(yè)發(fā)展的越礎(chǔ),所有的高精尖科技設(shè)備都需要電源系統(tǒng)技術(shù)的配套和支持。1.2國內(nèi)外研究狀況從十九世紀 90 年代末起，隨著對系統(tǒng)更高效率和更低功耗的需求，電信與數(shù)據(jù)通訊設(shè)備的技術(shù)更新推動電源行業(yè)中直流/直流電源轉(zhuǎn)換器向更高靈活性和智能化方向發(fā)展。在上世紀 80 年代的第一代分布式供電系統(tǒng)開始轉(zhuǎn)向到上世紀末更為先進的第四代分布式供電結(jié)構(gòu)，直流/直流電

6、源行業(yè)正面臨著新的挑戰(zhàn)，即如何在現(xiàn)有系統(tǒng)加入嵌入式電源智能系統(tǒng)和數(shù)字控制。與發(fā)達國家相比仍然存在著很大差距。國內(nèi)成都電子科技大學(xué)和廣州華南理工大學(xué)在直流穩(wěn)壓電源的智能化、網(wǎng)絡(luò)化方面研究很深入,他們主要是采用單片機和可編程系統(tǒng)來控制開關(guān)直流穩(wěn)壓電源或數(shù)字化電壓單元達精密控制的目的,但和國外的比較起來,效果不是理想,還有很大差距。1.3本文主要章節(jié)安排 第一章 概括課題的背景和意義，了解國內(nèi)外技術(shù)發(fā)展狀況，明確研究內(nèi)容和各章節(jié)安排； 第二章 介紹了課程設(shè)計的基本內(nèi)容； 第三章 分別介紹了組成18V穩(wěn)壓直流電源的各電路，包括變壓電路、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路； 第四章 設(shè)計電路原理圖及仿真圖；

7、第五章 18V直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計結(jié)論及誤差分析；1.4本文主要研究內(nèi)容基于W7818的直流穩(wěn)壓電源,一般由電源變壓器、整流電路、濾波電路以及穩(wěn)壓電路組成。采用電源變壓器把220v交流電壓變成所需的低壓交流電，并通過整流橋把交流電變成直流電，經(jīng)電容濾波后，采用三端穩(wěn)壓器W7818把不穩(wěn)定的直流電壓變成穩(wěn)定的直流電壓輸出。第二章 課程設(shè)計基本內(nèi)容2.1課程設(shè)計名稱 18V穩(wěn)壓直流電源的設(shè)計與制作。2.2項目設(shè)計任務(wù) 1.繪制出所設(shè)計的直流穩(wěn)壓電源的系統(tǒng)框圖，并分析各組成部分的功能及工作原理。 2.設(shè)計出每個功能方框圖的具體電路圖，并根據(jù)所提供的技術(shù)參數(shù)的要求，計算出電路中所用元件的參數(shù)值。2.3項

8、目設(shè)計要求 設(shè)計一個+18V簡易直流穩(wěn)壓電源，滿足：當輸入為220V 50Hz交流電時，輸出直流電壓為+18V，輸出電流為1A。2.4設(shè)計原理及流程 穩(wěn)壓電源由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路組成，直流穩(wěn)壓電源原理圖如圖1所示，穩(wěn)壓電源各單元電壓波形圖如圖2所示。 圖1 集成直流穩(wěn)壓電源原理圖 + 變 壓 + 整 流 + 濾 波 + 穩(wěn) 壓 + U1 u2 u3 uI U0 _ 電 路 _ 電 路 _ 電 路 _ 電 路 u1 u2 u3 uI U0 0 t 0 t 0 t 0 t 0 t圖2 穩(wěn)壓電源各單元電壓波形圖第三章 基本電路設(shè)計3.1 變壓器3.1.1變壓器 通常直流穩(wěn)壓電源

9、使用電源變壓器來改變輸入到后級電路的電壓。 電源變壓器的作用：將電網(wǎng)提供的220V 50Hz交流電壓轉(zhuǎn)換為各種電路設(shè)備所需的交流電壓。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(zhuǎn)換器件。即初級的交流電轉(zhuǎn)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。變壓器的電路原理圖符號見圖3。 圖3 變壓器的電路圖符號交流在二次繞組中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為： 式中，N1，N2為一次繞組和二次繞組的匝數(shù)。其中，U1為加在一次繞組上的電壓，在本文中U1=220

10、V?？紤]到輸出18V電壓，1A電流，根據(jù)實際情況可提供的變壓器，且滿足課程設(shè)計要求，所以本文選擇25W的變壓器。3.1.2 繞組電壓的確定變壓器次級繞組端電壓Es的另一種更加精確的計算公式： 其中：Vc為經(jīng)過整流后的直流電壓平均值； 為紋波電壓的峰值差； Vf為整流二極管的正向壓降，橋式整流中Vf=2V； A為變壓器端子電壓的設(shè)定誤差； B為導(dǎo)線壓降；3.1.3變壓器電流的確定 與經(jīng)過整流處理后的直流電流不同，流過變壓器的電流變?yōu)榻涣麟?，因此?yīng)應(yīng)取其有效值進行計算，設(shè)流過二極管的電流為，則流過變壓器的電流為。（其中的值由后面橋式整流電路據(jù)算得出）3.2.整流電路 整流電路：利用單向?qū)щ娖骷⒔?/p>

11、流電轉(zhuǎn)換成脈動直流電路。3.2.1半波整流電路 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。3.2.2全波整流電路 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。3.2.3橋式整流電路 電路如圖2所示。 在u2的正半周內(nèi)，二極管D1、D3導(dǎo)通，D2、D4截止。u2的負半周內(nèi)，D2、D4接通，D1、D3截止。正負半周內(nèi)都有電流流過負載，且方向一致。每個整流二極管上流過的電流是負載電流的一半，由于四個整流二

12、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。本設(shè)計中采用橋式整流電路， 圖4 單相橋式整流電路 圖5單相橋式整流電路波形圖 流過整流二極管的平均電流為： 整流二極管承受的最高反向電壓為： 1N4001的最大反向耐壓為50V，額定工作電流，故整流二極管選用1N4001。 為了克服半波整流和全波整流的缺點，在本設(shè)計中整流電路采用最常用的橋式整流電路。3.3濾波電路濾波電路利用極性電容把脈動直流電轉(zhuǎn)換成比較平坦的直流電 利用電抗性元件對交、直流阻抗的不同，實現(xiàn)濾波。常見的濾波電路有電感濾波和復(fù)式濾波電路。電容濾波、電感濾波電路 電感濾波電路是利用儲能元件電感器L的電磁感應(yīng)使電流不能突變的性

13、質(zhì)，把電感L與整流電路的負載串聯(lián)，也可以起到濾波的作用。復(fù)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(fù)式濾波電路。復(fù)式濾波電路常用的有三種類型，它們的電路組成原則是，把對交流阻抗大的元件（如電感、電阻）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（如 電容）與負載并聯(lián)，以旁路較大的紋波電流。其濾波原理與電容、電感波類似。3.3.3電容濾波電路 本設(shè)計中采用電容濾波電路。在上述整流電路輸出端并聯(lián)一個由一個電容值較大的電解電容和一個電容值較小的電容并聯(lián)形成的濾波電路。如圖6.優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉的電容濾波電路。 圖6 電容濾波電路圖 7橋式整流電路電容濾波電路

14、電壓、電流波形圖當時：當為有限值時：通常取 RC越大越大 在電源設(shè)計中，濾波電容的選擇原則：（T為輸入交流電壓的頻率，R為負載，C為濾波電容） 濾波電容大小可由紋波電壓和穩(wěn)壓系數(shù)來確定。因設(shè)計要求中對這兩個參數(shù)沒作要求，所以按正常范圍選擇濾波電容：1000F 濾波電容的耐壓應(yīng)大于。綜上，所以濾波電容選擇1000F/35V的電解電容即可。 3.4穩(wěn)壓電路 穩(wěn)壓電路：利用電路的調(diào)整作用使輸出電壓穩(wěn)定 本設(shè)計中穩(wěn)壓電路采用三端穩(wěn)壓芯片LM7818及外圍元件組成。LM7818共有三端，輸入端、輸出端、調(diào)整端。三端式穩(wěn)壓器由啟動電路、基準電壓電路、取樣比較放大電路、調(diào)整電路和保護電路等部分組成。其內(nèi)置有

15、過載保護、安全區(qū)保護等多種保護電路。調(diào)整端使用濾波電容能得到比標準三端穩(wěn)壓高得多的波紋抑制比?？烧{(diào)整輸出電壓低到1.2V，保證1.5A輸出電流，典型線性調(diào)整率0.01%，80dB波紋抑制比，輸出短路保護，過流、過熱保護，調(diào)整管安全工作區(qū)保護，標準三極管封裝。 其電路圖為： 圖7 穩(wěn)壓電路5.6 穩(wěn)壓電源的保護電路 保護電路的主要作用是由微處理器對檢測電路得到的各種信號進行算法處理，以判斷為頻器本身或系統(tǒng)是否出現(xiàn)了異常。當檢測到變頻器或系統(tǒng)的異常時 ，則進行各種必要的處理，包括停止變頻器的輸出，以對變頻器和系統(tǒng)提供保護。為保護整個穩(wěn)壓電源，在上電指示電路前串接一只保險絲。整個穩(wěn)壓電源的總電流略大

16、于電源變壓器的原邊繞組的電流。第四章 電路圖的設(shè)計、仿真以及誤差分析和設(shè)計思路分析4.1電路原理圖用protel 99SE畫出其電路原理圖，如下：4.2電路仿真本次課程設(shè)計選用multisim做仿真。Multisim是一種功能強大的電路仿真軟件，不僅在工程實踐中，對電子產(chǎn)品的開發(fā)與研制能夠發(fā)揮高效率、高精度的作用?？紤]到實際情況與本文需要。加之，直流穩(wěn)壓電源輸出的恒定值，我們直接在電路輸出端接一個適當量程的電壓表。仿真結(jié)果如下：4.3直流穩(wěn)壓電源的誤差分析由4.2可以看出，電源輸出為18.043V與本文設(shè)計的18V雖有稍許誤差，但近似相等。電路中測量值出現(xiàn)誤差其原因可以分為以下幾個部分：（1）

17、 電路安裝的元器件本身阻值存在誤差；（2） 元件在通電后發(fā)熱導(dǎo)致消耗能量產(chǎn)生誤差；（3） 在選用元件上，存在誤差，比如由于實際情況的限制，選用25W變壓器稍微偏大，可能導(dǎo)致少許誤差； 4.4直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計總思路 直流穩(wěn)壓電源電路的設(shè)計電路都是經(jīng)過四個步驟：變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓。在這四個步驟中，由輸出電壓的要求來決定穩(wěn)壓電路，三端可調(diào)集成穩(wěn)壓芯片M7818為正電壓輸出。決定了穩(wěn)壓電路后，由設(shè)計要求輸出的電壓值來考慮變壓器的選擇，本文要求為輸出電壓18V，電流為1A。由最大輸出電流來考慮整流二極管濾波電容的選擇，整流部分一般選用橋式整流。第五章 總結(jié)與展望本文通過分析與計算，設(shè)計了一個精度較高的18V直流穩(wěn)壓電源電路，通過軟件仿真對電源輸出各項參數(shù)進行測試分析，基本達到了設(shè)計的預(yù)期要求。在本課程設(shè)計進行過程中，由于時間等因素，對課題的研究還不夠深入，很多工作還有待進一步提高和完善。首先，由于本課程設(shè)計重