設(shè)計(jì)制作一串聯(lián)型二路輸出直流穩(wěn)壓正電源電路

1、前 言 電源技術(shù)是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的工程技術(shù)，服務(wù)于各行各業(yè)。當(dāng)今電源技術(shù)融合了電氣、電子、系統(tǒng)集成、控制理論、材料等諸多學(xué)科領(lǐng)域。隨著計(jì)算機(jī)和通訊技術(shù)發(fā)展而來的現(xiàn)代信息技術(shù)革命，給電力電子技術(shù)提供了廣闊的發(fā)展前景，同時(shí)也給電源提出了更高的要求。近幾年隨著科技的發(fā)展，直流穩(wěn)壓電源的工作頻率有原來的幾十千赫發(fā)展到現(xiàn)在的幾百千，但是和西方的發(fā)達(dá)國家還是有一定的差距；以美國為首的幾個(gè)發(fā)達(dá)國家在這方面的研究已經(jīng)轉(zhuǎn)向高頻下電源的拓?fù)淅碚?、工作原理、建模分析等等方面技術(shù)領(lǐng)先；因此，直流穩(wěn)壓電源的研制及應(yīng)用在此方面與之也存在很大的差距。由于電子技術(shù)的特性，電子設(shè)備對(duì)電源電路的要求就是能夠提供持續(xù)穩(wěn)定、滿足負(fù)載

2、要求的電能，而且通常情況下都要求提供穩(wěn)定的直流電能。提供這種穩(wěn)定的直流電能的電源就是直流穩(wěn)壓電源。直流穩(wěn)壓電源在電源技術(shù)中占有十分重要的地位。常見的直流穩(wěn)壓電源，大都采用串聯(lián)式反饋式穩(wěn)壓原理，通過調(diào)整輸出端取樣電阻支路中的電位器來調(diào)整輸出電壓。由于電位器阻值變化的非線性和調(diào)整范圍窄，使普通直流穩(wěn)壓電源難以實(shí)現(xiàn)輸出電壓的精確調(diào)整。第一章 設(shè)計(jì)方案1.1方案設(shè)計(jì)本電路由四部分組成：變壓電路、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路。（1）變壓電路：本電路使用的降壓電路是單相交流變壓器，選用電壓和功率依照后級(jí)電路的設(shè)計(jì)需求而定。（2）整流電路：整流電路的主要作用是把經(jīng)過變壓器降壓后的交流電通過整流變成單個(gè)方向的

3、直流電。但是這種直流電的幅值變化很大。它主要是通過二極管的截止和導(dǎo)通來實(shí)現(xiàn)的。常見的整流電路主要有半波整流電路、橋式整流電路等。我們選取橋式整流電路實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)中的整流功能。半波整流：U0=U2=0.45U2橋式整流：然而單相橋式整流電路與半波整流電路相比，在相同的變壓器副邊電壓下，對(duì)二極管的參數(shù)要求式一樣的，并且還具有輸出電壓高、變壓器利用率高、脈動(dòng)小、見笑了輸出電壓的脈動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)，因此在次設(shè)計(jì)中我選用單相橋式整流電路。（3）濾波電路：經(jīng)整流后的電壓仍具有較大的交流分量，不能直接輸出變?yōu)橹绷麟娫?，必須通過濾波電路將交流分量濾掉。盡量保留其輸出中的直流分量，才能獲得比較平滑的直流分量，使之波形變得平

4、滑，接近理想的的直流電源。（4）穩(wěn)壓電路：因?yàn)橐筝敵鲭妷嚎烧{(diào)，所以選擇三端可調(diào)式集成穩(wěn)壓器。穩(wěn)壓內(nèi)部含有過流、過熱保護(hù)電路，具有安全可靠，性能優(yōu)良、不易損壞、使用方便等優(yōu)點(diǎn)。其電壓調(diào)整率和電流調(diào)整率均優(yōu)于固定式集成穩(wěn)壓構(gòu)成的可調(diào)電壓穩(wěn)壓電源。第二章 電路設(shè)計(jì)2.1 實(shí)驗(yàn)電路原理本實(shí)驗(yàn)電路采用輸出電壓可調(diào)且內(nèi)部有過載保護(hù)功能的三端集成穩(wěn)壓器（LM7812），一端輸出固定12V，另一端設(shè)計(jì)輸出電壓512V連續(xù)可調(diào)。該電路所用器件較少且組裝方便。輸入220V交流電壓橋堆整流輸出直流12V三端穩(wěn)壓器電容器濾波輸出直流512V圖2.1實(shí)驗(yàn)流程圖 首先，由220V交流電壓輸入，再經(jīng)變壓器變壓，再通過橋堆

5、進(jìn)行整流，然后用兩個(gè)電容器進(jìn)行濾波，最后由三端穩(wěn)壓器分別輸出固定電壓12V和可調(diào)電壓512V。2.2電路圖設(shè)計(jì)圖2.2 電路設(shè)計(jì)圖2.3 仿真結(jié)果圖圖2.3.1固定輸出仿真圖 當(dāng)要求固定輸出12V時(shí)，將開關(guān)閉合，將滑動(dòng)變阻器調(diào)到最上端，用萬用表測(cè)出輸出端兩端的電壓，輸出為12.01V；將滑動(dòng)變阻器調(diào)到最下端，用萬用表測(cè)出輸出端兩端的電壓，輸出為12.009V?？梢钥闯?，此時(shí)電路固定輸出確為12V，滿足要求。圖2.3.2可調(diào)輸出仿真圖當(dāng)要求輸出電壓512V連續(xù)可調(diào)時(shí)，將開關(guān)斷開，將滑動(dòng)變阻器調(diào)到最大值處，用萬用表測(cè)量測(cè)出輸出端兩端的輸出電壓，可以看到最小輸出為4.7V左右；將滑動(dòng)變阻器調(diào)到最小值

6、處，用萬用表測(cè)出輸出端電壓最大為14V左右。實(shí)驗(yàn)結(jié)果完全符合實(shí)驗(yàn)要求。第三章 單元電路分析與設(shè)計(jì)3.1單元電路分析（a）變壓電路變壓電路由電源變壓器組成，變壓器電路原理圖及其波形變換如圖所示，變壓器的功能是交流電壓變換部分，作用將電網(wǎng)電壓變?yōu)樗璧慕涣麟妷?，即將直流電源和交流電網(wǎng)隔離。 圖3.1 變壓器原理圖（b）整流電路（1）電路圖：圖 3.2 整流電路原理圖（2）工作原理：在V2的正半周，D1、D3導(dǎo)通，D2、D4截止，通過D1、D3給RL提供電流，方向由上向下；在V2的負(fù)半周期，D2、D4D導(dǎo)通，D1、D3截止，通過D2、D4給RL提供電流，方向由上向下。（c）濾波電路電容濾波原理：電容

7、是一個(gè)能儲(chǔ)存電荷的元件。有了電荷，兩極板之間就有電壓UC=Q/C。在電容量不變時(shí)，要改變兩端電壓就必須改變兩端電荷，而電荷改變的速度，取決于充放電時(shí)間常數(shù)。時(shí)間常數(shù)越大，電荷改變得越慢，則電壓變化也越慢，即交流分量越小，也就“濾除”了交流分量。（d）三端穩(wěn)壓器 三端可調(diào)集成穩(wěn)壓器克服了固定三端穩(wěn)壓器輸出電壓不可調(diào)的缺點(diǎn)，繼承了三端固定式集成穩(wěn)壓器的諸多優(yōu)點(diǎn)。在實(shí)驗(yàn)中，我們要產(chǎn)生一固定電壓12V，故選擇型號(hào)為型號(hào)LM7812KC的三端穩(wěn)壓器。關(guān)于三個(gè)管腳功能，正方從左至右一次為輸入、接地、輸出。圖3.3 三端穩(wěn)壓器3.2 元件參數(shù)計(jì)算電容C1為濾波電容，濾波電容越大，放電過程越慢，輸出電壓越平滑

8、，平均值越高。但在實(shí)際上，電容的容量越大，不但體積越大，而且會(huì)使整流二極管流過的沖擊電流更大。因此選擇470uF的較為合適。電容C2用于抵消長線傳輸而引起的電感，其容量可選擇在1uF以下，故選擇C20.1uF;電容C3改善負(fù)載的瞬態(tài)響應(yīng)，其容量可選1uF及以下。但若C3大，則會(huì)在穩(wěn)壓器輸入端斷開時(shí)，C3通過穩(wěn)壓器放電，所以選擇C3=0.1uF。同理可選擇C4=1uF。實(shí)驗(yàn)要求輸出的電流Iom=200mA，所以固定端的電阻R3=12/0.2=60,穩(wěn)壓器的輸出端和公共端電流恒定不變I=0.2A，當(dāng)電阻未接入時(shí)5V=I*R1,當(dāng)電阻全接入時(shí)，12V=（R1+R2）*I。由此可得電阻R1=24，R2

9、阻值范圍0-34。第四章 安裝調(diào)試與結(jié)論分析4.1 安裝與調(diào)試1.根據(jù)實(shí)驗(yàn)電路圖標(biāo)清各元件位置。2.準(zhǔn)備好元件清單，并且檢查各元件的好壞。3.辨別三端穩(wěn)壓器的引腳，正確安裝三端穩(wěn)壓器。4.焊接時(shí)要對(duì)各模塊電路進(jìn)行單個(gè)測(cè)試。5.測(cè)試電路前要進(jìn)行安全檢查。6.保證元件接地。7.調(diào)節(jié)電位器，測(cè)量電壓變化范圍。4.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果當(dāng)輸入一端輸入220V，50Hz交流電壓時(shí)，用萬用表測(cè)得固定端的輸出電壓等于11.94V，可調(diào)端的電壓范圍為3.96V11.04V。誤差分析：在測(cè)試電路過程中可能帶來誤差的因素有：1.測(cè)量時(shí)接觸點(diǎn)之間的微小電阻造成。2.萬用表內(nèi)阻造成誤差。3.電阻及儀器本身的準(zhǔn)確度會(huì)造成系統(tǒng)誤差

10、。4.元件本身參數(shù)不準(zhǔn)確。 本次完成的電路實(shí)現(xiàn)了兩路直流電壓的輸出，但是由于部分元件參數(shù)與理論有偏差，用近似元件代替的，所以可調(diào)的范圍與理論計(jì)算值有一定的誤差。如果更換三端穩(wěn)壓器的值可以實(shí)現(xiàn)更大的可調(diào)范圍，一些元件采用電位器代替的話可以實(shí)現(xiàn)更精確的調(diào)節(jié)，便于被應(yīng)用。4.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)論與體會(huì) 經(jīng)過一周左右的時(shí)間與組員的共同努力和老師的指導(dǎo)下，我們終于完成了這次課程設(shè)計(jì)。當(dāng)然，其中還有些不完美的地方，比如說由于有些理論的元件沒有，只能用相近的元件代替，導(dǎo)致電路的輸出電壓沒有完全達(dá)到預(yù)期要求。這也說明了實(shí)際和理論是存在偏差的，只有經(jīng)過實(shí)際的的操作才能真正學(xué)到技術(shù)和知識(shí)。參 考 文 獻(xiàn)1、 華成英.模擬電子技術(shù)基本教程.第五版.北京:清華大學(xué)出版社，2006 2、華容茂.盛過軍.電工電子技術(shù)實(shí)習(xí)與課程設(shè)計(jì).電子工業(yè)出版社20003、賈達(dá).數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ).北京:化學(xué)工業(yè)出版社.2001 4、周敏.唐