设计制作一串联型连续可调直流稳压正电源电路可行性报告Word文件下载.docx
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(4)具有过流保护功能.二、二、电路与原理分析与方案设计电路与原理分析与方案设计2.1电路设计电路设计根据目前所学知识,主要有以下两种设计方法
(1)晶体管串联式直流稳压电路电路框图如图1所示串联型稳压电路,稳压部分由取样电路、基准电路、比较放大和调整电路等部分组成.其中R4、R6和RP组成取样电路,R4、R6和Rp为取样电阻;
R1和D2组成基准电压电路,放大器是比较放大电路,R2和Q3作用是限流保护电路,Q1、Q2两个晶体管合起来组成调整管,起调整作用.稳压过程如下:
当输出电压Uo发生变化时,通过取样电路把Uo变化量取样加到放大管V2基极.而由R1和Vz组成基准电路为V2发射极提供基准电压Uz.由R2、晶体管和放大器组成放大电路把取样电压和基准电压进行比较放大后,输出调整信号送到调整管基极,控制调整管进行调整,以维持Uo基本不变.图1晶体管串联型稳压电路
(2)采用三端集成稳压器如图2所示,采用输出电压可调且内部有过载保护功能三端集成稳压器(LM317),输出电压调整范围较宽,设计一电压补偿电路可实现输出电压从1.5V起连续可调,因要求电路具有很强带负载能力,该电路所用器件较少,成本低且组装方便、可靠性高.图2三段集成稳压电路2.2方案论证与比方案论证与比较较方案一:
结构简单,用元器件大多是常用,容易实现,技术成熟,能够达到技术参数要求,用元器件大多是常用,造价成本不会高,但电路复杂,元器件太多,不利于实际操作,且精确度不太高;
方案二:
稳压部分需采用一块三端稳压器其他分立元器件,元器件先进,技术成熟,完全能达到题目要求,虽成本比方案一高点,但精确度较方案一高,且电路没那么复杂.所以,综合考虑,选择方案二较好.三、单元电路分析与设计三、单元电路分析与设计3.1基本方案介绍基本方案介绍本电路包括四部分:
变压电路、整流电路、滤波电路、稳压电路.变压电路:
本电路使用降压电路是单相交流变压器,选用电压和功率依照后级电路设计需求而定.整流电路:
整流电路主要作用是把经过变压器降压后交流电通过整流变成单个方向直流电.但是这种直流电幅值变化很大.它主要是通过二极管截止和导通来实现.常见整流电路主要有半波整流电路、桥式整流电路等.我们选取桥式整流电路实现设计中整流功能.滤波电路:
采用电容滤波电路.由于电容在电路中也有储能作用,并联电容器在电源供给电压升高时,能把部分能量存储起来,而当电源电压降低时,就把能量释放出来,使负载电压比较平滑.由于本电路后级是稳压电路,因此可以使用电容滤波电路进行简单滤波.稳压电路:
因为要求输出电压可调,所以选择三端可调式集成稳压器.稳压内部含有过流、过热保护电路,具有安全可靠,性能优良、不易损坏、使用方便等优点.其电压调整率和电流调整率均优于固定式集成稳压构成可调电压稳压电源.3.2单元电路分析单元电路分析3.2.1变压电路变压电路变压电路由电源变压器组成,变压器电路原理图及其波形变换如图3所示,变压器功能是交流电压变换部分,作用将电网电压变为所需交流电压,即将直流电源和交流电网隔离.图3变压器及其波形变换变压器工作原理如图4所示图4变压器工作原理图3.2.2整流电路整流电路由于本次设计选择是桥式整流电路,所以在此只讨论桥式整流电路特性
(1)电路图:
如图5所示,二极管D1、D2、D3、D4四只二极管接成电桥形式.图5桥式整流电路
(2)工作原理:
在V2正半周,D1、D3导通,D2、D4截止,通过D1、D3给RL提供电流,方向由上向下,图5中实线所示;
在V2负半周期,D2、D4D导通,D1、D3截止,通过D2、D4给RL提供电流,方向由上向下,图5中虚线所示.(3)整流以后波形图(图6)图6整流前与整流后波形图(4)参数计算整流以后输出电压值整流以后流过负载平均电流:
Io=VoRL0.9V2RL流过整流二极管平均电流:
Id=0.45V2RL整流二极管最大反向电压:
Vd=1.414V2二极管选择:
最大整流电流I必须大于实际流过二极管平均电流IdI:
IId=0.45V2RL二极管最大反向工作电压V必须大于二极管实际所承受最大反向峰值电压Vd:
VVd=1.414V23.2.3滤波电路滤波电路作用:
对整流电路输出脉动直流进行平滑,使之成为含交变成份很小直流电压.说明:
滤波电路实际上是一个低通滤波器,截止频率低于整流输出电压基波频率.本次设计用是电容滤波电路.电路组成:
如图7所示(桥式整流、电容滤波)图7电容滤波电路电容滤波原理:
电容是一个能储存电荷元件.有了电荷,两极板之间就有电压UC=Q/C.在电容量不变时,要改变两端电压就必须改变两端电荷,而电荷改变速度,取决于充放电时间常数.时间常数越大,电荷改变得越慢,则电压变化也越慢,即交流分量越小,也就“滤除”了交流分量.工作原理及其作用后波形图(图8、图9所示):
图8滤波前后波形图、负载未接入(开关S断开)时:
设电容两端初始电压为零,接入交流电源后,当V2为正半周时,V2通过D1、D3向电容C充电;
V2为负半周时,经D2、D4向电容C充电.充电时间常数为:
C=RintC.其中Rint包括变压器副绕组直流电阻和二极管正向电阻.由于Rint一般很小,电容器很快就充电到交流电压V2最大值V2,由于电容无放电回路,故输出电压(电容C两端电压)保持在V2不变.、1、接入负载RL(开关S合上)时:
设变压器副边电压V2从0开始上升时接入RL,由于电容已到V2,故刚接入负载时,V2VC,二极管在反向电压作用下而截止,电容C经RL放电,放电时间常数为:
d=RLC.因d一般较大,故电容两端电压Vc(即Vo)按指数规律慢下降(图中a,b段).2、当V2升至V2VC时,二极管D1、D3在正向电压作用下而导通,此时V2经D1、D3一方面向RL提供电流,一方面向C充电(接入RL后充电时间常数变为C=RL/RintCRintC).VC将如图中b、c段所示.3、3、当V2又降至V2VC时,二极管又截止,电容C又向RL放电,如图中c、d段所示.电容如此周而复始充放电,就得到了一个如图所示锯齿波电压Vo=VC,由此可见输出电压波动大大减小.4、为了得到平滑负载电压,一般取d=RLC(35)T/2(T为交流电周期20ms)此时:
Vo=(1.11.2)V2.图9电容滤波时波形变化3.2.4稳压电路稳压电路稳压可用稳压管也可用三端集成稳压管,但由于稳压管没有过流过热等保护功能,且设计要求要实现连续可调电压,所以选用可调式三端稳压器较为好.三端集成稳压器特点:
随着半导体工艺发展,现在已生产并广泛应用单片集成稳压电源,具有体积小,可靠性高,使用灵活,价格低廉等优点.最简单集成稳压电源只有输入,输出和公共引出端,故称之为三端集成稳压器.三端集成稳压器只有三个端子,安装和使用都很方便.三端可调式集成稳压器三端可调集成稳压器克服了固定三端稳压器输出电压不可调缺点,继承了三端固定式集成稳压器诸多优点.三端可调集成稳压器LM317是一种悬浮式串联调整稳压器.外形如图所示(图10).LM317图10LM317外形图说明:
1端是调整端;
2端是输出端;
3端是输入端LM317典型应用电路(图11)图11LM317典型应用电路为了使电路正常工作,一般输出电流不小于5mA.输入电压范围在240V之间,输出电压可在1.2537V之间调整.负载电流可达1.5A,由于调整端输出电流非常小(50A)且恒定,故可将其忽略,那么输出电压可用如下表示:
Vo=(1R2R1)1.25V式中,1.25V是集成稳压器输出端与调整端之间固定参考电压;
R1取值120240(此值保证稳压器在空载时也能正常工作),调
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