V直流稳压电源

1、设计题目： 16V稳压直流电源 院 系： 电气工程系 专 业： 电子信息工程 年 级： 2013级 姓 名： 曾祯 指导教师： 黎松奇 西南交通大学峨眉校区 2015年 12月 10日课 程 设 计 任 务 书专 业 电子信息工程 姓 名 曾祯 学 号 20138044 开题日期： 2015年 11 月 1日 完成日期： 2015年 12月 10日题 目 16V稳压直流电源 一、设计的目的第一，掌握直流压源的组成及结构原理。第二，掌握三端可调稳压器的选择与使用方法。第三，了解直流稳压电源的各种参数。 二、设计的内容及要求本文主要设计基于稳压二极管的直流稳压电源，一般直流稳压电源由电源变压器、整

2、流电路、滤波电路以及稳压电路组成。采用变压器把220V交流电压变成所需的低压交流电，并通过整流桥把交流电变成直流电，经滤波电容后，采用稳压二极管把不稳定的直流电压变成稳定的直流电压输出。 本文要求为设计16V稳压直流电源，输出为电压为16V。用proteus做仿真，并分析其误差产生的原因。 三、指导教师评语 四、成 绩 指导教师 (签章) 年 月 日目录第一章 绪论31.1课题研究背景31.2国内外研究状况41.3本文主要章节安排41.4本文主要研究内容5第二章 课程设计基本内容52.1课程设计名称52.2项目设计任务52.3项目设计要求52.4设计原理及流程6第三章 基本电路设计63.1 变

3、压器63.1.1变压器63.1.2 绕组电压的确定73.1.3变压器电流的确定83.2.整流电路83.2.1半波整流电路83.2.2全波整流电路83.2.3桥式整流电路83.3滤波电路113.3.1电感滤波电路113.3.2复式滤波电路113.3.3电容滤波电路113.4稳压电路13第四章 电路图的设计、仿真以及误差分析和设计思路分析144.1电路仿真14第五章 结论与心得14参考文献：15第一章 绪论1.1课题研究背景 当今社会科学技术与信息高速发展，电子设备充斥着人们的生活，各种各样的电子产品占据了我们生活的各个方面，而电源作为电子电路、电动设备及各种用电设备的动力来源，对于电子产品电源相

4、当于它的心脏，而电源技术是一门很重要的技术，服务于各行各业。稳压直流电源是电子技术中常用的仪器设备之一。是电子科技人员和电路开发部门进行试验操作和科学研究不可缺少的电子仪器。整个电源系统是由变压、整流、滤波、稳压四部组成。但实际生活中是由220 V 的交流电网供电，这就需要通过电源系统将交流电转换成低电压直流电。电源的性能的优劣将直接影响到整个系统的性能参数和稳定性因此,电源对整个电路系统至关重要,具体表现如下:(1)不论是工业上用的大型装置设备、还是实验室内用的精密仪器,如果没有.稳定电源的支持,都不可能完成他所具备的功能,甚至会出现故障。不同的电子设备其对于电源都有不同的要求,因此这就要求

5、电源必须拥有稳定良好的性能,才能保证用电设备的正常工作。(2)由于电源的特殊性,在某搜场合,如高能物理,原子能的研究,电源要先于仪器、设备及装置制造出来。否则无法进行试验(3)随将电子产业,特别是PC机及IT业的快速发展,由于电源产业是各类高科技电产业发展的越础,所有的高精尖科技设备都需要电源系统技术的配套和支持。1.2国内外研究状况从十九世纪 90 年代末起，随着对系统更高效率和更低功耗的需求，电信与数据通讯设备的技术更新推动电源行业中直流/直流电源转换器向更高灵活性和智能化方向发展。在上世纪 80 年代的第一代分布式供电系统开始转向到上世纪末更为先进的第四代分布式供电结构，直流/直流电源行

6、业正面临着新的挑战，即如何在现有系统加入嵌入式电源智能系统和数字控制。与发达国家相比仍然存在着很大差距。国内成都电子科技大学和广州华南理工大学在直流稳压电源的智能化、网络化方面研究很深入,他们主要是采用单片机和可编程系统来控制开关直流稳压电源或数字化电压单元达精密控制的目的,但和国外的比较起来,效果不是理想,还有很大差距。1.3本文主要章节安排 第一章 概括课题的背景和意义，了解国内外技术发展状况，明确研究内容和各章节安排； 第二章 介绍了课程设计的基本内容； 第三章 分别介绍了组成16V稳压直流电源的各电路，包括变压电路、整流电路、滤波电路、稳压电路； 第四章 设计电路原理图及仿真图； 第五

7、章 16V直流稳压电源的设计结论及误差分析；1.4本文主要研究内容基于稳压管的直流稳压电源,一般由电源变压器、整流电路、滤波电路以及稳压电路组成。利用pn结反向击穿状态，其电流可在很大范围内变化而电压基本不变的现象，制成的起稳压作用的二极管。 此二极管是一种直到临界反向击穿电压前都具有很高电阻的半导体器件.在这临界击穿点上，反向电阻降低到一个很小的数值，在这个低阻区中电流增加而电压则保持恒定，稳压二极管是根据击穿电压来分档的，因为这种特性，稳压管主要被作为稳压器或电压基准元件使用。稳压二极管可以串联起来以便在较高的电压上使用，通过串联就可获得更高的稳定电压。2第二章 课程设计基本内容2.1课程

8、设计名称 16V稳压直流电源的设计与制作。2.2项目设计任务 1.绘制出所设计的直流稳压电源的系统框图，并分析各组成部分的功能及工作原理。 2.设计出每个功能方框图的具体电路图，并根据所提供的技术参数的要求，计算出电路中所用元件的参数值。2.3项目设计要求 设计一个+16V简易直流稳压电源，满足：当输入为220V 50Hz交流电时，输出直流电压为+16V，输出电流为1A。2.4设计原理及流程 稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路组成，直流稳压电源原理图如图1所示，稳压电源各单元电压波形图如图2所示。 + 变 压 + 整 流 + 滤 波 + 稳 压 + U1 u2 u3 uI U0

9、 _ 电 路 _ 电 路 _ 电 路 _ 电 路 图1 集成直流稳压电源原理图 u1 u2 u3 uI U0 0 t 0 t 0 t 0 t 0 t图2 稳压电源各单元电压波形图第三章 基本电路设计3.1 变压器3.1.1变压器 通常直流稳压电源使用电源变压器来改变输入到后级电路的电压。 电源变压器的作用：将电网提供的220V 50Hz交流电压转换为各种电路设备所需的交流电压。电源变压器由初级绕组、次级绕组和铁芯组成。初级绕组用来输入电源交流电压，次级绕组输出所需要的交流电压。通俗的说，电源变压器是一种电磁电转换器件。即初级的交流电转化成铁芯的闭合交变磁场，磁场的磁力线切割次级线圈产生交变电动

10、势。次级接上负载时，电路闭合，次级电路有交变电流通过。变压器的电路原理图符号见图3。图3 变压器的电路图符号交流在二次绕组中产生的感应电动势为： 式中，N1，N2为一次绕组和二次绕组的匝数。其中，U1为加在一次绕组上的电压，在本文中U1=220V。考虑到输出16V电压，1A电流，根据实际情况可提供的变压器，且满足课程设计要求，所以本文选择25W的变压器。3.1.2 绕组电压的确定变压器次级绕组端电压Es的另一种更加精确的计算公式：（公式1）其中：Vc为经过整流后的直流电压平均值； 为纹波电压的峰值差； Vf为整流二极管的正向压降，桥式整流中Vf=2V； A为变压器端子电压的设定误差； B为导线

11、压降；3.1.3变压器电流的确定 与经过整流处理后的直流电流不同，流过变压器的电流变为交流电，因此应应取其有效值进行计算，设流过二极管的电流为，则流过变压器的电流为。（其中的值由后面桥式整流电路据算得出）3.2.整流电路 整流电路：利用单向导电器件将交流电转换成脉动直流电路。3.2.1半波整流电路 半波整流电路只利用电源的正半周，电源的利用效率非常低，所以半波整流电路仅在高电压、小电流等少数情况下使用，一般电源电路中很少使用。3.2.2全波整流电路 全波整流电路每个整流二极管上流过的电流只是负载电流的一半，比半波整流小一倍。由于全波整流电路需要特制的变压器，制作起来比较麻烦，所以在实际运用中很

12、少使用。3.2.3桥式整流电路 电路如图2所示。 在u2的正半周内，二极管D1、D3导通，D2、D4截止。u2的负半周内，D2、D4接通，D1、D3截止。正负半周内都有电流流过负载，且方向一致。每个整流二极管上流过的电流是负载电流的一半，由于四个整流二极管连接成电桥形式，所以称这种整流电路为桥式整流电路。本设计中采用桥式整流电路，图4 单相桥式整流电路图5单相桥式整流电路波形图流过整流二极管的平均电流为：整流二极管承受的最高反向电压为：1N4001的最大反向耐压为50V，额定工作电流，故整流二极管选用1N4001。为了克服半波整流和全波整流的缺点，在本设计中整流电路采用最常用的桥式整流电路。3

13、.3滤波电路滤波电路利用极性电容把脉动直流电转换成比较平坦的直流电 利用电抗性元件对交、直流阻抗的不同，实现滤波。常见的滤波电路有电感滤波和复式滤波电路。电容滤波、3.3.1电感滤波电路 电感滤波电路是利用储能元件电感器L的电磁感应使电流不能突变的性质，把电感L与整流电路的负载串联，也可以起到滤波的作用。3.3.2复式滤波电路 当单独使用电容或电感进行滤波，效果仍不理想时，可采用复式滤波电路。复式滤波电路常用的有三种类型，它们的电路组成原则是，把对交流阻抗大的元件（如电感、电阻）与负载串联，以降落较大的纹波电压，而把对交流阻抗小的元件（如 电容）与负载并联，以旁路较大的纹波电流。其滤波原理与电

14、容、电感波类似。3.3.3电容滤波电路 本设计中采用电容滤波电路。在上述整流电路输出端并联一个由一个电容值较大的电解电容和一个电容值较小的电容并联形成的滤波电路。如图6.优点：结构简单、价格低廉的电容滤波电路。图6 电容滤波电路图7桥式整流电路电容滤波电路电压、电流波形图当时：当为有限值时：通常取 RC越大越大 在电源设计中，滤波电容的选择原则：（T为输入交流电压的频率，R为负载，C为滤波电容） 滤波电容大小可由纹波电压和稳压系数来确定。因设计要求中对这两个参数没作要求，所以按正常范围选择滤波电容：1000F 滤波电容的耐压应大于。综上，所以滤波电容选择1000F/35V的电解电容即可。 3.

15、4稳压电路 稳压电路：利用电路的调整作用使输出电压稳定 本设计中稳压电路采用稳压二极管的伏安特性曲线的正向特性和普通二极管差不多，反向特性是在反向电压低于反向击穿电压时，反向电阻很大，反向漏电流极小。但是，当反向电压临近反向电压的临界值时，反向电流骤然增大，称为击穿，在这一临界击穿点上，反向电阻骤然降至很小值。尽管电流在很大的范围内变化，而二极管两端的电压却基本上稳定在击穿电压附近，从而实现了二极管的稳压功能。3.5稳压电源的保护电路 保护电路的主要作用是由微处理器对检测电路得到的各种信号进行算法处理，以判断为频器本身或系统是否出现了异常。当检测到变频器或系统的异常时 ，则进行各种必要的处理，

16、包括停止变频器的输出，以对变频器和系统提供保护。为保护整个稳压电源，在上电指示电路前串接一只保险丝。整个稳压电源的总电流略大于电源变压器的原边绕组的电流。第四章 电路图的设计、仿真以及误差分析和设计思路分析电路仿真本次课程设计选用proteus做仿真。proteus是一种功能强大的电路仿真软件，不仅在工程实践中，对电子产品的开发与研制能够发挥高效率、高精度的作用。Protel画电路图考虑到实际情况与本文需要。加之，直流稳压电源输出的恒定值，我们直接在电路输出端接一个适当量程的电压表。仿真结果如下：用proteus 画出其仿真图，如下：第五章 结论与心得本文通过分析与计算，设计了一个精度较高的16V直流稳压电源电路，通过软件仿真对电源输出各项参数进行测试分析，基本达到了设计的预期要求。在本课程设计进行过程中，由于时间等因素，对课题的研究还不够深入，很多工作还有待进一步提高和完善。首先，由于本课程设计重点在