直流穩(wěn)壓電源畢業(yè)論文1

1、畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）題目 直 流 穩(wěn) 壓 電 源 設(shè) 計(jì) 教 學(xué) 系 電子工程系 專業(yè)班級(jí) 電子09級(jí)一班 學(xué)生姓名 任 永 可 學(xué)生學(xué)號(hào) 200901010045 指導(dǎo)教師 張 永 新 目錄1 前言12總體方案設(shè)計(jì)22.1 方案一22.2 方案二32.3方案選擇43單元模塊設(shè)計(jì)53.1單元模塊功能介紹53.1.1輔助電源部分設(shè)計(jì)53.1.2主要電源部分設(shè)計(jì)63.1.3保護(hù)電路部分設(shè)計(jì)73.1.4繼電器驅(qū)動(dòng)部分設(shè)計(jì)73.1.5輸出電壓比較部分設(shè)計(jì)83.1.6編碼譯碼部分設(shè)計(jì)93.2電路參數(shù)計(jì)算103.3特殊器件介紹：113.4各單元模塊連接164系統(tǒng)功能175設(shè)計(jì)總結(jié)17【參考文獻(xiàn)】186 系統(tǒng)原

2、理圖191 前言 可以說(shuō)，有電器的地方就有電源。所有的電子設(shè)備都離不開可靠的電源為其供電?，F(xiàn)代電子設(shè)備中的電路使用了大量的半導(dǎo)體器件，這些半導(dǎo)體需要幾伏到幾十伏的直流供電，以便得到正常工作所必需的能源。這些直流電源有的屬于化學(xué)電源，如采用干電池和蓄電池，但這些不能持久性的供電。大多數(shù)電子設(shè)備的直流供電方法都是將交流電源經(jīng)過(guò)變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓等變換為所需的直流電壓。完成這種變換任務(wù)的電源成為“直流穩(wěn)壓電源”?，F(xiàn)代電子設(shè)備中使用的直流穩(wěn)壓電源有兩大類：線性穩(wěn)壓電源和開關(guān)性穩(wěn)壓電源。線性穩(wěn)壓電源亦稱串聯(lián)調(diào)整式穩(wěn)壓電源。它的穩(wěn)壓性能好，輸出紋波很小，缺點(diǎn)是需要使用體積和重量都比較大的工頻變壓器，而

3、且穩(wěn)定效率較低。開關(guān)型穩(wěn)壓電源效率高，體積小，重量輕，缺點(diǎn)是輸出的紋波及產(chǎn)生的電磁干擾比較大。開關(guān)電源和線性電源的成本都隨著輸出功率的增加而增長(zhǎng)，但二者增長(zhǎng)速率各異。通常，當(dāng)輸出功率較小時(shí)，線性電源的成本較低。但是，當(dāng)線性電源成本在某一輸出功率點(diǎn)上時(shí)，反而高于開關(guān)電源，這一點(diǎn)稱為成本反轉(zhuǎn)點(diǎn)。本設(shè)計(jì)就是針對(duì)線性穩(wěn)壓電源，只是對(duì)普通穩(wěn)壓電源進(jìn)行一些增加，使穩(wěn)壓電源更智能化更安全。該電源主要在普通電源后增加一個(gè)LED數(shù)碼顯示電路、過(guò)電流保護(hù)電路和自動(dòng)換檔電路。2總體方案設(shè)計(jì)2.1 方案一該方案是通過(guò)變壓器變壓，再經(jīng)過(guò)整流電路、濾波電路進(jìn)而將交流電變?yōu)橹绷麟?，在通過(guò)穩(wěn)壓器的穩(wěn)壓得到較穩(wěn)定的電壓，由于穩(wěn)

4、壓器當(dāng)輸入電壓固定時(shí)只能在它的電壓差范圍內(nèi)調(diào)節(jié)輸出電壓，、所以要在調(diào)出電壓差的范圍時(shí)自動(dòng)調(diào)檔，這是通過(guò)兩個(gè)比較器將輸出電壓和基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，再通過(guò)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)功能控制繼電器控制器的輸入情況來(lái)判斷輸出電壓的大小在哪個(gè)范圍，然后進(jìn)行自動(dòng)調(diào)檔。最后將穩(wěn)壓器的輸出電壓流經(jīng)保護(hù)電路，最后輸出。如圖2.1。變壓器整流濾波穩(wěn)壓保護(hù)電路兩個(gè)比較器交流電220V/50HZ計(jì)數(shù)器繼電器控制器圖2.1在橋式整流電路中，每個(gè)二極管都只在半個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)電，所以流過(guò)每個(gè)二極管的平均電流等于輸出電流的平均值的一半，即 。電路中的每只二極管承受的最大反向電壓為 (U2是變壓器副邊電壓有效值)。在設(shè)計(jì)中，常利用電容器兩端的電壓

5、不能突變和流過(guò)電感器的電流不能突變的特點(diǎn)，將電容器和負(fù)載電容并聯(lián)或電容器與負(fù)載電阻串聯(lián)，以達(dá)到使輸出波形基本平滑的目的。選擇電容濾波電路后，直流輸出電壓：Uo1=(1.11.2)U2，直流輸出電流： （I2是變壓器副邊電流的有效值。），穩(wěn)壓電路可選集成三端穩(wěn)壓器電路。原理電路見圖圖2.2 方案二 該方案也是通過(guò)變壓器變壓，再經(jīng)過(guò)整流電路、濾波電路進(jìn)而將交流電變?yōu)橹绷麟姡谕ㄟ^(guò)穩(wěn)壓器的穩(wěn)壓得到較穩(wěn)定的電壓，主要是自動(dòng)換檔這一單元有所改變，該方案的這一單元的原理是：將穩(wěn)壓器輸出的電壓通過(guò)六個(gè)比較器和基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，將得出的結(jié)果通過(guò)編碼器、譯碼器得出有效的二進(jìn)制碼，接著通過(guò)繼電器控制器控制繼電器自

6、動(dòng)調(diào)節(jié)檔位。最后將穩(wěn)壓器的輸出電壓流經(jīng)保護(hù)電路輸出，如圖2.2。交流電220V/50HZ變壓器整流濾波繼電器控制器穩(wěn)壓保護(hù)電路六個(gè)比較器編碼器譯碼器 圖2.2 2.3方案選擇方案一的優(yōu)點(diǎn)在于所用的器件較少,但由于用計(jì)數(shù)器給繼電器控制器有一個(gè)缺點(diǎn):當(dāng)電源一開始就往下調(diào),要是不置數(shù)的話,往下就不能計(jì)數(shù),但如果置數(shù)的話,在方案上有點(diǎn)困難;方案二雖然元器件多點(diǎn)但它能完整的完成自動(dòng)調(diào)檔功能,并且思路簡(jiǎn)單明了,容易讓人理解并不會(huì)出什么錯(cuò)誤,元器件又好解決.所以我選用第二中方案。3單元模塊設(shè)計(jì)3.1單元模塊功能介紹3.1.1輔助電源部分設(shè)計(jì) 該部分的功能是提供主要電源部分所使用的芯片的驅(qū)動(dòng)電壓和用來(lái)作為基準(zhǔn)

7、電壓。 圖 輔助電源+5V該電源提供穩(wěn)定的直流電源+5V，它的主要功能是提供給比較器、譯碼器和編碼器的驅(qū)動(dòng)電壓+5V。如圖。 圖 輔助電源+12V該電源提供穩(wěn)定的直流電源+12V，它的主要功能是提供給2803驅(qū)動(dòng)電壓+12V和提供比較器的基準(zhǔn)電壓。如圖。該電源主要通過(guò)整流、濾波和穩(wěn)壓三部分構(gòu)成，起部分功能如下：橋式整流電路：在U2的正半周，a點(diǎn)的電位高于b點(diǎn)的電位，D1、D3導(dǎo)通，D2、D4截止，電流自a端經(jīng)D1，RL和D3回到電源的b端；在U2的負(fù)半周，b點(diǎn)的電位高于a點(diǎn)的電位，D2、D3導(dǎo)通，D1、D3截止，電流自b端經(jīng)D2、RL和D4回到電源的a端。與半波整流電路相比，在U2、RL相同條

8、件下，輸出的只電流、電壓都提高一倍；電流脈動(dòng)程度減??；變壓器在正、負(fù)半周都有對(duì)稱的電流流過(guò)，既得到充分利用，又不存在單磁化的問(wèn)題，但需要4個(gè)整流二極管，線路稍復(fù)雜。與全波整流相比，雖然多用了2個(gè)整流二極管，但反向耐壓低了一倍，變壓器次級(jí)少了一圈，綜合成本低于全波整流電路。電容濾波電路電容濾波電路的特點(diǎn)：（1）電流的有效值和平均值的關(guān)系與波形有關(guān)，在平均值相同的情況下，波形越尖，有效值越大。在純電阻負(fù)載時(shí)，變壓器副邊的有效值I2=1.11IL，而有電容濾波時(shí)I2=（1.52）IL。（2）負(fù)載平均電壓VL升高，紋波（交流成分）減小，且RLC越大，電容放電速率越慢，則負(fù)載電壓中的紋波成分越小，負(fù)載平

9、均電壓越高。為了得到平滑的負(fù)載電壓，一般取RL*C（3-5）T/2（式中T為電源交流電壓的周期）。（3）負(fù)載直流電壓隨負(fù)載電流增加而減小。VL隨IL的變化關(guān)系稱為輸出特性或外特性，如圖所示。電容濾波電路簡(jiǎn)單，負(fù)載直流電壓VL較高，紋波也較小，它的缺點(diǎn)是輸出特性較差，適用于負(fù)載電壓較高，負(fù)載變動(dòng)不大的場(chǎng)合。主要電源部分設(shè)計(jì)圖可調(diào)電源部分該部分通過(guò)三端可調(diào)集成穩(wěn)壓器實(shí)行對(duì)電壓的調(diào)節(jié)，當(dāng)調(diào)節(jié)電位器R2時(shí)，電壓就會(huì)隨著電阻的阻值變化而變化。3.1.3保護(hù)電路部分設(shè)計(jì)圖 保護(hù)電路如圖，該保護(hù)電路采用場(chǎng)效應(yīng)管的功能，其工作原理如下：當(dāng)電源輸出短路時(shí)，場(chǎng)效應(yīng)管VT2的柵源極變成等電位而導(dǎo)通，其漏源極就會(huì)分去

10、調(diào)整管VT1的基極電流達(dá)到減小調(diào)整管導(dǎo)通過(guò)電流的作用，R2為場(chǎng)效應(yīng)管柵極的保護(hù)電阻。選用場(chǎng)效應(yīng)管時(shí)應(yīng)使其導(dǎo)通電壓降（漏源極間的電壓）小于調(diào)整管發(fā)射結(jié)導(dǎo)通電壓降。3.1.4繼電器驅(qū)動(dòng)部分設(shè)計(jì) 圖繼電器驅(qū)動(dòng)該部分的設(shè)計(jì)主要利用繼電器的特殊功能：當(dāng)繼電器兩端有電壓時(shí)，繼電器則導(dǎo)通，反之繼電器就斷開。繼電器用2803芯片驅(qū)動(dòng)，如圖所示，可知A，B兩端接到整流部分，2803輸入端接譯碼部分。當(dāng)譯碼信號(hào)傳給2803時(shí)，它即將判斷那端輸出高電平，接到這端的繼電器導(dǎo)通，即與變壓器的一檔位接通，起到換擋作用。 輸出電壓比較部分設(shè)計(jì) 圖 電壓比較該部分的原理主要是利用對(duì)輸出電壓與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較從而判斷輸出電壓在

11、哪個(gè)范圍，由此得出比較信號(hào)，將它傳給編碼器編碼。如圖可知，六個(gè)比較器的輸出端接編碼器，輸入端接的基準(zhǔn)電壓。此基準(zhǔn)電壓是通過(guò)+12V的輔助電源供給的。比較器的原理是：當(dāng)輸入電壓比基準(zhǔn)電壓高時(shí)輸出高電平，而當(dāng)輸入電壓比基準(zhǔn)電壓低時(shí)則輸出低電平。 編碼譯碼部分設(shè)計(jì) 圖 編碼譯碼 如圖所示，編碼器的輸入端接比較器的輸出端，在此編碼器通過(guò)對(duì)輸入信號(hào)的編碼并傳給譯碼器，通過(guò)譯嗎器的譯碼將輸出信號(hào)傳給2803控制繼電器。3.2電路參數(shù)計(jì)算輔助電源參數(shù)計(jì)算1.因?yàn)閂i-Vo=2.5V，所以+5V穩(wěn)壓電源Vi應(yīng)大于2.5V+5V=7.5V，+12穩(wěn)壓電源Vi應(yīng)大于2.5V+12V=14.5V。2.因?yàn)閂i=(1

12、.11.2)Vj,所以Vj=Vi/(1.11.2).那么+5V穩(wěn)壓電源Vj6.25V, +12穩(wěn)壓電源Vj12.08V。3.考慮到電解電容并不是非常大，穩(wěn)壓輸出的穩(wěn)定，+5V穩(wěn)壓電源交流電壓應(yīng)大于6.6V，+12穩(wěn)壓電源交流電壓應(yīng)大于12.6V。4.因?yàn)槎O管有正向壓降，+5V穩(wěn)壓電源交流電壓應(yīng)大于6.6+0.72=8V，+12穩(wěn)壓電源交流電壓應(yīng)大于12.6+0.72=14V。5.考慮到交流電源電壓的波動(dòng)，在市網(wǎng)電壓為200V時(shí)也能正常工作，則有200/220+Vj，所以+5V穩(wěn)壓電源交流電壓應(yīng)大于8.8V，+12穩(wěn)壓電源交流電壓應(yīng)大于14.8V。6.交流變壓器副邊應(yīng)選取的電壓為：+5V穩(wěn)壓電

13、源交流電壓為9V，+12V穩(wěn)壓電源交流電壓為15V。主要電源參數(shù)計(jì)算1.Vi-Vo2.53V且Vi-Vo40V。2.Vo=Vre(1+R2/R1)+IadjR2,其中Vre=1.25,Iadi=100uA非常小可以忽略，所以Vo=1.25(1+R2/R1)。3.R2的取植范圍為120240歐姆之間。VVo37V,電流小于1.5A，保護(hù)電流為2.2A，最大耗散功率為20W。元器件的選擇1.假設(shè)負(fù)載電流為500mA，電源電壓的頻率為50HZ，則T=0.02S，電容C【（35）T/2】/RL,耐壓植應(yīng)大于1.42Vj,即1.42Vj250/220。（250/220為市網(wǎng)電源電壓過(guò)高時(shí)的情況）當(dāng)輸出電

14、壓為5V時(shí)C30005000uF，耐壓值應(yīng)大于14.5V。當(dāng)輸出電壓為12V時(shí)C12502083uF,耐壓值應(yīng)大于24.1V。2.二極管應(yīng)承受的最大反向電壓均為V2的最大植，即Vrm=1.414V當(dāng)輸出電壓為5V時(shí)，二極管承受的電壓為1.4149=12.726V當(dāng)輸出電壓為12V時(shí)，二極管承受的電壓為1.41415=21.21V。3.3特殊器件介紹：LM317器件介紹它的內(nèi)部電路有比較器、偏置電路（圖中未畫出）、恒流源和帶隙基準(zhǔn)電壓Vref等，它的公共端改接到輸出端，器件本身無(wú)接地端。所以消耗的電流都從輸出端流出，內(nèi)部的基準(zhǔn)電壓（約1.2V）接至比較放大器的同向端和調(diào)整端之間。若接上外部的調(diào)整

15、電阻R1、R2后，輸出電壓為V0=Vref+(Vref/R1+Iadj)R2=Vref(1+R2/R1)+IadjR2LM317的Vref=1.2V,Iadj=50uA,由于調(diào)整端電流IadjI1,，故可以忽略，上式又可簡(jiǎn)化為 VO=Vref(1+R2/R1)ULN2803器件介紹I1I2I3I4I5I6I7I8O1O2O3O4O5O6O7O81000000001111111010000001011111100100000110111110001000011101111000010001111011100000100111110110000001011111101000000011111111

16、0當(dāng)輸入段IN1為高電平，其余為低電平時(shí)，輸出端OUT1為低電平，其余威高電平，以此類推，輸入端為高電平時(shí)，對(duì)應(yīng)的輸出端為低電平，以此就可以控制變壓器的檔位。CD4208編碼器 原理圖編編碼器該編碼器有8個(gè)信號(hào)輸入端，3個(gè)二進(jìn)制碼輸出端。此外，電路還設(shè)置了輸入使能端EI，輸出使能端EO和優(yōu)先編碼工作狀態(tài)標(biāo)志GS。當(dāng)EI=0是編碼器工作；而當(dāng)EI=1時(shí)，則不論8個(gè)輸入端為何狀態(tài)，2個(gè)輸出端均 74148優(yōu)先編碼器為高電平，且優(yōu)先標(biāo)志端和輸出使能端均為高電平，編碼器處于非工作狀態(tài)。這種情況被稱為輸入低電平有效，輸出高電平有效的情況。當(dāng)EI為0，且至少有一個(gè)輸入端有編碼要求時(shí)，優(yōu)先編碼工作狀態(tài)標(biāo)志G

17、S為0，表明編碼器處于工作狀態(tài)，否則為1。由功能表可知，在8個(gè)輸入端均無(wú)低電平輸入信號(hào)和只要輸入0端有低電平輸入時(shí)，A2A1A0均為111，出現(xiàn)了輸入條件不同而輸出代碼相同的情況，這可由GS狀態(tài)加以區(qū)別，當(dāng)GS=1時(shí)，表示8個(gè)輸入端均無(wú)低電平輸入，此時(shí)A2A1A0=111為非編碼輸出；GS=0時(shí)，A2A1A0=111表示響應(yīng)輸入0端為低電平時(shí)的輸出代碼。 輸入 輸出EI01234567A2A1A0GSEOHHHHHHLHHHHHHHHHHHHLLLLLLLHLLHLLHLHLLHHLHLLHLLHHHLHHLHLLHHHHHLLLHLLHHHHHHLHLHLLHHHHHHHHLLHLLHHHH

18、HHHHHHLH功能表 3.4各單元模塊連接輔助電源部分主要電源部分繼電器驅(qū)動(dòng)部分保護(hù)電路部分電壓比較部分編碼譯碼部分主要電源部分提供可調(diào)穩(wěn)定電壓，通過(guò)自動(dòng)控制部分控制主要電源部分的電壓檔位，再通過(guò)保護(hù)電路部分保護(hù)電路的可靠性，當(dāng)電路過(guò)流時(shí)可以起到保護(hù)作用。其中輔助電源部分則是提供自動(dòng)控制部分和保護(hù)電路部分所用到的芯片的驅(qū)動(dòng)電壓。4系統(tǒng)功能可以輸出穩(wěn)定的直流電壓；精度高且在調(diào)節(jié)范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)；當(dāng)輸出兩接線短路時(shí)由于保護(hù)功能而不燒壞電源；在調(diào)節(jié)過(guò)程中自動(dòng)換檔。5設(shè)計(jì)總結(jié)本設(shè)計(jì)的目的是利用市電通過(guò)一定的技術(shù)產(chǎn)生直流穩(wěn)壓電，并利用它為電子器件提供必要的電壓、電流。該電源能提供一定的穩(wěn)定的電壓，并且在它的量程范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，同時(shí)具有保護(hù)作用，當(dāng)電源輸出段短路是，電源自動(dòng)斷開以至不會(huì)燒壞電壓。通過(guò)這次設(shè)計(jì)，我從中獲得了很多有用的東西。比如說(shuō)，在以前上課時(shí)沒聽懂的知識(shí)，現(xiàn)在通過(guò)自己的進(jìn)一不了解，再結(jié)合自己以前所學(xué)的知識(shí)，對(duì)它有了新的認(rèn)識(shí)。在此同時(shí)，我還學(xué)到了新的知識(shí)，在了解這一方面知識(shí)的同時(shí)，我好查閱了相關(guān)的圖書和了解了網(wǎng)上最新的技術(shù)，為此，對(duì)我以后設(shè)計(jì)的進(jìn)行打下了深厚的基礎(chǔ)，我相信在以后的畢業(yè)設(shè)計(jì)中可以很輕松的操作。 我這次設(shè)計(jì)的直流穩(wěn)壓電源還有兩