電力電子課程設計報告

目錄1 設計目的及任務要求 1

1.1設計目的 1

1.2設計任務要求 1

2 總體方案設計 2

2.1 總體方案框圖 2

2.2 電源變壓器 2

2.3 整流電路 3

2.4濾波電路 3

2.5穩壓電路 4

2.6其他元件的選擇 5

2.7可調直流穩壓源電路原理圖 6

3 可調直流穩壓源** 7

4總結 8

參考文獻 9

1.1設計目的

通過可調直流穩壓電源的設計、安裝和除錯，要求學會：

（1）選擇變壓器、整流二極體、濾波電容及整合穩壓器來設計直流穩壓源；

（2）掌握直流穩壓電路的除錯及主要技術指標的測試方法。

1.2設計任務要求

1、主要技術指標

（1）輸出電壓在1.26v-15v範圍內連續可調，輸出電流最大可達1a;

（2）輸出紋波電壓小於5mv，穩壓係數小於3%，輸出電阻小於0.1ω。

2、設計要求

（1）合理選擇變壓器、整合穩壓器、整流橋及二極體型號；

（2）完成電路理論設計、繪製電路圖及電路圖典型波形、自製印刷板並進行安裝除錯；

2.1 總體方案框圖

可調直流穩壓電源的原理框圖如下圖2-1所示，

圖2-1 可調直流穩壓電源原理框圖

2.2 電源變壓器

城市電網提供的一般為220v（或380v）/50hz的正弦交流電，電源變壓器的作用是將電網交流電壓變換成整流濾波電路所需要的交流電壓。然後再將其次級輸出電壓去整流、濾波和穩壓，最後得到所需要的直流電壓幅值。

（1）電源電壓變壓器引數介紹

a）電壓比

初、次級電壓和線圈圈數具有以下關係，即:

b）效率

在額定功率時，變壓器的輸出功率和輸入功率的比值稱為變壓器的效率，即:

變壓器的效率與變壓器的功率等級有密切關係，通常功率越大，損耗就越小，效率也就越高；反之，功率越小，效率也就越低。

c）額定電壓

指在變壓器的初級線圈上所允許施加的電壓，正常工作時，變壓器初級繞組上施加的電壓不得大於規定值。

d）額定功率

額定功率是指變壓器在規定的頻率和電壓下能長期工作，而不超過規定溫公升時次級輸出的功率。

e）調整率

變壓器的調整率=（空載電壓-滿載電壓）/滿載電壓。一般10w以下變壓器的調整率在20%以上，要想在使用中降低變壓器的調整率，只有選大一些的功率變壓器，如3w的變壓器的調整率為28%，使用功率為1.5w，調整率為 12%。

（2）電源變壓器的選擇

由設計要求可知輸出最大電壓為12v，又考慮到電阻等元件上的壓降，故在選擇電源變壓器時，變壓器次級電壓應在15v左右為宜。

2.3 整流電路

橋式整流電路的作用是利用單向導電性的整流元件二極體，將正負交替的正弦交流電壓整流成為單向脈動電壓。但是，這種單向電壓往往包含著很大的脈動成分，距離理想的直流電壓還差得很遠。下圖即為整流電路部分的原理圖和經整流後輸出的波形。

圖2-2整流電路原理圖

圖2-3整流電路波形

整流橋的選擇:我們採用把四個二極體封裝在一起接成全橋的形式，選用的型號為平均電流為 2a（2w10，2w06等）。

2.4濾波電路

濾波電路由電容、電感等儲能元件組成。它的作用是盡可能地將單向脈動電壓中交流成分濾掉，使輸出電壓成為比較平滑的直流電壓。濾波電路即是將電容併聯在整流電路上或者串聯上電感。

其波形圖如圖2-4示。

圖2-4 濾波電路波形

電容的選擇：在整個電路中，有多處必須用到電容以使得輸出電壓更平滑更穩定。

其中，c1：濾波，c1=1200 f；

c2：抑制自激振盪，c2=(0.1～0.3)f/63v；

c3：濾波，用以減小輸出電壓的波紋電壓(即輸出電壓中的交變電壓分量)。

c3=10uf/16v；

c4：濾波作用，使uo中的波動減小;c4=100f/16v

2.5穩壓電路

穩壓電路的作用是採取某些措施，使輸出的直流電壓在電網電壓或負載電流發生變化時保持穩定。

隨著整合技術的發展，穩壓電路也迅速實現整合化。目前已能大量生產各種型號的單片整合穩壓電路。整合穩壓器具有體積小，可靠性高以及溫度特性好等優點，而且使用靈活，**低廉，被廣泛應用於儀器，儀表及其它各種電子裝置中，特別是三端整合穩壓器。

三端整合穩壓器有多種型號：

正壓系列：78xx系列等

固定式三端穩壓器

負壓系列：79xx系列等

三端整合穩壓器

正壓系列：w317系列等

可調式三端穩壓器

負壓系列：w337系列等

在這裡我們選用lm317，下圖2-5為其引腳圖。

圖2-5 lm317引腳圖

lm317具體工作原理:

電路連線：輸入引腳接輸入正電壓,輸出引腳接負載,電壓調節引腳乙個腳接電阻(200歐姆左右)接到輸出引腳,另乙個接可調電阻(幾k)接於地，輸入和輸出引腳對地要接濾波電容。當lm317穩壓器離電源濾波器有一定距離時必須接電容。

但我們需要注意：

⑴輸入至少要比輸出高2v，否則不能調壓；

⑵輸入電壓最高不能超過40v。輸出電流最好不超過1a。輸入12v的話，輸出最高就是10v左右。

⑶由於它內部還是線性穩壓，因此功耗比較大。當輸入輸出電壓差比較大且輸出電流也比較大時，注意317的功耗不要過大。一般加散熱片後功耗也不超過20w。因此電壓差大時建議分檔調壓。

另外，在使用lm317時要注意功耗、散熱問題。

2.6其他元件的選擇

降壓、整流、濾波、穩壓器件是整個電路的核心部分，但是除此之外，還需要保護和調節部分，整個電路才能正常工作。

當電容c3充電完成開始放電後，電流會通過在三端穩壓整合塊的gnd端，流入lm317，造成其被燒壞，為了解決這個反向電流，我們可以在gnd於vout端並上乙個二極體即可。另外，當lm317輸入端元件短路時，出現ui為了調節最後的輸出電壓以提供不同情況下的需求，我們還必須新增電位器以控制輸出電壓的大小。（粗調）rp1：

1.5kω，1/8w。（細調）rp2：

220ω，1/8w。

由於lm317的穩定工作要求的最小電流為：iomin〞=1.5ma~5ma（安全），故取r1為180ω——250ω。

2.7可調直流穩壓源電路原理圖

圖2-6 可調直流穩壓電源原理圖

可調直流穩壓電源工作過程分析：由於我們期望得出的最大電壓為15v左右，而在橋式整流部分採用二極體連線而成的橋，其整流後輸出電壓平均值應為，即對變壓器二次側輸出的電壓進行了公升壓，整流後的電壓還存在著一定的脈動成分和其他干擾訊號，因此將輸出電壓通過各電容進行濾波，便可得到脈動成分較小，波形較為平整的輸出電壓。濾波之後，由於各種干擾，輸出電壓訊號或許不穩定，但採用三端整合穩壓器可對濾波電路輸出的電壓進行穩壓，這樣我們便可以得到平整穩定的直流電壓。

為了實現可調，我們採用了電位器,來調節所需要的輸出電壓，其中，分別為細調，粗調。這樣，可以實現輸出電壓在1.26v-15.

2v範圍內連續可調，輸出電流最大可達1a。

在以上原理的基礎上，為了保證我們的直流穩壓電源能正常工作，有必要用proteus對其進行**，不同的輸出電壓從電壓表清晰可見。通過調節電位器（細調，粗調）可得到不同輸出的穩定可調直流電壓。**結果如下圖3-1、圖3-2所示。

圖3-1 直流穩壓電壓源最大輸出電壓

圖3-2直流穩壓電壓源最小輸出電壓

有了軟體的支援，我們再根據電路中各元件的具體引數選擇適當的元件，在電路板上連成電路，按照電路圖焊接起來，再經除錯即可得到乙個在1.26v-15.2v範圍內連續可調的直流穩壓電源。

在本次電力電子課程設計過程中，我學到了許多東西，但同時也遇到了很多問題。

首先，我們把平時在課堂上學到的電力電子理論知識同本次直流穩壓可調電源的設計聯絡起來，深刻理解了橋式整流可控與不可控的區別。在選擇器件時也懂得了各個器件選擇的原則及其工作原理，這對我們再以後的學習工作是很有幫助的。其次，理論設計和實踐總算存在很大差距的，因此，在具體焊接電路之前，我們用proteus軟體繪製出了原理圖，並進行了**，通過調節電位器可以發現輸出電壓的確是平穩的且在1.

26v~15v可調，達到了預期設計目標。

但在另一方面也遇到了很多問題。對我們來說理論是簡單的，實際電路卻麻煩很多，也容易出現很多問題。在使用proteus設計原理圖時，很容易的從元件庫里選出了各元件，也按照原理圖連好線，可是開始**時卻問題不斷，比如，電壓表沒有示數而且報錯，在反覆檢查電路連線和各元件引數後執行，仍然沒有報錯。

最後，我們請教了老師，在老師指導下我們更改了電源的電壓為311v（峰值電壓），變壓器變壓比為60:1，然後執行，總算有了示數且也滿足要求。

從本次課程設計中，我們得到了很多啟示,又掌握了乙個繪圖軟體，明白了團隊合作的重要性，關鍵時刻應該多和老師討論等等。總之，這樣的課程設計對我們的動手實踐還是很有幫助的，我們可以把課堂上的理論同實踐聯絡起來，一方面加強了對理論知識的理解，另一當面也增強了動手實踐的能力。在以後的學習工作過程中，我們應該努力思考，把學習中的各種經驗運用到工作中。

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