上海大学生产实习5V直流稳压电源设计报告.docx
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上海大学生产实习5V直流稳压电源设计报告
生产实习设计报告
——5V直流稳压电源仿真及制作
上海大学机自学院自动化系
电气工程及其自动化
姓名:
***
学号:
*******
指导老师:
***
2016年7月7日
第1章直流稳压电源简介
1.1定义
稳压电源是能为负载提供稳定交流电源或直流电源的电子装置。
包括交流稳压电源和直流稳压电源两大类。
本报告讨论直流稳压电源的仿真与设计。
直流稳压电源是一种利用市电为小型电子设备（负载）供电或充电，能为其提供稳定直流电源的电子装置。
直流稳压电源的供电电源大都是交流电源，当交流供电电源的电压或负载电阻变化时，稳压器的直流输出电压基本能够保持稳定。
1.2直流稳压电源的构成
许多电子产品如电视机、电子计算机、音响设备等都需要直流电源，电子仪器也需要直流电源，实验室更需要独立的直流电源。
为了提高电子设备的精度及稳定性，在直流电源中还要加入稳压电路，因此称为直流稳压电源。
典型的直流稳压电源主要由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路等几部分构成。
电源变压器把50Hz的交流电网电压变成所需要的交流电压；整流电路用来将交流电变换为单向脉动直流电；滤波电路用来滤除整流后单向脉动电流中的交流成分（即波纹电压），是指成为平滑的直流电；稳压电路的作用是当输入交流电网电压波动、负载及温度变化时，维持输出直流电压的稳定。
1.3直流稳压电源的分类
目前生产直流稳压电源种类很多，可以从不同的角度分类：
1，依稳定方式：
参数型（如稳压管+电阻）、反馈型（如调整管+差放）；
2，依工作状态：
线性电源、开关电源；
3，依连接方式：
串联型、并联型。
4，按作用器件：
电子管稳压器、稳压管稳压器、晶体管稳压器、可控硅稳压器等。
第2章直流稳压电源的设计及仿真
2.1设计目的及要求
（1）学习基本理论在实践中综合运用的初步体验，掌握模拟电路设计的基本方法、设计步骤，培养综合设计与调试能力；
（2）培养实践技能，提高分析和解决实际问题的能力；
（3）设计电路结构，选择电路元件，计算确定元件参数；
2.2设计步骤及思路
2.2.1直流稳压电源设计思路
①电网供电电压交流220V（有效值）50Hz，要获得低压直流输出，首先必须采用电源变压器将电网电压降低获得所需要交流电压。
②降压后的交流电压，通过整流电路变成单向直流电，但其幅度变化大（即脉动大）。
③由于此脉动的直流电压还含有较大的纹波，须经过滤波电路变成平滑，脉动小的直流电，即将交流成分滤掉，保留其直流成分。
④滤波后的直流电压，再通过稳压电路稳压，便可得到基本不受外界影响的稳定直流电压输出，供给负载RL。
2.2.2直流稳压电源原理
直流稳压电源是一种将220V工频交流电转换成稳压输出的直流电压的装置，它需要变压、整流、滤波、稳压四个环节才能完成，见图2.1和图2.2。
图2.1直流稳压电源方框图
图2.2直流稳压各过程波形
2.3方案论证仿真
2.3.1总体方案确定
老师给出5V或3.3V电源可供选择，我选择制作5V稳压电源。
查阅资料得知，总体方案有两种，即
方案一：
采用集成运放和分立元件组成的串联式直流稳压电源；
方案二：
采用三端集成稳压电路实现。
比较下来，方案一电路简单，容易实现，成本低，可以达到技术要求，与所学的知识结合紧密；方案二电路比一更简单，采用三端集成稳压芯片更易实现，成本低，能达到技术要求，但与所学知识结合不紧密，有违老师让我们制作的初衷。
所以我决定采用方案一。
2.3.2各过程仿真及确定
1，电源变压器：
是降压变压器，它将电网220V交流电压变换成符合需要的交流电压，并送给整流电路，变压器的变化由变压器的副边电压确定。
因为想要制作5V稳压电源，所以选择变压到6V（有效值）左右。
图2.3加变压器电路图
图2.4加变压器后的波形比较
由图中可以看出，经变压器后，电压峰值降至8.576V左右，换算成有效值即为6.064V，符合要求。
2，整流电路：
利用单向导电元件，把50Hz的正弦交流电变换成脉动的直流电。
方案一：
单相半波整流电路
图2.5半波整流电路图
图2.6半波整流波形比较
单相半波整流简单，使用器件少，它只对交流电的一半波形整流，只要横轴上面的半波或者只要下面的半波。
但由于只利用了交流电的一半波形，所以整流效率不高，而且整流电压的脉动较大，变压器的利用率低。
由于半波整流电路只利用电源的正半轴，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。
方案二：
单相全波整流电路
由于对multisim软件的使用不是很熟练，无法找到中心抽头加到变压器的次级，因而没有能够实现对全波整流的仿真，只能用理论波形图代替讨论。
图2.7全波整流电路图
图2.8全波整流波形图
使用的整流器件较半波整流时多一倍，整流电压脉动较小，比半波整流小一半。
方案三：
单相桥式整流电路
图2.9全桥整流电路图
图2.10全桥整流波形
分析：
电源在正半周时，T1次级上端为正下端为负，整流二极管13端和24端导通，电流由变压器T1次级上端经过13,24回到变压器T1次级下端：
由图可以看出在电源负半周时，T1上端为负下端为正，整流二极管14和23导通，电流由变压器T1次级下端经过14,23回到变压器B1次级上端.负载俩端的电压始终是上正下负，其波形与全波时一致。
使用的整流器件较全波整流时多一倍，整流电压脉动与全波整流相同，每个器件所承受的反向电压为电源电压峰值，变压器利用率较全波整流电路高。
综合3种方案的优缺点:
决定选用方案三。
3，滤波电路：
滤波电路分为电容和电感滤波，由于所设计的电源负载电流不大，所以放弃电感滤波，选择电容滤波，并结合了课堂所学RC滤波的知识，仿真如图：
图2.11滤波电路图
图2.12滤波波形图比较
由图中可以看出，经过滤波电压基本输出稳定的直流量，滤波效果较佳。
4，稳压电路：
虽然滤波后已经可以得到较为平整的直流电压，但是其受到交流电压及负载变化的影响而不稳定，因此需要进行稳压。
本次设计采用稳压二极管进行稳压，仿真如图：
图2.13稳压电路图
图2.14稳压后的波形
分析：
图中可以看出经过稳压可以得到相当稳定的直流电压。
2.3.3总体电路图
第3章直流稳压电源制作
3.1元器件选择和电路参数计算说明
1、变压器的选择
在电容滤波的整流电路中，变压器次级线圈除供给负载电流外，还要向电容充电。
由于充电时的电流瞬时值很大，因此通过变压器次级线圈的电流平均值虽然等于I=，但通过变压器次级线圈的有效值I2要比I=大，I2和I=的关系决定于电流脉冲波型的形状，波型愈小，有效值愈大。
由于一般这种整流电路后面都要用稳压电路，因此估算已能解决实际问题，而没有必要再作繁琐的精确计算。
2、整流电路中的二极管的选择
∵变压器的副边电压U2=8.5V
∴桥式整流电路中的二极管承受的最高反向电压为：
8.5
桥式整流电路中二极管承受的最高平均电流为：
0.3
查手册选整流二极管IN4007，其参数为：
反向击穿电压UBR=1000V>16V,最大整流电流IF=1.0A>0.3A
3、滤波电路中滤波电容的选择
参考查阅资料后可得电解电容采用1000μF，瓷片电容采用0.1μF。
4、元器件清单
元件
规格
数量
变压器
220V转6V
1
全桥二极管
1N4007
4
电解电容
1000μF
1
瓷片电容
0.1μF
2
接插头
1
电阻
10K
1
电阻
1.2K
1
电阻
5.1K
1
Led
1
保险丝
1
3.2电源制作及实物图
按照之前仿真的电路图进行制作，在实际制作过程中，我在变压器原边加了保险丝以保护电路，防止负载因为意外而损毁。
并且在稳压二极管后串联一个led灯来指示是否有电压，给人直观地印象。
具体实物如图：
图3.1正面图
图3.2反面图
图3.3工作时亮灯指示
图3.4工作电压4.96V
经万用表测试可得，工作电压为4.96V。
心得体会
本次的直流稳压电源的设计制作，培养了我综合应用课本理论解决实际问题的能力；我觉得这次设计对我的帮助是很大的，它需要我们将学过的理论知识与实际系统地联系起来，加强我们对学过的知识的实际应用能力。
在设计过程中，我通过查阅有关资料，与同学交流经验和自学等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。
在整个设计中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。
而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。
虽然这个设计做的也不太好，但是在设计过程中所学到的东西是这次毕业设计的最大收获和财富，使我终身受益。
但是由于水平有限，我的稳压电源难免会有一些错误和误差，还望老师批评指正。
总之，就像那句话说的“万事开头难”，从起初不知道从何入手，到最后终于做完了才有种如释重负的感觉。
此外，还得出一个结论：
知识必须通过应用才能实现其价值！
有些东西以为学会了，但真正到用的时候才发现是两回事，所以我认为只有到真正会用的时候才是真的学会了。
THANKS!
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