AC-DC转换电路设计

电力电子课程设计报告学院：机电信息学院专业：电气工程及自动化10级姓名：指导教师：邵小强李莉杨良煜薛弘晔时间：2013-1-62目录一.摘要:....................................................................................................................................3二.电路各模块介绍........................................................................................................................41基本资料................................................................................................................................42变压部分...............................................................................................................................53整流部分................................................................................................................................74滤波部分...............................................................................................................................85稳压部分..............................................................................................................................10三.心得体会:..............................................................................................................................12四.参考文献...............................................................................................................................14五.附录.........................................................................................................................................14附录一（实验元件）.............................................................................................................14附录二（系统原理图）.........................................................................................................15附录三（人员安排）.............................................................................................................153AC/DC转换电路设计一.摘要:在电子电路及设备中，一般都需要稳定的直流电源供电。本实验所介绍的直流小功率电源将频率为50Hz、有效值为220v的交流电压转换为幅值稳定、输出电流为几十安以下的直流电压。主要内容重点介绍交流电经过电压变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路转换成稳定的直流电压。本论文每部分以该部分讨论的问题开始，以小结结束。基本知识内容系统、精炼、深入，在讲清电路工作原理和分析方法的同时，尽量阐明电路结构的构思方法，引导读者举一反三。扩展部分篇幅虽少，但内容丰富，可开阔眼界。4二.电路各模块介绍1基本资料1.1设计目的：(1)．掌握功AC/DC转换的的原理；(2)．选择变压器、整流二极管、滤波电容及集成稳压器设计直流稳压电源；(3)．掌握直流稳压电路的调试及主要技术指标的测试方法；(4)．掌握电路的基本调试能力。1.2设计要求：(1)：整流滤波方式：a全波整流滤波电路b桥式整流滤波电路c倍压整流滤波电路(2).输入电压：AC220V；(3).输出电压：DC5V；(4).输出纹波电压：小于等于5V；1.3设计任务：(1)根据设计指标选择电路形式，画出原理电路图；(2)选择元器件型号及参数，并列出材料清单；(3)利用软件仿真，并在通用板上组装焊接电路；(4)完成电路的测试与调整，使有关指标达到设计要求；(5)写出设计总结报告。1.4设计原理5图1.1其中电源变压器T的作用是将220v交流电压变成整流滤波电路所需的交流电压左边为220v的交流电压，经过如图所示的电路图后就可以得到5v的直流电压。图1.2AC-Alternatingcurrent是交流的意思，DC-Directcurrent是直流的意思，AC/DC变换是将交流变换为直流，AC/DC转换器就是将交流电变为直流电的设备，其功率流向可以是双向的，功率流由电源流向负载的称为“整流”。AC/DC变换按电路的接线方式可分为波电路、全波，半电路。按电源相数可分为，单项、三相、多相。按电路工作象限又可分为一象限、二象限、三象限、四象限。如图可知，电路可分为四大部分：1.变压2.整流3.滤波4.稳压62变压部分2.1变压器的主要参数有：(1)变压比变压器的变压比是初级电压与次级电压的比值。(2)额定功率额定功率，是变压器在指定频率和电压下能连续工作而不超过规定温升的输出功率。(3)效率效率是输出功率与输入功率之比，它反映了变压器的自身损耗。(4)空载电流变压器在工作电压下次级空载时（次级电流为零），初级线圈流过的电流称为空载电流。空载电流大的变压器损耗大、效率低。(4)绝缘电阻和抗电强度绝缘电阻，指变压器线圈之间、线圈与铁心之间及引线之间的电阻。抗电强度是在规定的时间内变压器可承受的电压，它是变压器特别是电源变压器安全工作的重要参数。电源变压器Tr的作用是将电网220V的交流电压变换成整流滤波电路所需要的交流电压Ui。变压器的副边与原边的功率比为21PP，式中η为变压器的效率。变压部分参数设计：选择交流220V、50Hz的变压器，电压波动范围±10%。根据需要，我们选取了16W,(+8V,-8V)及8W，16V的变压器。一个线圈匝数比为220：16，另一个线圈匝数比为220：8，带中心抽头。电路中心抽头接地，一个正负8伏为7895和7905的输入。另一个为317的输入。本次实训为了简洁直观采用了单相变压器73整流部分方案：单向桥式整流滤波桥式整流滤波工作原理：图1-3-3图1-3-4图所示是单相桥式整流电路原理图。这个整流器的工作和前二者不同，前二者的电流在每半波只流过一只整流器二极管，而这里每半波的电流却要流过两只整流器二极管。全波整流器虽然只用了两只二极管，而却多用了一组变压器绕组，且要求二极管反向耐压值为输入电压峰值的２倍。单相桥式整流电路虽然多用了两只二极管，而却少用了一组变压器绕组，对二极管反向耐压的要求也低了一半。因此，看起来后两个电路都是输出全波，但由于结构上的不同，各有自己的使用场合，看实际情况而定。总结类型电路整流电压波形特点单向半波电路简单，输出波纹大，电源的利用低。8鉴于本次实验单向“桥式整流”更适合本次实验。说以，我们采取单向桥式整流作为器件的整流部分。4滤波部分通过整流得到的单相脉动直流电压，包含了多种频率的交流成分，还不能直接被采用，为了滤除或抑制交流分量以获得平滑的直流电压，必须设置滤波电路。滤波电路直接放在整流电路后面，滤波电路用于滤去整流输出电压中的纹波，一般由电抗元件组成，如在负载电阻两端并联电容器C，或与负载串联电感器L，以及由电容、电感组合而成的各种复式滤波电路。4.1电路结构和选择由于电抗元件在电路中有储能作用，并联的电容器C在电源供给的电压升高时，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，电容C具有平波的作用；与负载串联的电感L，当电源供给的电流增加（由电源电压增加引起）时，它把能量存储起来，而当电流减小时，又把能量释放出来，使负载电流比较平滑，即电感L也有平波作用。滤波电路的形式很多，为了掌握它的分析规律，把它分为电容输入式（电容C接在最前面）和电感输入式（电感L接在最前面）。前一种滤波电路多用在小功率电源中，而后一种滤波电路多用于较大功率电源中（而且当电流很大时仅用一个电感器与负载串联）。电容滤波电路：单向全波纹波小，二极管的反向电压高。单向桥式电路复杂，纹波小，二极管的反向电压小。9图4.2桥式整流、电容滤波电路4.2滤波电容的选择由前述可知，电容C越大，电容放电时间常数t=RC越大，负载波形越平滑。一般情况下，桥式整流可按式RC=（3~5)T/2(3-1)来选择C的大小。式中T为输入交流电压的周期。此时负载两端电压可按下式计算：U（L)=1.2U(2)滤波电容一般都采用电解电容，使用时极性不能反接。4.3常用电容的种类1、陶瓷电容用陶瓷做介质，在陶瓷基体两面喷涂银层，然后烧成银质薄膜做极板制成。它的特点是体积小、耐热性好、损耗小、绝缘电阻高，但容量小，适于高频电路。2、铝电解电容它是由铝圆筒做负极，里面装有液体电解质，插入一片弯曲的铝带做正极制成。还需要经过直流电压处理，使正极片上形成一层氧化膜介质。它的特点是容量大，但是漏电大、稳定性差，有正负极性，适宜用于电源滤波或者低频电路中。3、钽电容钽电容由金属钽做正极，用稀硫酸等配液做负极，用钽表面生成的氧化膜做介质，它的特点是体积小、容量大、性能稳定、寿命长、绝缘电阻大、温度特性好。可广泛用于电源滤波、旁路、去耦。用在要求较高的设备中。4.4工作原理单相桥式整流、电容滤波电路中，在分析电容滤波电路时，要特别注意电容器两端电压VC对整流元件导电的影响。整流元件只有在受正向电压作用时才导通，否则便截止。加了一只电容后，二极管导通时，一方面给负载RL供电，一方面对电容C充电。在忽略二极管正向压降后，充电时，充电时间常数τ充电=2RDC，其中RD10为二极管的正向导通电阻，其值非常小，充电电压uc与上升的正弦电压u2一致，uo=uC≈u2，当uc充到u2的最大值时，u2开始下降，且下降速率逐渐加快。当|u2|＜uC时，四个二极管均截止，电容C经负载RL放电，放电时间常数为τ放电=RLC，故放电较慢，直到负半周。在负半周，当|u2|＞uC时，另外二个二极管(VD2、VD4)导通，再次给电容C充电，当uC充到u2的最大值时，u2开始下降，且下降速率逐渐加快。当|u2|＜uC时，四个二极管再次截止，电容C经负载RL放电，重复上述过程。有电容滤波后，负载两端输出电压波形如图2b所示。电容滤波电路结构简单、输出电压高、脉动小。但在接通电源的瞬间，将产生很大的充电电流，这种电流称为“浪涌电流”，同时，因负载电流太大，电容器放电的速度加快，会使负载电压变得不够平