(毕业论文)AC-DC多路直流电压输出电源设计

(毕业论文)AC-DC多路直流电压输出电源设计摘要摘要直流电源应用非常广泛,其好坏直接影响着电气设备或控制系统的工作性能,目前,市场上各直流电源的基本环节大致相同,都包括交流电源、交流变压器、整流电路、滤波稳压电路等。直流电源应用非常广泛,其好坏直接影响着电气设备或控制系统的工作性能。直流稳压电源是电子技术常用的设备之一,广泛的应用于教学、科研等领域。本设计AC-DC多路直流电压输出电源设计，不仅在稳定性可靠性上引入桥式整流、电容滤波，同时增加多路输出改善以往单路输出转换效率低的问题。并且还引入单片机AT89S52控制,使其在功能上具有一定智能化。在硬件方面，除了变压器外，还将使用LED数码管来进行显示。目前，电源以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用于以电子计算机为主导的各种终端设备、通信设备等几乎所有的电子设备，是当今电子信息产业飞速发展所不可缺少的。关键词：变压器,桥式整流，电容滤波，数码管,稳压电源ABSTRACTABSTRACTTherapiddevelopmentofelectronictechnology,theDCpoweriswidelyused,haveadirectimpactontheelectricalequipmentorthecontrolsystemperformance,atpresent,theDCpowersupplyonthemarketinvirtuallythesameasthebasicaspects,includingtheexchangeofpower,ACadapter,converter,filterregulatorcircuit.DCpoweriswidelyused,haveadirectimpactontheelectricalequipmentorthecontrolsystemperformance.DCpowersupplyelectronictechnologyisoneofthecommonlyusedequipment,widelyusedinteaching,researchandotherfields.InthisdesignthepowerofAC-DCmultiplexerdirectcurrentoutputvoltageisnotonlyimporttheBridgerectifierandcapacitorfilterbutalsoitaddmultiplexerofoutputenhancethesimpleoutputdiversionefficiency,andimporttheAT89S52controlofitsfunctionsonacertainintelligence.Intermsofhardware,inadditiontotransformers,willbeusedtocontrolLEDdigitaldisplay.Atpresent,thepowersourcedevelopinsmallpart,thefeatherweightandthehighefficiency'scharacteristiciswidelyappliedinbytheelectronicaccountingmachineastheleadingeachkindofterminaldevice,thecommunicationfacilityandsoonnearlyallelectronicinstallation,theelectronicinformationindustrycannotlakeofitintodaydevelopment.Keywords:transformers,Bridgerectifier,capacitorfilter,LED,powersupply目录第1章引言(1)1.1课题背景(1)1.2AC-DC电源设计的要求(1)第2章直流稳压电源的原理及使用(2)2.1直流稳压电源原理(2)2.2变压器原理及应用(2)2.2.1变压器的原理(2)2.2.2本设计对变压器的要求(3)2.3AC-DC变换概述(4)第3章整流滤波及稳压方面的原理及使用(5)3.1整流方面分类及概述(5)3.1.1半波整流电路(5)3.1.2全波整流电路(6)3.1.3桥式整流电路(8)3.2滤波方面分类及概述(9)3.2.1电容滤波(9)3.2.2电感滤波(11)3.3稳压电路方面分类及概述(12)3.3.1线性串联型稳压电源(12)3.3.2三端集成稳压器(14)3.4直流电源输出信号测试电路(16)第4章总体方案设计(21)4.1初期实现部分原理图(21)4.2最终定型原理图(22)4.3后端显示部分原理(23)第5章方案具体实现(24)5.1整流部分(24)5.2滤波部分(25)5.3稳压部分(27)5.4控制电路部分(28)5.5本设计最终实物电路板(32)第6章总结(33)参考文献(34)致谢(35)英文资料原文(36)中文译文(38)第1章引言第1章引言1.1课题背景随着电子技术的高速发展,电子系统的应用领域越来越广泛,电子设备的种类也越来越多,电子设备与人们的工作、生活的关系日益密切。而电源是电子设备的动力心脏,任何电子设备都离不开可靠的电源,它们对电源的要求也越来越高。电源是电子设备的心脏部分,其质量的好坏直接影响着电子设备的可靠性,而且电子设备的故障60%来自电源,因此作为电子设备的基础元件,电源受到越来越多的重视。并且电源的使用效率同样受到人们越来越多的重视，当一个普通的220V交流电转变成一路5V~10V的直流电时会有很大程度上的损耗，如使电压转换过程中的损耗合理的利用使损失最小成为人们研究的一个方向，现代电子设备使用的电源大致有线性稳压电源和开关稳压电源两大类。随着现代科学技术的发展,人们对如何提高电源的转换效率,增强对电网的适应性,缩小体积,减轻重量进入了深入的研究。人们对电源的需求也越来越高。七十年代,便应用于电视机的接收,现在已经广泛用于彩电,录像机,计算机,通讯设备,医疗器械,气象等行业。1.2AC-DC电源设计的要求基本要求：（1）输入电压：220V（2）输入电源频率：50Hz±5Hz（3）总输出功率：≥10W（4）效率：≥50%(额定条件下测试)（5）纹波：≤10mV（6）稳压精度：±5%（7）输出电压：＋5V，±12V（有效值）（8）输出交流频率：50Hz±5Hz（9）过流保护：输出2A（10）效率：≥70%电子科技大学成都学院本科毕业设计论文第2章直流稳压电源的原理及使用2.1直流稳压电源原理[3]各种电器设备内部均是由不同种类的电子电路组成，电子电路正常工作需要直流电源，为电器设备提供直流电的设备称为直流稳压电源。直流稳压电源可以将200V的交流输入电压转变成稳定不变的直流电压，直流稳压电源的组成框图如图1.1所示。图2-1直流稳压电源框图电源变压器：将220V的交流电变成整流所需要的电压。整流：将交流电压变换成脉动的直流，有半波和全波。滤波：将脉动直流滤除纹波，变成纹波小的电压，常见的有C，L，Π型，通常选C滤波。稳压：将滤波电路输出电压经稳压后，输出较稳定的电压。2.2变压器2.2.1变压器的原理[2]变压器是利用线圈互感特性构成的一种元器件，几乎在所有的电子产品中都要用到。它原理简单，但根据不同的使用场合（不同的用途），变压器的绕制工艺会有所不同。变压器的功能主要有：电压变换；阻抗变换；隔离；稳压（磁饱和变压器）等。它是由一个初级线圈（线圈圈数N1）及一个次级线圈（线圈圈数N2）环绕著一个核心。常用的铁心形状一般有E型和C型。第2章直流稳压电源的原理及使用E1E2N1N2图2-2变压器的原理简体图E1是初级电压，次级电压E2是：E2=E1×（N2/N1）上图是变压器的原理简体图，当一个正弦交流电压U1加在初级线圈两端时，导线中就有交变电流I1并产生交变磁通ф１，它沿着铁心穿过初级线圈和次级线圈形成闭合的磁路。在次级线圈中感应出互感电势U2，同时ф１也会在初级线圈上感应出一个自感电势E1，E1的方向与所加电压U1方向相反而幅度相近，从而限制了I1的大小。为了保持磁通ф１的存在就需要有一定的电能消耗，并且变压器本身也有一定的损耗，尽管此时次级没接负载，初级线圈中仍有一定的电流，这个电流我们称为“空载电流”。如果次级接上负载，次级线圈就产生电流I2，并因此而产生磁通ф２，ф２的方向与ф１相反，起了互相抵消的作用，使铁心中总的磁通量有所减少，从而使初级自感电压E1减少，其结果使I1增大，可见初级电流与次级负载有密切关系。当次级负载电流加大时I1增加，ф１也增加，并且ф１增加部分正好补充了被ф２所抵消的那部分磁通，以保持铁心里总磁通量不变。如果不考虑变压器的损耗，可以认为一个理想的变压器次级负载消耗的功率也就是初级从电源取得的电功率。变压器能根据需要通过改变次级线圈的圈数而改变次级电压，但是不能改变允许负载消耗的功率。2.2.2本设计对变压器的要求本设计要求变压从220V到25V左右，所以根据变压器设计公式(2-1)输入220V/50Hz,输出25V，磁饱和Bs=1.2韦，可以计算出初级和次级的匝数。电子科技大学成都学院本科毕业设计论文N=220/(4.44×50×1.2×0.02×0.02)=2064,得出N1=2064,再根据(2-2)可以计算出次级匝数N2=N1×(U2/U1)=2064×(25/220)=234。2.3AC-DC变换概述[4]AC/DC变换是将交流变换为直流,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,功率流由负载返回电源的称为有源逆变。AC/DC变换器输入为50/60HZ的交流电,因必须经整流、滤波,因此体积相对较大的滤波电容是必不可少的,同时因遇到安全标准(如UL、CCEE等)以及EMC等的限制(如IEC、FCC、CSA),交流输入端必须加EMC滤波及使用符合安全标准的元件,这样就限制了AC/DC电源体积的小型化。另外,由于内部的高频、高压、大电流开关动作,使得解决EMC电磁兼容问题的难度加大,也就对内部高密度安装电路设计提出了很高的要求,由于同样的原因,高电压、大电流开关使得电源工作消耗增大,限制了AC/DC变换器模块化的进程。AC/DC变换安电路的接线方式可分为：半波电路、全波电路。按电源的相数可分为：单相、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[6]。其简单框图如图1-5所示:图2-5AC/DC变换器原理EMI滤波器高频变压器控制驱动取样放大比较变换器整流滤波整流滤波Vo(DC)Vi(AC)第3章整流滤波及稳压方面的原理及使用第3章整流滤波及稳压方面的原理及使用3.1整流方面分类及概述[5]整流，就是把交流电变为直流电的过程。利用具有单向导电特性的器件，可以把方向和大小交变的电流变换为直流电。下面介绍利用晶体二极管组成的各种整流电路。3.1.1半波整流电路如图3-1，是一种最简单的整流电路。它由电源变压器B、整流二极管D和负载电阻Rfz，组成。变压器把市电电压（多为220伏）变换为所需要的交变电压E2，D再把交流电变换为脉动直流电。图3-1半波整流电路变压器砍级电压E2，是一个方向和大小都随时间变化的正弦波电压，它的波形如图3-2（a）所示。在0～K时间内，E2为正半周即变压器上端为正下端为负。此时二极管承受正向电压面导通，E2通过它加在负载电阻Rfz上，在π～2π时间内，E2为负半周，变压器次级下端为正，上端为负。这时D承受反向电压，不导通，Rfz，上无电压。在π～2π时间内，重复0～π时间的过程，而在3π～4π时间内，又重复π～2π时间的过程…这样反复下去，交流电的负半周就被削掉了，只有正半周通过Rfz，在Rfz上获得了一个单一右向（上正下负）的电压，如图3-2（b）所示，达到了整流的目的，但是，负载电压Usc。以及负载电流的大小还随时间而变化，因此，通常称它为脉动直流。220vE2D1N4001Rfz