项目1简易直流电源设计

简易直流电源设计报告

1.任务和要求：请设计一个简易直流电源，基本要求如下： 1．输入电压~220V ，输出电压为直流12V 。 2．最大负载7W 。

3.带一个红色的电源指示灯，用于指示电源是否接通。 2.基本原理分析

如图1所示，一般直流电源由如下部分组成:

变压器可以将输入的交流电压从220V 降低到12V 。 整流电路的作用是将工频交流电转换为脉动直流电。

滤波电路的作用是将脉动直流中的交流成分滤除，减少交流成分，增加直流成分。 稳压电路的作用是对整流后的直流电压进一步进行稳定。如果要求不高，可以省略。

图1简易直流电源的方框图

3.方案论证

3.1 整流电路的方案

利用二极管的单向导电性能就可设计半波、全波和桥式整流电路。

a) 半波整流 b)全波整流 c)桥式整流

图2 三种整流电路

方案1半波整流

如图a)所示，半波整流电路由一个二极管构成。使用元件少。输出波形脉动大；直流成分小；变压器利用率低。输出电压平均值为：

2)(45.0U U AV o =负载电阻的平均电流： R

U I AV D 2

)(45.0=

二极管的正向电流等于负载电流平均值。二极管承受的最大反向电压等于变压器副边的峰值电压。

22U U MAX =

方案2 全波整流电路

如图b 所示，全波整流电路采用有中心抽头的变压器和两个二极管配合，使得在整个周期内都有直流电输出。输出电压平均值是半波整流的2倍

2)(9.0U U AV o =

L

L

L

负载电流平均值

R

U I AV R 2

)(9.0=

两个二极管轮流工作，正向电流等于负载电流平均值的一半

R

U I AV D 2

)(45.0=

二极管承受的最大反向电压等于变压器副边两个绕组的峰值电压。

222U U MAX =

方案3 桥式整流电路

桥式整流电路有4个二极管构成，当正半周时，二极管D 1、D 3导通，在负载电阻上得到正弦波的正半周。当负半周时，二极管D 2、D 4导通，在负载电阻上得到正弦波的负半周。输出平均电压为：

2202L O 9.0π

2

2d sin 2π1V V t ωt ωV V V ====⎰π

流过负载的平均电流为 L

2

L 2L 9.0π22R V R V I =

=

对比三种整流电路可知：单相桥式整流电路的变压器中只有交流电流流过，而半波和

全波整流电路中均有直流分量流过。所以单相桥式整流电路的变压器效率较高，在同样功率容量条件下，体积可以小一些。单相桥式整流电路的总体性能优于单相半波和全波整流电路，故广泛应用于直流电源之中。 3.2 滤波电路的方案论证

滤波电路利用电抗性元件对交、直流阻抗的不同，实现滤波。电容器C 对直流开路，对交流阻抗小，所以C 应该并联在负载两端。电感器L 对直流阻抗小，对交流阻抗大，因此L 应与负载串联。经过滤波电路后，既可保留直流分量，又可滤掉一部分交流分量，改变了交直流成分的比例，减小了电路的脉动系数，改善了直流电压的质量。 方案1电容滤波电路

如图3所示，在负载电阻上并联了一个滤波电容C 就构成了电容滤波。

在2

)

5~3(L d T

C R ≥=τ的条件下， 输出电压可近似为：V O =1.2V 2。

方案2电感滤波电路

利用储能元件电感器Ｌ的电流不能突变的性质，把电感Ｌ与整流电路的负载ＲL 相串联，

构成如图5所示的电感滤波电路，可以起到滤波的作用。

特点：L愈大，滤波效果愈好；

用于：负载电流较大的场合。

方案3.LC滤波电路

兼有电容滤波和电感滤波的优点

方案4.π型LC滤波电路

效果更好

4.参数计算

4.1 变压器的参数计算

变压器的输出电压

2.1

2

o

V

U==

变压器的输出功率

o

I

U

P

2

==

4.2二极管的参数计算

因为采用了电容滤波，输出电压为变压器次级电压的1.2倍。每只二极管只在变压器副边电压的半个周期通过电流，所以每只二极管的平均电流只有负载电阻上电流平均值的一半：

L

2

D

2.1

R

V

I==

二极管所承受的最大反向电压等于变压器副边的峰值电压

2

Rmax

2V

V==

实际选用时，二极管最大整流平均电流和最高反向工作电压均应留，以保证二极管安全工作。

4.3滤波电容的参数计算

假设采用单独的电容滤波就可以满足基本条件，然后π型LC滤波只不过使得电容滤波

的效果更好。可根据电容滤波的基本条件2

)

5~3(L T

C R ≥来计算电容的容量: L

L 01

.0)5~3(2)

5~3(R R T C =≥ 则电容的取值范围是：

电容的反向耐压值应为输出电压的1.2倍。Uc= ，实际选择 4.4指示灯限流电阻的参数计算

LED 指示灯的工作电压约为1.5V ，工作电流范围为5-30mA 。根据欧姆定律，限流电阻的阻值:

D

d

cc I U V R -=

根据发光二极管的电流范围，可计算出限流电阻的取值范围。 电阻的下限为 max min D d

cc I U V R -=

=

电阻的上限为 min

max D d

cc I U V R -=

=

限流电阻的功率很小，一般不用计算，就可以选择最小功率0.25W 的电阻。有兴趣的同学同学可以自己计算一下。 5元件测试

元件必须进过测量才能安装到电路中去，以确保元件是好的，并按正确的极性安装。如果装了坏元件，电路难以正常工作；如果元件装反了，一通电就可能冒烟。 5.1 测量变压器的好坏，并判断输入和输出

先测量绕组的电阻。一般初级绕组的线圈比较细，圈数比较多，所以阻值 比较大 ；次级绕组的线圈比较粗，圈数比较少，所以阻值 比较小 ；

然后，测量线圈之间的绝缘电阻。为了隔离电网，初级线圈和次级线圈之间的绝缘电阻值很大，采用普通万用表测量，应为无穷大。采用摇表测量，约为 。

最后，测量线圈与铁芯之间的绝缘电阻。应为无穷大。 5.2 测量二极管的好坏，并分辨正极和负极

第一次拿到二极管是不知道正极负极的。可用万用表的电阻档正反测量两次。正向电阻小，约为 。反向基本不通，电阻值为 。 5.3 测量电解电容的好坏

电解电容的容量较大，可以采用充电法测量。刚开始测量的时候，电容的阻值小，然后慢慢变大。

5.4 测量发光二极管的好坏，并分辨正极和负极

用万用表的电阻档正反各测量一次，无需读数，当发光管被点亮时，红表笔那一端为正极（注意，指针表结论相反）。 6 安装调试

6．1 制作PCB 板

首先采用protel 绘制原理图，然后根据原理图生成PCB 图，打印出PCB 菲林，最后采