AC,DC轉換電路設計

1、 電力電子課程設計報告學 院： 機電信息學院 專 業(yè)： 電氣工程及自動化10級 姓 名： 指導教師：邵小強 李莉 楊良煜 薛弘曄時 間： 2013-1-6 目錄一 .摘 要:2二.電路各模塊介紹31基本資料32 變壓部分53整流部分74 濾波部分85穩(wěn)壓部分10三.心得體會:12四.參考文獻14五.附錄14附錄一（實驗元件）14附錄二（系統(tǒng)原理圖）15附錄三（人員安排）15AC/DC轉換電路設計一 .摘 要: 在電子電路及設備中，一般都需要穩(wěn)定的直流電源供電。本實驗所介紹的直流小功率電源將頻率為50Hz、有效值為220v的交流電壓轉換為幅值穩(wěn)定、輸出電流為幾十安以下的直流電壓。 主要內容重點介

2、紹交流電經過電壓變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路轉換成穩(wěn)定的直流電壓。本論文每部分以該部分討論的問題開始，以小結結束?；局R內容系統(tǒng)、精煉、深入，在講清電路工作原理和分析方法的同時，盡量闡明電路結構的構思方法，引導讀者舉一反三。擴展部分篇幅雖少，但內容豐富，可開闊眼界。二.電路各模塊介紹1基本資料1.1設計目的：(1)掌握功AC/DC轉換的的原理；(2)選擇變壓器、整流二極管、濾波電容及集成穩(wěn)壓器設計直流穩(wěn)壓電源；(3)掌握直流穩(wěn)壓電路的調試及主要技術指標的測試方法；(4)掌握電路的基本調試能力。1.2 設計要求：(1)：整流濾波方式： a 全波整流濾波電路 b 橋式整流濾波電路 c 倍

3、壓整流濾波電路(2). 輸入電壓： AC220V；(3). 輸出電壓： DC5V；(4). 輸出紋波電壓：小于等于5V；1.3設計任務：(1)根據(jù)設計指標選擇電路形式，畫出原理電路圖；(2)選擇元器件型號及參數(shù)，并列出材料清單；(3)利用軟件仿真，并在通用板上組裝焊接電路；(4)完成電路的測試與調整，使有關指標達到設計要求；(5)寫出設計總結報告。 1.4設計原理 圖 1.1其中電源變壓器T的作用是將220v交流電壓變成整流濾波電路所需的交流電壓左邊為220v的交流電壓，經過如圖所示的電路圖后就可以得到5v的直流電壓。 圖 1.2AC-Alternating current 是交流的意思 ，D

4、C-Direct current 是直流的意思，AC/DC變換是將交流變換為直流，AC/DC轉換器就是將交流電變?yōu)橹绷麟姷脑O備，其功率流向可以是雙向的，功率流由電源流向負載的稱為“整流”。AC/DC變換按電路的接線方式可分為波電路、全波，半電路。按電源相數(shù)可分為，單項、三相、多相。按電路工作象限又可分為一象限、二象限、三象限、四象限。如圖可知，電路可分為四大部分：1.變壓 2.整流 3.濾波 4.穩(wěn)壓 2變壓部分2.1變壓器的主要參數(shù)有：(1)變壓比變壓器的變壓比是初級電壓與次級電壓的比值。(2)額定功率額定功率，是變壓器在指定頻率和電壓下能連續(xù)工作而不超過規(guī)定溫升的輸出功率。(3)效率效率是

5、輸出功率與輸入功率之比，它反映了變壓器的自身損耗。(4)空載電流變壓器在工作電壓下次級空載時（次級電流為零），初級線圈流過的電流稱為空載電流。空載電流大的變壓器損耗大、效率低。(4)絕緣電阻和抗電強度絕緣電阻，指變壓器線圈之間、線圈與鐵心之間及引線之間的電阻?？闺姀姸仁窃谝?guī)定的時間內變壓器可承受的電壓，它是變壓器特別是電源變壓器安全工作的重要參數(shù)。電源變壓器Tr的作用是將電網220V的交流電壓變換成整流濾波電路所需要的交流電壓Ui。變壓器的副邊與原邊的功率比為，式中為變壓器的效率。變壓部分參數(shù)設計：選擇交流220V、50Hz的變壓器，電壓波動范圍±10%。根據(jù)需要，我們選取了16W,

6、(+8V,-8V)及8W，16V的變壓器。一個線圈匝數(shù)比為220：16，另一個線圈匝數(shù)比為220：8，帶中心抽頭。電路中心抽頭接地，一個正負8伏為7895和7905的輸入。另一個為317的輸入。本次實訓為了簡潔直觀采用了單相變壓器3整流部分方案：單向橋式整流濾波橋式整流濾波工作原理：圖1-3-3圖1-3-4圖所示是單相橋式整流電路原理圖。這個整流器的工作和前二者不同，前二者的電流在每半波只流過一只整流器二極管，而這里每半波的電流卻要流過兩只整流器二極管。全波整流器雖然只用了兩只二極管，而卻多用了一組變壓器繞組，且要求二極管反向耐壓值為輸入電壓峰值的倍。單相橋式整流電路雖然多用了兩只二極管，而卻

7、少用了一組變壓器繞組，對二極管反向耐壓的要求也低了一半。因此，看起來后兩個電路都是輸出全波，但由于結構上的不同，各有自己的使用場合，看實際情況而定?？?結類型電路整流電壓波形特點單向半波電路簡單，輸出波紋大，電源的利用低。單向全波紋波小，二極管的反向電壓高。單向橋式電路復雜，紋波小，二極管的反向電壓小。鑒于本次實驗單向“橋式整流”更適合本次實驗。說以，我們采取單向橋式整流作為器件的整流部分。4濾波部分 通過整流得到的單相脈動直流電壓，包含了多種頻率的交流成分，還不能直接被采用，為了濾除或抑制交流分量以獲得平滑的直流電壓，必須設置濾波電路。濾波電路直接放在整流電路后面，濾波電路用于濾去整流輸出電

8、壓中的紋波，一般由電抗元件組成，如在負載電阻兩端并聯(lián)電容器C，或與負載串聯(lián)電感器L，以及由電容、電感組合而成的各種復式濾波電路。4.1 電路結構和選擇由于電抗元件在電路中有儲能作用，并聯(lián)的電容器C在電源供給的電壓升高時，能把部分能量存儲起來，而當電源電壓降低時，就把能量釋放出來，使負載電壓比較平滑，電容C具有平波的作用；與負載串聯(lián)的電感L，當電源供給的電流增加（由電源電壓增加引起）時，它把能量存儲起來，而當電流減小時，又把能量釋放出來，使負載電流比較平滑，即電感L也有平波作用。濾波電路的形式很多，為了掌握它的分析規(guī)律，把它分為電容輸入式（電容C接在最前面）和電感輸入式（電感L接在最前面）。前一

9、種濾波電路多用在小功率電源中，而后一種濾波電路多用于較大功率電源中（而且當電流很大時僅用一個電感器與負載串聯(lián)）。電容濾波電路：圖4.2 橋式整流、電容濾波電路4.2 濾波電容的選擇由前述可知，電容C越大，電容放電時間常數(shù)t=RC越大，負載波形越平滑。一般情況下，橋式整流可按式 RC>=（35)T/2 (3-1)來選擇C的大小。式中T為輸入交流電壓的周期。此時負載兩端電壓可按下式計算： U（L)=1.2U(2) 濾波電容一般都采用電解電容，使用時極性不能反接。4.3 常用電容的種類1、陶瓷電容用陶瓷做介質，在陶瓷基體兩面噴涂銀層，然后燒成銀質薄膜做極板制成。它的特點是體積小、耐熱性好、損耗

10、小、絕緣電阻高，但容量小，適于高頻電路。2、鋁電解電容它是由鋁圓筒做負極，里面裝有液體電解質，插入一片彎曲的鋁帶做正極制成。還需要經過直流電壓處理，使正極片上形成一層氧化膜介質。它的特點是容量大，但是漏電大、穩(wěn)定性差，有正負極性，適宜用于電源濾波或者低頻電路中。3、鉭電容鉭電容由金屬鉭做正極，用稀硫酸等配液做負極，用鉭表面生成的氧化膜做介質，它的特點是體積小、容量大、性能穩(wěn)定、壽命長、絕緣電阻大、溫度特性好。可廣泛用于電源濾波、旁路、去耦。用在要求較高的設備中。4.4工作原理單相橋式整流、電容濾波電路中，在分析電容濾波電路時，要特別注意電容器兩端電壓VC對整流元件導電的影響。整流元件只有在受正

11、向電壓作用時才導通，否則便截止。加了一只電容后，二極管導通時，一方面給負載RL供電，一方面對電容C充電。在忽略二極管正向壓降后，充電時，充電時間常數(shù)充電=2RDC，其中RD為二極管的正向導通電阻，其值非常小，充電電壓uc與上升的正弦電壓u2一致，uo=uCu2，當uc充到u2的最大值時，u2開始下降，且下降速率逐漸加快。當|u2|uC時，四個二極管均截止，電容C經負載RL放電，放電時間常數(shù)為放電=RLC，故放電較慢，直到負半周。在負半周，當|u2|uC時，另外二個二極管(VD2、VD4)導通，再次給電容C充電，當uC充到u2的最大值時，u2開始下降，且下降速率逐漸加快。當|u2|uC時，四個二

12、極管再次截止，電容C經負載RL放電，重復上述過程。有電容濾波后，負載兩端輸出電壓波形如圖2b所示。電容濾波電路結構簡單、輸出電壓高、脈動小。但在接通電源的瞬間，將產生很大的充電電流，這種電流稱為“浪涌電流”，同時，因負載電流太大，電容器放電的速度加快，會使負載電壓變得不夠平穩(wěn)，所以電容濾波電路只使用于負載電流較小的場合。由上述討論可知，當RL比較小時，即使濾波電容容量很大，脈動系數(shù)比較大。uotOOtiDt1t2t3t4t5t6baCVD1VD4Tru1u2abRLuouC 圖4.35穩(wěn)壓部分方案二：三端穩(wěn)壓器穩(wěn)壓三端穩(wěn)壓器工作原理：三端穩(wěn)壓器，主要有兩種，一種輸出電壓是固定的，稱為固定輸出三

13、端穩(wěn)壓器，另一種輸出電壓是可調的，稱為可調輸出三端穩(wěn)壓器，其基本原理相同，均采用串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。在線性集成穩(wěn)壓器中，由于三端穩(wěn)壓器只有三個引出端子，具有外接元件少，使用方便，性能穩(wěn)定，價格低廉等優(yōu)點，因而得到廣泛應用。 圖5.2 固定三端穩(wěn)壓器結論：穩(wěn)壓器是指將不穩(wěn)定的直流電壓變?yōu)榉€(wěn)定的直流電壓的電路。由于三端穩(wěn)壓器具有穩(wěn)壓精度高、工作穩(wěn)定可靠、外圍電路簡單、體積小、重量輕等顯箸優(yōu)點，在各種電源電路中得到了普遍的應用，所以本實驗采用方案二：三端穩(wěn)壓器穩(wěn)壓，作為穩(wěn)壓部分的器件。三.心得體會設計心得體會. 經過兩周的努力，我們在路建濤組長的帶領下，在邵小強老師的悉心指導下努力地認真的完成了課程設計

14、。感覺到自己的能力得到了提高，與組員的配合也十分的默契。對此我感觸很深。整流、濾波電路有很多構成方案，如整流電路就分別有：半波整流電路、單相全波整流電路、單相橋式整流電路；濾波電路又分為電容濾波和電感濾波。在這里我主要選擇了橋式整流電路和電容濾波來完成自己的課題。再組內我擔任了插裝元件、焊接、校驗及對器件作用的了解等任務 。通過在網上和圖書館所找的資料，使我了解到了制作簡易數(shù)控電源的一些基本步驟，有些芯片本來不懂的，但是經過查資料使我對有些不是懂的芯片有了一定的了解，如果有時間，最好能夠做出一個實物圖就比較了解，但是時間實在太緊，不過經過對資料的整理，為我畢業(yè)設計提供了資料和思路，使我對這次的畢業(yè)設計充滿了信心，相信在老師的帶領下，我能很好的完成目標，同時也要感謝老師給我們寶貴經驗指導。在此實習課程中我學會了怎么利用色環(huán)判別電阻的大小?？偨Y： 0 黑 1棕 2紅 3橙 4黃 5綠 6蘭 7紫 8灰 9 白 利用不同的顏色可判斷它們不同的阻值。這次實習課程中培