直流稳压可调电源的研究-课程设计说明书.doc

1、课程设计说明书题目名称： 直流稳压可调电源的研究 系 部： 电力工程系 专业班级：电气工程及其自动化 13-2 班 学生姓名： 孟 德 恒 学 号： 2015220023 指导教师： 张 海 丽 完成日期： 2016 年 01 月 07 日 新疆工程学院课程设计评定意见设计题目 直流可调稳压电源的研究 系 部 电力工程系 专业班级 电气工程及其自动化 13-2 班 学生姓名_孟 德 恒_ 学生学号 2015220023 评定意见：评定成绩： 指导教师（签名）： 年 月 日评定意见参考提纲：1、学生完成的工作量与内容是否符合任务书的要求。2、学生的勤勉态度。3、设计或说明书的优缺点，包括：学生对

2、理论知识的掌握程度、实践工作能力、表现出的创造性和综合应用能力等。新疆工程学院电 力 系( 部)课程设计任务书2015 学年 第一 学期 2015 年 12 月 28 日专业 电气工程及其 自动化 班级 13-2 班 课程名称 电力电子技术设计题目 直流稳压可调电源的研究 指导教师 张海丽起止时间 2016 年 01 月 01 日2016 年 01 月 07 日 周数 1 周 设计地点 B302设计目的：1）培养学生文献检索的能力，特别是如何利用 Internet 检索需要的文献资料。2）培养学生综合分析问题、发现问题和解决问题的能力。 3）培养学生运用知识的能力和工程设计的能力。4）提高学生

3、课程设计报告撰写水平。设计任务或主要技术指标：设计一个单相交流调压电路交-交变流主要指直接方式。其中，只改变电压、电流或对电路的通断进行控制，而不改变频率的电路称为交流电力控制电路，改变频率的电路称为变频电路。采 用 通 断 控 制 的 交流 电 力 控制电路，即交流调功电路和交流无触点开关。设计进度与要求：1）根据课程设计题目，收集相关资料、设计主电路和触发电路；2）制作主电路和控制电路原理图；3）撰写课程设计报告主要参考书及参考资料： 1 周雪电子技术基础北京电子工业出版社20042 郑应光模拟电子线路（一）南京东南大学出版社20043 周良权模拟电子技术基础北京高等教育出版社20014

4、骆雅琴电子技术辅导与实习教程合肥中国科学技术大学出版社2004教研室主任（签名） 系（部）主任（签名） 目录1引言 .11.1 电力电子简介 .11.2 电力电子的应用 .21.2.1 电力电子技术在电力系统中的应用 .21.2.2 电力电子技术在一般工业中的应用 .21.2.3 电力电子技术在家用电器中的应用 .21.3 电力电子器件发展 .31.4 电力电子的发展 .41.5 电力电子技术未来的发展 .52.集成稳压电源 .62.1 集成稳压电源的发展 .62.2 常用的集成稳压器有下列几种 .72.2.1 多端可调式集成稳压器 .72.2.2 三端固定式集成稳压器 .72.2.3 三端可

5、调式集成稳压器 .72.3 可调式集成稳压电路组成 .82.3.1 整流部分 .82.3.2 滤波电路 .92.3.3 稳压部分 .112.3.4 保护部分 .122.4 直流稳压电源的基本原理 .122.4.1 变压器 T .122.4.2 整流滤波电路 .122.4.3 三端集成稳压器 .132.5 稳压电源的性能指标及测试方法 .152.6 直流稳压电源的技术要求 .163.电路的总体设计 .173.1 设计目的作用 .173.2 设计要求 .173.2.1 直流稳压电源的种类及选用 .173.2.2 稳压电源的技术指标及对稳压电源的要求 .183.2.3 串联型直流稳压电源的设计要求

6、.183.3 设计的具体实现 .183.3.1 系统概述 .183.3.2 方案论证与比较 .203.4 主要元器件 LM317.203.4.1LM317.203.4.2 引脚封装 .213.5 单元电路设计与分析 .233.5.1 降压电路 .233.5.2 整流电路 .243.5.3 滤波电路 .253.5.4 稳压电路 .263.6 元件电路参数计算 .273.6.1 根据设计所要求的性能指标，选择集成三端稳压器 .273.6.2 选电源变压器 .273.6.3 选整流二极管及滤波电容 .273.6.4 保护管 V1 ,V2.283.7 改进方案 .283.8 电路主要测试数据 .283

7、.9.1PCB 电路板的设计流程 .293.9.2 常见的几种元件的封装 .293.9.3 布线规则设置 .30总结 .33致 谢 .34参考文献 .35附录 A .36摘 要当今社会人们极大的享受着电子设备带来的便利，但是任何电子设备都有一个共同的电路电源电路。大到超级计算机、小到袖珍计算器，所有的电子设备都必须在电源电路的支持下才能正常工作，当然这些电源电路的样式、复杂程度千差万别。超级计算机的电源电路本身就是一套复杂的电源系统，通过这套电源系统，超级计算机各部分都能够得到持续稳定、符合各种复杂规范的电源供应。袖珍计算器则是简单多的电池电源电路，不过你可不要小看了这个电池电源电路，比较新型

8、的电路完全具备电池能量提醒、掉电保护等高级功能。可以说电源电路是一切电子设备的基础，没有电源电路就不会有如此种类繁多的电子设备，我们的生活也就不会这么丰富多彩了。由于电子技术的特性，电子设备对电源电路的要求就是能够提供持续稳定、满足负载要求的电能，而且通常情况下都要求提供稳定的直流电能。提供这种稳定的直流电能的电源就是直流稳压电源，直流稳压电源在电源技术中占有十分重要的地位。本文介绍了输出电压可调的直流稳压电源的原理分析和设计过程，通过对相关参数的计算来选择恰当的元器件，设计出电路，经过仿真和焊电路板的实验结果表明，此可调的直流稳压电源满足设计要求。关键词：直流稳压电源；整流；滤波；稳压11

9、引言1.1 电力电子简介电力电子技术分为：电力电子器件制造技术和变流技术（整流，逆变，斩波，变频，变相等）两个分支。电力电子技术是一门新兴的应用于电力领域的电子技术，就是使用电力电子器件（如晶闸管，GTO，IGBT 等）对电能进行变换和控制的技术。电力电子技术所变换的“电力”功率可大到数百 MW 甚至 GW，也可以小到数 W 甚至 1W 以下，和以信息处理为主的信息电子技术不同电力电子技术主要用于电力变换现已成为现代电气工程与自动化专业不可缺少的一门专业基础课，在培养该专业人才中占有重要地位。一般认为，电力电子技术的诞生是以 1957 年美国通用电气公司研制出的第一个晶闸管为标志的，电力电子技

10、术的概念和基础就是由于晶闸管和晶闸管变流技术的发展而确立的。此前就已经有用于电力变换的电子技术，所以晶闸管出现前的时期可称为电力电子技术的史前或黎明时期。70 年代后期以门极可关断晶闸管（GTO） ，电力双极型晶体管（BJT） ，电力场效应管（Power-MOSFET）为代表的全控型器件全速发展（全控型器件的特点是通过对门极既栅极或基极的控制既可以使其开通又可以使其关断） ，使电力电子技术的面貌焕然一新进入了新的发展阶段。80 年代后期，以绝缘栅极双极型晶体管（IGBT 可看作MOSFET 和 BJT 的复合）为代表的复合型器件集驱动功率小，开关速度快，通态压降小，载流能力大于一身，性能优越使

11、之成为现代电力电子技术的主导器件。为了使电力电子装置的结构紧凑，体积减小，常常把若干个电力电子器件及必要的辅助器件做成模块的形式，后来又把驱动，控制，保护电路和功率器件集成在一起，构成功率集成电路（PIC） 。目前 PIC 的功率都还较小但这代表了电力电子技术发展的一个重要方向。利用电力电子器件实现工业规模电能变换的技术，有时也称为功率电子技术。一般情况下，它是将一种形式的工业电能转换成另一种形式的工业电能。例如，将交流电能变换成直流电能或将直流电能变换成交流电能；将工频电源变换为设备所需频率的电源；在正常交流电源中断时，用逆变器（见电力变流器）将蓄电池的直流电能变换成工频交流电能。应用电力电

12、子技术还能实现非电能与电能之间的转换。例如，利用太阳电池将太阳辐射能转换成电能。与电子技术不同，电力电子技术变换的电能是作为能源而不是作为信息传感的载体。因此人们关注的是所能转换的电功率。21.2 电力电子的应用一般电力电子技术的应用范围十分广泛它不仅应用于一般工业在交通运输、电力系统、计算机系统、通信系统、新能源系统等也有广泛的应用，在与我们生活息息相关的照明、家用电器领域中电力电子技术也有广泛的应用。 1.2.1 电力电子技术在电力系统中的应用将电力电子技术引人电力系统并获得广泛应用的领域首推应是同步发电机励磁系统，这种励磁系统由于动作迅速容易设计出高顶值电压，并且控制功率小，因而，作为电

13、压调节系统具有优越的性能：另一领域是交流电动机的变频调速它的应用，节约了可观的电能 近年来，国外还研究将电力电子技术引入抽水蓄能电站以提高水泵水轮机的效率并已取得成果在电力系统的发电、输电和配电环节中都离不开电力电子器件和电力电子技术。电力系统的发电环节涉及发电机组的多种设备电力电子技术的应用极大地改善这些设备的运行特性。在输电环节中电力电子器件大量应用于高压输电系统被称为“硅片引起的第二次革命” 大幅度改善了电力网的稳定运行特性 配电系统迫切需要解决的问题是如何加强供电可靠性和提高电能质量 电能质量控制既要满足对电压、频率、谐波和小对称度的要求，还要抑制各种瞬态的波动和干扰。电力电子技术和现

14、代控制技术在配电系统中的应用成功地解决了这些难题。1.2.2 电力电子技术在一般工业中的应用 在工业中大量应用交直流电动机进行电力拖动，直流电动机有良好的调速性能，给其供电的可控整流电源或直流斩波电源都是电力电子装置。近年来电力电子变频技术的迅速发展，使交流电机的调速性能可与直流电机媲美，交流调速技术大量应用并占据主导地位。电化学工业大量使用直流电源，电解铝、电解食盐水等都需要大容量整流电源。电力电子技术还大量用于冶金工业中的高频或中频感应加热电源、淬火电源及直流电弧炉电源等场合。1.2.3 电力电子技术在家用电器中的应用 照明在家用电器中有十分突出的地位。由于电力电子照明电源体积小、发光效率

15、高、可节省大量能源，通常被称为“节能灯” ，正逐步取代传统的白炽灯和日光灯变频空调器是家用电器中应用电力电子技术的典型例子之一。电视机、音响设备、家用计算机等电子设备的电源部分也都需要电力电子技术。此外，有些洗衣机、电冰箱、微波炉等电器也应用了电力电子技术。电力电子技术广泛用于家用电器使得它和我们的生活变得十分贴近。 电力电子技术是以功率和变换为主要对象的现代工业电子技术，当代工、农业等各个领域都离不开电能，离不开表征电能的电压、电流、频率、波形和相位等基本参 数的控制和转换，而电力电子技术可以对这些参数进行精确的控制和高效的处理，所以电子技术是实现电气工程现代化的重要基础。电力电子技术应用范

16、围十分广泛，3国防、工业、交通运输、能源、通信系统、电力系统、计算机系统、新能源系统以及家用电器等无不渗透着电力电子技术的成果。1.3 电力电子器件发展1902 年出现了第一个玻璃的汞弧整流器。1910 年出现了铁壳汞弧整流器。用汞弧整流器代替机械式开关和换流器,这是电力电子技术的发端。1920 年试制出氧化铜整流器，1923 年出现了硒整流器。30 年代，这些整流器开始大量用于电力整流装置中。20 世纪 40 年代末出现了晶体管。20 世纪 50 年代初，晶体管向大功率化发展，同时用半导体单晶材料制成的大功率二极管也得到发展。1954 年，瑞典通用电机公司（ASEA 公司）首先将汞弧管用于高

17、压整流和逆变,并在100 千伏直流输电线路上应用，传输 20 兆瓦的电力。1956 年，美国人 J.莫尔制成晶闸管雏型。1957 年，美国人 R.A.约克制成实用的晶闸管。50 年代末晶闸管被用于电力电子装置，60 年代以来得到迅速推广,并开发出一系列派生器件,拓展了电力电子技术的应用领域。 电力电子电路 随着晶闸管应用的推广，开发出许多电力电子电路，按其功能可分为：将交流电能转换成直流电能的整流电路；将直流电能转换成交流电能的逆变电路；将一种形式的交流电能转换成另一种形式的交流电能的交流变换电路；将一种形式的直流电能转换成另一种形式的直流电能的直流变换电路。这些电路都包含晶闸管，而每个晶闸管

18、都需要相应的触发器。于是配合这些电力电子电路出现了许多的触发控制电路。根据所用的器件,这些控制电路大体上可以分为 3 代。第一代的控制电路主要由分立的电子元件（如晶体管、二极管）组成。直到 80 年代后期，还用得不少。第二代由集成电路组成。自从 1958 年美国出现了世界上第一个集成电路以来，发展异常迅速。它应用到电力电子装置的控制电路中,使其结构紧凑,功能和可靠性得到提高。第三代由微机进行控制。70 年代以来，由于微机的发展使电力电子装置进一步朝实现智能化的方向进步。电力电子装置随着电力电子电路的发展和完善，由晶闸管组成的许多类型的电力电子装置不断出现。如大功率的电解电源、焊接电源、电镀用的

19、直流电源；直流和交流牵引、直流传动、交流串级调速、变频调速等传动用电源；励磁、无功静止补偿、谐波补偿等电力系统用的电力电子装置；低频、中频、高频电源等各种非工频电源，尤其是感应加热的中高频电源；不停电电源、交流稳压电源等各种工业用电力电子电源；各种调压器等等。这些电力电子装置,与传统的电动机-发电机组比，有较高的电效率(以容量 10 千瓦至数百千瓦、频率为 1000 赫的电动机-发电机组为例,在额定负载下,效率 =80%，并随负载减小而显著降低,若用晶闸管电源,92%,且随负载变化不大） ，因此，有明显的节能效果。电力电子装置是静止式装置，占地面积小，重量轻，安装方便（以焊接电源为例,与旋转焊机相