可调直流稳压电源.doc

CDIO项目设计
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1、CDIO设计目的
理解可调直流稳压电源的原理并设计直流稳压电源。
利用编解码芯片等器件设计一个无线数据传输系统，并明白其原理。
通过设计与焊接电路板加强自己的动手能力，增加自己对电子制作的兴趣。
通过小组团队合作，加强小组之间的团队合作精神，学会如何团结协作。
2、CDIO设计正文
2.1直流稳压电源的设计与制作
2.1.1直流稳压电源的基本原理
1、总体设计思路
直流稳压电源是一种将220V工频交流电转换成稳压输出的直流电的装置，它需要变压、整流、滤波、稳压四个环节才能完成。一般由电源变压器、整流滤波电路及稳压电路所组成，基本框图如图1所示：

图1直流稳压电源的方框图
其中，
(1)电源变压器：是降压变压器，它的作用是将220V的交流电压变换成整流滤波电路所需要的交流电压Ui。变压器的变比由变压器的副边按确定，变压器副边与原边的功率比为P2/P1=n，式中n是变压器的效率。
(2)整流电路：为了克服半波整流的缺点，常采用桥式整流电路，如下图2所示，图中V1、V2、V3、V4四只整流二极管接成电桥形式，故称为桥式整流。
设变压器二次电压u2=21/2U2sinωt，波形如图3(a)所示。在u2的正半周，即a点为正，b点为负时，V1、V3承受正向电压而导通，此时有电流流过RL，电流路径为a→V1→RL→V3→b，此时V2、V4因反偏而截止，负载RL上得到一个半波电压，如电压、电流波形图(b)中的0～π段所示。若略去二极管的正向压降，则uO≈u2。
电压、电流波形在u2的负半周，即a点为负b点为正时，V1、V3因反偏而截止，V2、V4正偏而导通，此时有电流流过RL，电流路径为b→V2→RL→V4→a。这时RL上得到一个与0～π段相同的半波电压如图3(b)中的π～2π段所示，若略去二极管的正向压降，uＯ≈－u2。
由此可见，在交流电压u2的整个周期始终有同方向的电流流过负载电阻RL，故RL上得到单方向全波脉动的直流电压。可见，桥式整流电路输出电压为半波整流电路输出电压的两倍，所以桥式整流电路输出电压平均值为uＯ=2×0.45U2=0.9U2。桥式整流电路中，由于每两只二极管只导通半个周期，故流过每只二极管的平均电流仅为负载电流的一半，在u2的正半周，V1、V3导通时，可将它们看成短路，这样V2、V4就并联在u2上，其承受的反向峰值电压为URＭ=21/2U2。同理，V2、V4导通时，V1、V3截止，其承受的反向峰值电压也为URＭ=21/2U2。二极管承受电压的波形如图3（c）(d)所示。
图2（a）桥式整流电路图
图3波形图
图2（b）桥式整流简化图
在桥式整流电路中，每个二极管都只在半个周期内导电，所以流过每个二极管的平均电流等于输出电流的平均值的一半，即电路中的每只二极管承受的最大反向电压为(U2是变压器副边电压有效值)。
(3)滤波电路：采用滤波电路可滤除整流电路输出电压中的交流成分，使电压波形变得平滑。常见的滤波电路有电容滤波、电感滤波和复式滤波等。
在整流电路的输出端，即负载电阻RL两端并联一个电容量较大的电解电容C，则构成了电容滤波电路，如图4所示电路，由于滤波电容与负载并联，也称为并联滤波电路。
从图4可以看出，当u2为正半周时,电源u2通过导通的二极管VD1、VD3向负载RL供电，并同时向电容C充电（将电能存储在电容里，如t1～t2），输出电压uo＝uc≈u2；uo达峰值后u2减小，当uo≥u2时，VD1、VD3提前截止，电容C通过RL放电，输出电压缓慢下降（如t2～t3），由于放电时间常数较大，电容放电速度很慢，当uC下降不多时u2已开始下一个上升周期，当u2＞uo时，电源u2又通过导通的VD2、VD4向负载RL供电，同时再给电容C充电（如t3～t4），如此周而复始。电路进入稳态工作后，负载上得到如图中实线所示的近似锯齿的电压波形，与整流输出的脉动直流（虚线）相比，滤波后输出的电压平滑多了。
图4电容滤波电路图
显然，放电时间常数RLC越大、输出电压越平滑。若负载开路（RL=∞），电容无放电回路，输出电压将保持为u2的峰值不变。
(4)稳压电路
虽然整流滤波电路能将正弦交流电压变换为较为平滑的直流电压，但是，一方面，由于输出电压平均值取决于变压器副边电压有效值，所以当电网电压波动时，输出电压平均值将随之产生相应的波动；另一方面，由于整流滤波电路内阻的存在，当负载变化时，内阻上的电压将产生相反的变化，于是输出电压平均值也将随之产生相反的变化。因此，整流滤波电路输出电压会随着电网电压的波动而波动，随着负载电阻的变化而变化。为了获得稳定性好的直流电压，必须采取稳压措施。稳压电路原理电路见图5所示。
图5稳压电路原理图
在设计中，常利用电容器两端的电压