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稳压电源设计原理范文1
【关键词】DX系列中波发射机；开关电源；+24V非稳压电源组件
1.引言
电源是各种电子设备必不可少的重要组成部分，其性能优劣直接关系到整个系统的安全性和可靠性指标。而开关电源是目前应用最为广泛地一种电源装置，开关电源以其损耗低、效率高、电路简洁显著优点而受到人们的青睐，并广泛地应用于计算机、电子设备、仪器仪表、通信设备和家用电器中。
输出稳定性决定电源成败。电源除了我们最关心的额定功率，以及可直接感触到的静音、散热等外部特征因素外，转换效率也越来越备受重视，但是，电压稳定性和输出纹波更能反应一个电源的品质。
2.开关电源基本原理
2.1 开关电源的工作原理
开关电源的工作原理可以简单的用图1进行说明。图1中输入的直流不稳定电压经开关S加至输出端，S为受控开关，是一个受开关脉冲控制的开关调整管，若使开关S按要求改变导通或者断开时间，就能把输入的直流电压变成矩形脉冲电压。这个脉冲电压经滤波电路进行平滑滤波后就可得到稳定的直流输出电压。
为了便于分析，定义脉冲占空比如下：
式中，T表示开关S的开关重复周期；表示开关S在一个开关周期中的导通时间。开关电源直流输出电压与输入电压之间有如下关系式：
由上面两个关系式可以看出，若开关周期T一定，改变开关S的导通时间，即可改变脉冲占空比D，从而达到调节输出电压的目的。T不变，只改变来实现占空比调节的稳压方式叫做脉冲宽度调制（PWM）。由于PWM式的开关频率固定，输出滤波电路比较容易设计，易实现最优化，因此PWM式开关电源用的较多，本文中所提到的开关电源就属于PWM式开关电源。
2.2 开关电源的组成
开关电源的组成图2所示。其中DC/DC变换器用以进行功率变换，它是开关电源的核心部分；驱动器是开关信号的放大部分，对来自信号源的开关信号进行放大和整形，以适应开关管的驱动要求；信号源产生控制信号，该信号由它激或者自激电路产生，可以使PWM信号、PFM信号或者其它信号；比较放大器对给定信号和输出反馈信号进行比较运算，控制开关信号的幅值、频率、波形等，通过驱动器控制开关器件的占空比，已达到稳定输出电压的目的。除此之外，开关电源还有辅助电路，包括启动、过流过压保护、输入滤波、输出采样、功能指示等电路。
3.分立的+24V非稳压电源组件
电源性能的优劣直接关系到电子设备的技术指标及能否安全可靠地工作，传统的电源主要以线性电源为主，其工作过程为：将工频电网电压经过线性变压器降压以后，再经过整流、滤波和线性稳压，最后输出一组纹波电压和稳定度均符合要求的直流电压。这种电源的优点是：⑴电源稳定度和负载稳定度较高；⑵输出纹波电压较小；⑶瞬态响应速度快；⑷线路结构简单。这种电源的缺点是：⑴功耗非常大、效率比较低，效率一般只有45%左右；⑵重量非常重、体积庞大；⑶必须使用较大容量的滤波电容；⑷输入电压动态范围小；⑸输出电压调整麻烦，并且通过改变线性变压器初级线圈匝数，仅能步进调整输出电压。
DX系列中波发射机中使用了一种分立的+24V非稳压电源组件，它仅由一个美国Acme电气公司线性变压器（500B24HA）、一个桥式整流器（GBPC5002）及一只滤波电解电容器（33000μF/50VDC）组成。该电源组件的输入端为工频电网220V电压，输出端为标称的+24V非稳压电源，通过改变输入端的连接抽头，可以适当改变输出端的非稳压电压范围。在DX系列发射机单个功放单元（简称PB）中，这种+24V非稳压电源组件的输出送至低压电源板，经低压电源板稳压后提供给发射机可编程逻辑控制器（简称为PLC）、缓冲放大器、大部分板卡+18V/-18V/+8V的工作电源；在DX系列发射机并机网络中，这种+24V非稳压电源组件的输出分别送至低压电源板，经低压电源板稳压后提供给发射机合成器单元触摸屏（简称为MMI）、PLC、所有模式/辅助接触器、大部分板卡的工作电源。其供电情况图如图3所示。
在实际应用中，除了线性电源固有的缺点外，美国哈里斯公司设计人员未认真考虑每一部分所需要电源的实际额定功率情况，而是统一采用这种+24V非稳压电源组件；并且对于一些关键部位仍然采用+24V非稳压供电，不利于其稳定可靠运行；这种分立元件组成的非稳压电源，由于元器件老化或变质，极易出现噪声大、输出直流电压不稳定等毛病。鉴于以上不足，笔者提出利用目前市场上广泛使用的开关电源代替传统的线性非稳压电源的技改方案。
4.技改及应用情况
开关电源是近代普遍推广的稳压电源，其主要特点有：⑴内部功率损耗小，转换效率高，一般可达90%以上；⑵体积小，重量轻；⑶稳压范围宽，输出电压在一定范围连续可调；⑷滤波效率大为提高；⑸安全可靠，内部具有各种形式的保护电路，当电源负载出现故障时，能自动切断电源，保障其功能可靠。
4.1 开关电源的选型
首先，确定选择专业电源供应商的台湾明纬公司的开关电源。其次，根据电压和电流范围，进一步确定所需开关电源的额定功率。下面以DX系列中波发射机并机合成器控制单元和发射机控制单元的开关电源选型为例进行说明。根据实际电路，通过测试，得到各自+24V非稳压电源组件输出的总功率如表1所示。由表1可以看出，发射机并机发射机控制单元最大总输出功率为69.96W，发射机并机合成器控制单元最大总输出功率为42.408W，因为开关电源的功率比较足，但是为了延长开关电源的使用寿命，一般要选择多30%以上输出功率的开关电源。查询台湾明纬公司的开关电源产品，根据实际冗余量的需要，最终选择SDR-120-24开关电源代替发射机并机合成器控制单元中+24V非稳压电源组件，选择SDR-240-24开关电源代替发射机并机发射机控制单元中+24V非稳压电源组件。
这两款开关电源均是单组输出导轨型具功率因素校正（简称为PFC）功能的开关电源，它们内部原理方框图如图4所示。该系列开关电源峰值功率可达150%额定输出功率，输出电压连续可调且调整范围宽，同时内部含低压保护、过载保护、过压保护、过流保护等多种保护电路。
4.2 开关电源的安装
由于相比+24V非稳压电源组件而言，开关电源的体积大大减小、重量大大减轻，所以在拆除+24V非稳压电源组件之后，再安装开关电源及其简便。安装时，事先将标准的35mm铝合金外卡导轨固定在机箱壳体上，然后将这种导轨型开关电源安装在导轨上即可。这种导轨型开关电源与普通的开关电源相比，除了安装方式不同之外，没有任何区别。
为了达到充分散热的目的，一般开关电源宜安装在空气对流条件较好的位置或者安装在机箱壳体上，通过机箱壳体将热传达出去。由于设计中仅通过自然风冷却，为了进一步提高冷却效果，笔者还自行加装了一个40W的排风扇，以利开关电源散热，延长其使用寿命。改造前后的安装效果图如图5所示。
4.3 开关电源的应用效果
在DX系列中波发射机中，+24V非稳压电源组件的地位非常重要，它几乎提供了所有板卡的工作电源，以及PLC工作电源、触摸屏工作电源、模式/辅助接触器直流马达工作电源等等。这个+24V电源输出电压的不稳定，必将造成对发射机设备或者器件或大或小的影响。比如，对于直流+24V供电的PLC而言，原则上应采用直流稳压电源供电。因为普通的整流滤波电源，由于纹波的影响，容易使PLC接收到错误信息。一般不能使用仅通过单相式桥式整流的直流电源直接对PLC进行供电。在系统组成较复杂时，应使用独立的稳压电源单独对PLC供电。然后，DX系列中波发射机原设计直流+24V供电的PLC电源却为单相式桥式整流的非稳压电源，设计中存在明显缺陷。经过技术改造之后，电源系统的质量得以明显改善，可以从以下两个方面进行说明：
⑴输出纹波。电源输出的直流电压是通过将交流电压整流滤波转换而来，那么在直流输出中就不可避免地含有交流成分或者周期性的杂波信号，这就是我们所说的输出纹波，纹波越小，电源品质越优秀。纹波是非常难以遏制的，电流越大，产生的纹波越大。纹波会带来的危害有：降低转换效率；形成浪涌；带来纹波噪音。而采用含功率因素校正功能的开关电源，纹波极小，明显好于普通电源。图6所示为+24V非稳压电源组件和开关电源空载时输出电压波形，从图6中明显看出开关电源产生的纹波远远好于+24V非稳压电源组件。
⑵电压稳定性。电压稳定性是电源最重要的品质之一，很多烧毁硬件的事故都是由于电压稳定性差（电压偏移幅度过大）造成的。实际电压与标准电压的偏移值越小，表示电压稳定性越好。电压稳定性的问题其实就是交叉负载能力，交叉负载表征的是电源在各种负载配比下各路电压能否保持稳定的能力。经出厂测试，+24V非稳压电源组件空载输出电压为31.0V，半载输出电压为28.4V，满载输出电压为26.7V，可知其电压稳定性较差。表2所示为+24V非稳压电源组件和开关电源分别在两种不同状态时电压偏移情况，从表中明显看出开关电源的电压稳定性远远好于+24V非稳压电源组件。
5.结束语
开关电源具有高效、稳定、可靠的特点，并且属于免维护器件，在实际应用中，取得了良好的效果。经过改造后，也节省了安装空间，根据需要还可以设计备份冗余+24V开关电源，实现双电源并联供电，提高发射机供电的可靠性。
参考文献
稳压电源设计原理范文2
关键词：直流，稳压电源，设计
Abstract: power supply is designed in this paper is composed of two parts, respectively, step voltage output power group and the positive and negative double power group. AT89S52 microcontroller as the core of the design of the control device, with the help of DAC series of digital-analog conversion chip, LM317 and LM337 regulator and CD4051 as the transform of the output voltage. DC regulated power supply design has certain protective function, and can be conveniently on the voltage display, each with 0.1V step increasing or decreasing voltage, enough to satisfy many experimental situations.
Keywords: DC, DC power supply, design
中图分类号：S611 文献标识码：A文章编号：
一、引言
直流稳压电源是电子及电气中常用的设备之一。传统的直流稳压电源功能简单、难控制、可靠性低、干扰大、精度低且体积大、复杂度高。普通直流稳压电源品种很多，但均存在以下问题：当输出电压需要精确输出，困难较大。另外，常常通过硬件对过载进行限流或截流型保护，电路构成复杂，稳压精度也不高。现设计精度简易直流电源，克服了传统直流电压源的缺点，具有较高的应用价值。
二、本系统功能特点
(1)一组电源最大输出电流可达2.5A，输出电压从0.0V～＋12.0V以0.1V步进连续可调（递增或递减），在输出电压在小于＋3V时，短路保护；当输出电压为＋3V～＋12V时输出电流超过2.5A时保护。另一组电源最大输出电流为1A，输出电压为：0.0V、±3.0V、±4.5V、±5.0V、±6.0V、±12.0V、±15.0V、±24.0V八种电压依次可调。
(2)输出端无论是过流还是短路，保护电路的动作都是以切断输出回路的方式工作，且当输出短路不再存在或负载足够轻时电路会自动恢复正常工作状态。保护动作时兼有声光报警信号。
(3)电路能够将两组电源的输出电压幅值实时直观地显示出来。
本文以AT89S52单片机为本设计的核心控制器件，借助于DAC系列数模转换芯片将数字量转换成模拟量，并通过I/U的转换以电压的形式输出；运用LM317与LM337结合的方式作为稳压器，用CD4051作为输出电压的变换。
三、系统硬件的设计与实现
系统硬件的结构框图如下图所示。主要由单片机、两组电源、显示、检测与保护电路、报警电路及键盘输入电路组成。
3.1、步进电压输出电源组工作原理
在这部分电路中主要的器件有单片机AT89S52、D/A转换器DAC0832、运放OP07和电流放大所用三极管。其电路原理框图如下图所示。
工作原理：首先给各芯片正常工作的条件，先利用单片机产生一组8位二进制代码并从P0口输出，可以通过按键来调整单片机输出二进制代码的加1和减1。8位二进制范围在00000000～11111111有效,再用此组二进制码送到DAC0832的数据输入端（DI0～DI7）,本系统是因D/A转换简单，故采用直通方式工作。与单片机电路连接如下图所示。
在电流/电压转换之后用运算放大电路进行了4倍的电压放大电路。电路连接如下图所示。
3.2、常用正负双电源组工作原理
该电源组输出正负对称的直流电压，电压值为8组实验最为常用的电源：0.0V、±3.0V、±4.5V、±5.0V、±6.0V、±12.0V、±15.0V、±24.0V。为了确保用电安全，电路在开机状态下必须能有0V的输出功能。电路原理图如下图所示。
图中二极管D1、D3的作用是输入开路时，防止C13、C23通过LM317、LM337放电。D2、D4的作用是输出端短路时，防止C12、C22向稳压器的调整端放电。在LM317稳压电路中，它的基准电压为＋1.25V，输出电流可达1.5A。图中R1、R2为泄放电阻，其输出电压的改变通变换调整端的电阻予以实现。
3.3、保护电路工作原理
保护环节的硬件电路主要由取样电路、A/D转换电路、单片机、保护控制与报警电路四部分构成。构成框图如下图所示。
它能在输出端短路或是负载过重导致的过流现象存在时动作，以切断输出回路保护电源本身不致损坏。其取样电路采用阻值极小的大功率电阻，这里取值为0.1Ω，如下图所示。
串联电阻R2、R3的作用为了防止输出端短路是的高电压反馈到A/D转换器的模拟量输入端而导致其损坏。当输出端连接上负载时，在取样电阻就会有电流流过，并产生一定的压降，并作为取样信号送到A/D转换电路进行模数转换。
3.4、显示电路工作原理
显示电路运用了最为常用的1/3位A/D转换集成电路ICL7107，由于该芯片要求正负双电源供电。以ICL7107本身38脚产生振荡信号作为资源，用一个六非门集成电路CD4069（或74LS04）与电阻电容构成负压产生电路。而芯片参考电压（36脚）仍用TL431提供。如下图所示。
3.5、数控部分
数控部分是稳压电源实现数字化控制的核心。以AT89S51单片机为控制核，采用DAC模块实现稳压电路的输出控制，并由ADC模块实现输出电压的测量，利用键盘和显示模块实现人机交互。键盘模块采用4×4 矩阵键盘，实现输出电压的数字化设定和步进调整。而DAC模块和ADC模块都采用串行控制芯片，减少了单片机IO口的使用。
四、系统软件设计
本系统的软件用C语言编写而成。包含主程序、D/A转换程序、A/D转换程序、保护动作程序几个模块组成。主程序流程图如下图所示。
由于设计使用的51系列单片机没有SPI接口，故采用软件模拟SPI的操作方法实现串行控制。在ADC采样时，对输出电压进行多次采样(如100次)，取其平均值作为采样结果，否则采样过于频繁，测量不准确。而预设DAC输出时，根据设定值预设一个DAC控制字，使输出接近设定值。在微调DAC输出时，只需对DAC控制字进行增1或减1操作即可。在键盘扫描时，如果按下的是数字键，则储存数字; 如果按下的是单位键，则组合之前按下的各数字键，使之成为一个数值，作为新的设定值; 如果按下的是步长键，则可设置步长值; 如果按下的是步进键，则对DAC设定值按所设置的步长增或减，使输出电压步进变化。
五、结果分析
（1）由于选择A/D与D/A转换器精度远高过指标要求的精度，且电路中所用的电阻均采用精密电阻，所以可以保证设定值和实际测量值的精度要求经过测试，误差最大为0.06V。
（2）输出端并联大容量的电容滤波与优质高频吸收电容（突波电容）,进一步降低输出电压的纹波系数。
六、结束语
本文介绍的电源以AT89S52单片机为核心控制器件，此电源不仅拥有完善的过流保护功能、直观的电压显示、良好的稳定性和较大的输出电流，而且能同时输出常用正负双电源和以0.1V步进递增或递减电压，足以满足众多实验场合的需求。
参考文献
[1] 王春梅.实验室简易数控直流稳压电源的设计[J].化工自动化及仪表.2011(01)
[2] 刘楚湘,杜勇,尤双枫.基于单片机的数控直流稳压电源设计[J].新疆师范大学学报(自然科学版).2007(01)
稳压电源设计原理范文3
【关键词】电流型;PWM;控制器;UC3842;电磁兼容性;传导干扰
引言
在设计开关电源时通常以PWM集成电路为核心。近年来，开关电源集成控制器将PWM控制电路、保护电路集成到一块芯片上，电路设计简单方便，可靠性高。常见的PWM控制器从控制类型划分共有两种：分别是电压控制型和电流控制型。电压型PWM控制器调节脉宽是通过反馈电压进行的，电流型PWM控制器是通过调节占空比，使电感峰值电流随误差变化而变化。电流型PWM控制器的电压调整率和负载调整率效果比电压型PWM控制器更为显著。采用电流型PWM控制器后系统的动态特性和稳定性明显改善。电流型PWM控制器内置的限流和并联均流能力使控制电路更加简单且可靠性高。目前，电流型PWM集成控制器已经产品化，在小功率电源方面取代了电压型PWM控制器。
1.UC3842 PWM芯片简介
UC3842采用固定工作频率脉冲宽度可控调制方式，共有8个引脚，各脚功能如下：
①脚是误差放大器的输出端，外接阻容元件用于改善误差放大器的增益和频率特性;
②脚是反馈电压输入端，此脚电压与误差放大器同相端的2.5V基准电压进行比较，产生误差电压，从而控制脉冲宽度;
③脚为电流检测输入端，当检测电压超过1V时缩小脉冲宽度使电源处于间歇工作状态;
④脚为定时端，内部振荡器的工作频率由外接的阻容时间常数决定，f=1.72/（RT×CT）;
⑤脚为公共地端;
⑥脚为推挽输出端，内部为图腾柱式，上升、下降时间仅为50ns驱动能力为±1A;
⑦脚是直流电源供电端，具有欠、过压锁定功能，芯片功耗为15mW;
⑧脚为5V基准电压输出端，有50mA的负载能力。
2.开关稳压电源的设计与工作原理
2.1 开关稳压电源组成框图
开关稳压电源基本组成原理框图如图1所示。
图1 开关稳压电源基本组成原理框图
2.2 开关稳压电路设计
电源电路主要由整流滤波电路、低通滤波电路、反馈电路、脉宽调制电路、保护电路等几部分组成。图2所示为以UC3842为核心的开关电源电路的原理图。输入为220V交流电，经整流滤波电路后，给变压器输入端一个约300V的直流电压，经UC3842芯片后得到稳定的输出。
2.3 开关稳压电源工作原理
2.3.1 UC3842芯片的启动过程
首先，由电源通过启动电阻R2给电容C1充电，当C1两端电压达16V时，达到了脉宽调制芯片UC3842的启动电压门槛值，此时芯片UC3842开始工作并提供驱动脉冲，芯片6脚输出信号为高低电压脉冲，高电压脉冲时场效应管VT1导通，电流流经变压器原边，把能量储存在变压器中。此时变压器各路副边没有能量输出。当6脚的高电压脉冲结束时，VT1截止。由楞次定律可知，变压器为了使电流不发生变化，产生与原电压相反的感应电势，此时变压器副边各路二极管导通，向外提供能量，同时反馈线圈向UC3842供电。UC3842内部设有欠压锁定电路，其工作的电压范围在10V到16V。UC3842在开启之前消耗的电流在1mA以内。电源电压接通以后，当7脚电压上升到16V时UC3842开始工作，正常工作时消耗电流为15mA。设计时参照UC3842的启动电流这些参数选取R2。一般情况下，随着UC3842的启动结束，R2的作用也基本完成，余下的工作由反馈绕组完成，UC3842的供电来自反馈绕组产生的电压。
图2 新型开关稳压电源设计原理图
2.3.2 开关脉冲生成C5和R8的大小决定振荡频率
R5为电流采样电阻，反映输入电压的变化。由恒频时钟脉冲置位UC3842的锁存器，以驱动VT1导通。当VT1导通时，R5上的电流逐渐增大压降随之增加，通过R9将电压反馈到芯片UC3842的3脚，将该电压与电流比较器的另一端进行比较，当压降值达到一定时，电流取样比较器翻转，锁存器复位，VT1截止。VT1导通时，电流流过变压器原边，把能量存在变压器中。此时，变压器副边没有能量输出;当VT1截止时，副边各级二极管导通，向外提供能量。因此VT1的导通和截止使得变压器副边耦合输出为开/关电压。
2.3.3 占空比调节
变压器输出通过可控精密稳压源TL431和光耦PC817以电压反馈的形式反馈到UC3842的2脚，当变压器副绕组电压增大时，加在可控精密稳压源TL431上的参考电压升高，通过光耦PC817中发光二极管的电流增大，光电三极管上的电流也相应增大，UC3842的反馈端电压随之增大，输出端的脉冲信号占空比降低，VT1通时间变短，输出电压降低。输出绕组电压降低时的情况与上述过程相反。可见，通过输出端的电压反馈和输入端的电流反馈，使输出绕组的电压输出稳定在要求值。
3.结论
在设计中将电流控制型脉宽调制芯片UC3842的控制功能充分的利用到高频单端反激式开关稳压电源中，实现了对输出电压的负反馈调节及各种保护机制。实验结果表明，所设计的电源结构简单、稳压性高、纹波小、电压调整率和负载调整率高。另外，在大功率输出时，需要增加功率因数校正PFC模块。该电源可应用于电动车、视听、应急照明等设备中。
参考文献
[1]刘顺利.现代高频开关电源实用技术[M].北京：电子工业出版社，2001.
稳压电源设计原理范文4
【关键词】Multisim 双电源 仿真分析
LM117/LM317 是美国国家半导体公司的三端可调正稳压器集成电路，LM117/LM317 的输出电压范围是1.2V至37V，负载电流最大为1.5A。它的使用非常简单，仅需两个外接电阻来设置输出电压。此外它的线性调整率和负载调整率也比标准的固定稳压器好。LM117/LM317 内置有过载保护、安全区保护等多种保护电路。通常LM117/LM317 不需要外接电容，使用输出电容能改变瞬态响应。调整端使用滤波电容能得到比标准三端稳压器高的多的纹波抑制比。利用LM117/LM317设计出正负连续可调的双电源，通过实验测试和软件仿真，基本上可以满足绝大多数运算放大器所需要的电压幅度。
一、MultiSim仿真软件简介
MultiSim是一款将电子电路设计及其测试分析相集成的电路设计仿真软件。它具备信号源、基本元器件、模拟数字集成电路、指示器件、控制部件、机电部件等各类元器件，可以对各类电路进行仿真，并且提供十多种虚拟仪器（如示波器、万用表、信号发生器、波特图图示仪、功率表等），以及18种仿真分析功能（如直流工作点分析、交流分析、瞬态分析、傅里叶分析、噪声分析、直流扫描分析等）。由于元件库中有若干个与实际元件相对应的现实性仿真元件模型，配合强大的仿真分析，使结果更精确、更可靠。
二、直流稳压电源的理论基础与电路设计原理分析
（一）直流稳压电源的理论基础
电子设备都需要稳定的直流电源供电，如基本放大电路中的集电极电源、运算放大器的双电源等。这样，就需要将市电电网的交流电，变换为直流电。对于小功率的直流电源，它一般由电源变压、整流电路、滤波电路和稳压电路组成。如图1所示：
（二）直流稳压电源电路设计的基本原理
电源变压器的作用时将220V的电网电压变换成所需要的交流电压值。
整流电路的作用是将交流降压电路输出的大小、方向都变化的电压较低的交流电转换成单向脉动直流电。单相整流电路的类型有半波整流、桥式全波整流、中心抽头全波整流等。
滤波电路的主要任务是将整流后的单向脉动直流电压中的纹波（单向脉动直流电中含的交流成分）滤除掉，使单向脉动电压变成平滑的直流电压。滤波电路的主要元件是电容和电感，以电容滤波电路最常用，其特点是电路简单，输出脉动较小，输出电压平均值增大，但输出电压随负载变化较大。采用电容滤波时，输出电压的脉动程度与电容器的放电时间常数τ有关系，τ大一些，脉动就小一些，多采用大容量的电解电容。电容的耐压值应大于它实际工作时所承受的最大电压，耐压值一般取所接工作电路电压的1.5-2倍。为了降低输出直流电压的纹波系数（输出电压中交流分量占额定输出直流电压的百分比），正、负电源的滤波电路均采用一个1000μF/50V的电解电容。
滤波电路的输出电压虽已变得平滑，但输出电压随负载变化较大，后面需接稳压电路。稳压电路的作用是当交流电源电压波动、负载及温度变化时，维持输出稳定的直流电压。稳压电路的类型有分立元件稳压和集成稳压器稳压，分立元件稳压时，电路稳定性不好，而集成稳压器稳压具有体积小、电路简单、稳压精度高，可靠性高等优点，被广泛采用。选择集成稳压器时应先确定稳压器的类型，是固定式还是可调式，是正压输出还是负压输出，然后根据其额定电压和额定电流选择具体型号。
三、LM317、LM337正负连续可调的双电源的仿真分析
运行Multisim10，在绘图编辑器中选择变压器、整流二极管、电阻、电容、电位器、三端可调稳压块LM317、LM337等元件，组成LM317、LM337正负连续可调的双电源电路。
调整电位器R5、R6，可以连续调节输出电压的大小。
其仿真的电路用波形如下图所示。
四、结束语
应用Multisim10仿真软件进行仿真教学，设计的双直流稳压电源的电路具有结构简单、电源利用效率高、输出电压噪声小、稳定精度高、可靠性高等特点，可以满足高精度形状测量仪的电感测头信号处理电路中运算放大器的高稳定性的双电源需求，增强整个测量系统的工作稳定性，最大限度地减小电源引起的测量误差，提高测量精度。在课堂上使模拟电子技术教学更形象、灵活，更贴近工程实际，达到帮助学生理解原理，更好地掌握所学的知识的目的。尤其适用于综合设计性实验项目，可有效克服传统实验与实验室开放的局限。通过对双直流稳压电源的分析设计、仿真测试可以看出，利用Multisim的虚拟电子实验平台，能实时直观地反映电路设计的仿真结果，验证电路正确性，可缩短设计周期，提高设计成功率。
学生可据所学知识和能力，自选实验内容，自行设计电路方案，进行电路分析，从而掌握电子电路的设计与仿真分析过程，对提高学生动手能力和分析问题、解决问题的能力、综合设计能力和创新能力，具有重要的意义。
参考文献：
稳压电源设计原理范文5
北京工商大学计算机与信息工程学院 付 扬
【摘要】设计一种多路输出的直流稳压电源。通过对220V电网电压进行降压、整流、滤波，并以三端可调和固定输出的集成稳压器稳压，得到多路电压输出。设计中依据Multisim仿真，通过不断调试修改电路参数，取得了理想的设计效果。该电源可以满足多种工作电压系统的需求，并在实际中得到很好地使用，具有很强的实用价值。
【关键词】Multisim仿真;稳压电源;多路输出
1.引言
在电子电路和电子设备中常常需要各种不同电压的直流电源，但有些电源只有某一固定电压输出，或有些电源体积偏大，给一些便携式电子产品及小型的电子系统使用带来不变，基于此本设计研究一种多输出便于携带的直流稳压电源，它将电网交流电变为各种需要的直流稳压电源。
为保证设计实现，电路基于Multisim仿真进行设计。Multisim是美国国家仪器公司推出的原理电路设计、电路功能测试的虚拟仿真软件，它具有较为详细的电路分析功能，可以设计、测试和演示各种电子电路。
2.设计任务及方案
设计多路输出直流稳压电源，即输出±（1.25V～20V）任意可调电压;输出±12V电压;输出±5V电压。
设计的直流稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四部分组成，如图1所示。其各部分主要完成的作用是：电源变压器将交流电网电压u1变为合适的交流电压u2;整流电路将交流电压u2变为脉动的直流电压u3;滤波电路将脉动直流电压u3转变为平滑的直流电压u4;稳压电路清除电网波动及负载变化的影响，保持输出电压uo的稳定。
图1 直流稳压电源框图
3.单元电路设计
3.1 变压器降压和整流电路
220V交流电首先要降压，以得到合适的电压值，其降压和整流电路如图2所示。根据设计任务，需要降压电路具有2路输出，电源变压器可选一次输入220VAC，二次输出2个绕组均为20V，其A点仿真波形如图3所示，图中两条曲线分别为输入交流电压波形和降压后的波形，A点相位与输入相同，B点相位与输入相反。
图2 降压和桥式全波整流电路
图3 输入波形和A点降压波形
利用整流二极管的单向导电性，将降压后双向变化的交流电变成单向脉动的直流电，常用的整流电路有单相半波整流电路与单相桥式整流电路两种，本设计采用单相桥式整流电路，其仿真结果如图4所示，图中上面曲线为C点整流波形，下面曲线为D点整流波形。
图4 整流电路仿真波形
设变压器副边电压为：
（1）
整流输出电压平均值Uo：
（2）
由于每个周期内，D1、D4串联与D2、D3串联各轮流导通半周，所以每个二极管中流过的平均电流只有负载电流的一半，二极管截止时，每个二极管承受的最高反向电压就是变压器次级交流电压u2的最大值。
3.2 滤波
整流输出的直流电压脉动分量比较大，为减小脉动，在整流电路之后加上滤波电路。本设计采用电容滤波，电容在高频时容抗小，和负载并联，从而达到减小纹波的目的，电容滤波电路如图5所示。
图5 整流滤波电路
若滤波电路负载开路，则输出电压为。接入负载后，其输出电压取决于时间常数RLC，RLC 越大，Uo越高，脉动越小，同时负载电流的平均值越大，整流管导电时间越短，二极管 iD的峰值电流越大，当时，工程上常取：
（3）
仿真波形如图6所示，滤波后输出电压的脉动程度大大减少，而且输出电压平均值U0提高了，上面曲线是C点波形，此时C为10μF电容，下面近乎直线是D点波形，C为4700μF电容滤波波形。
图6 10μF和4700μF电容滤波波形
3.3 稳压电路
稳压电路采用三端集成稳压器，三端集成稳压器只有三个引脚，即输入端、输出端、公共端。输出电压固定的三端集成稳压器有正输出（LM78××）和负输出（LM79××）两个系列，以上各型号中的××表示输出固定电压值，一般有5V、6V、8V、12V、15V、18V、20V、24V等8种。输出电压可调的三端集成稳压器有LM317、LM117（输出正电压），LM337、LM137（输出负电压），其最大输入电压40V，输出电压范围为⒈25～37V。
4.整体电路设计实现
整体电路设计如图7所示，输出±可调电压由LM317和LM337的E、F输出，其通过调节滑动变阻器RW，输出电压可调，其输出电压计算公式：
（4）
LM7812和LM7912输出G、H分别为±12V，LM7805和LM7905输出M、N分别为±5V，其正电压E、G、M点输出仿真如图8所示，负正电压F、H、N点输出仿真如图9所示，由仿真可见，实现了预期的设计。
图7 多路输出稳压电源电路
图8 分别为E、G、M点输出电压
图9 分别为F、H、N点输出电压
5.结论
基于multisim的实现了直流稳压电源的降压、整流、滤波和稳压设计，实现了多种稳压输出，其设计调试方便，达到理想设计。该设计已经使用到我们电子技能实训的各种电子系统中，使用方便，效果很好。
参考文献
[1]卞文献，何秋阳.Multisim10仿真软件在《模拟电子技术》理论课教学中的应用[J].电子世界，2012.13：162-163.
[2]雷跃，谭永红.用Multisim10提升电子技术实验教学水平[J].实验室研究与探索，2009（4）：24-27.
稳压电源设计原理范文6
电源是一切电子设备的基础，没有电源就不会有如此种类繁多的电子设备。中职学校电工电子专业的同学作为初学者首先遇到的就是要解决电源问题，否则电路无法工作、电子制作无法进行，学习就无从谈起。
【关键词】
直流稳压电源 设计 优化 测评
【正文】
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。另外，很多中职学校的电工电子专业初学阶段首先遇到的就是要解决电源问题，否则电路无法工作、电子制作无法进行，学习就无从谈起。下面我们就直流电源的基本设计问题进行探索。根据中职学生在校学习阶段的实际需要，提出以下的设计任务和要求：
一、设计要求
1．输出电压可调：Uo= +3V ～ +9V
2．最大输出电流：Io max= 800mA
3．输出电压变化量：ΔVop_p≤5mV
4. 稳压系数：SV≤3×10-3
二、设计方案和论证
稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四个部分组成，基本设计：
方案一：单相半波整流电路
传统单相半波整流简单，使用元件少，它只对交流电的一半波形整流，只要横轴上面的半波或者只要下面的半波，所以整流效率不高，而且整流电压的脉动较大，无滤波电路时，整流电压的直流分量较小，Vo=0.45Vi，变压器的利用率低。
方案二：单相桥式整流电路
使用的整流元件较全波整流时多一倍，整流电压脉动与全波整流相同，每个元件所承受的反向电压为电源电压峰值。根据实际情况，综合3种方案的优缺点:决定选用方案二。
三、各电路设计和参数估算
整流电路采用桥式整流电路，电路所示。在u2的正半周内，二极管D1、D2导通，D3、D4截止；u2的负半周内，D3、D4导通，D1、D2截止。
在设计时，常利用电容器两端的电压不能突变和流过电感器的电流不能突变的特点，将电容器和负载电容并联或电容器与负载电阻串联，以达到使输出波形基本平滑的目的。选择电容滤波电路后，直流输出电压：Uo1=(1.1～1.2)U2，直流输出电流：
（I2是变压器副边电流的有效值。），稳压电路可选集成三端稳压器电路。
3．1集成三端稳压器的选择
三端可调式集成稳压器内部含有过流、过热保护电路，具有安全可靠，性能优良、不易损坏、等优点。其电压调整率和电流调整率均优于固定式集成稳压构成的可调电压稳压电源。LM317系列和lM337系列的引脚功能相同。
输出电压表达式为:
在式中，1.25是集成稳压块输出端与调整端之间的固有参考电压 ，此电压加于给定电阻 两端，将产生一个恒定电流通过输出电压调节电位器 ，电阻 常取值 。电路加入了二极管D，用于防止输出端短路时10µF大电容放电倒灌入三端稳压器而被损坏。
LM317其特性参数：
输出电压可调范围：1.2V～37V
输出负载电流：1.5A
输入与输出工作压差ΔU=Ui-Uo：3～40V
能满足设计要求,故选用LM317组成稳压电路。
3．2电源变压器的选择
电源变压器的作用是将来自电网的220V交流电压u1变换为整流电路所需要的交流电压u2。电源变压器的效率为：
由于LM317的输入电压与输出电压差的最小值 ，输入电压与输出电压差的最大值 ，故LM317的输入电压范围为：
即
，取
变压器副边电流： ，取 ，
因此，变压器副边输出功率：
由于变压器的效率 ，所以变压器原边输入功率 ，为留有余地，选用功率为 的变压器。
3．3整流二极管和滤波电容的选用
由于： ， 。
IN4001的反向击穿电压 ，额定工作电流 ，故整流二极管
选用IN4001。
3．4滤波电容
根据，
和公式
可求得：
所以，滤波电容：
电容的耐压要大于 ，故滤波电容C取容量为 ，耐压为 的电解电容。
四、 原理图和元件清单
1． 使用DXP2004设计总原理图，然后由软件自动生成的元件清单。
2． 元件需要三极管、二极管、电解电容、电阻、稳压管、电位器若干。
五、安装与调试(使用Multisim10调试)
按PCB图，制作好电路板。安装时，先安装小元件，这样方便元件的摆放，因此先安装整流电路，再安装稳压电路，最后再装上滤波电路。软件如果没有LM317元件，用LM117代替。模拟实验中：
1. 电位器R2取最大值时，Uo=9.088V
2. 同理电位器R2取最小值时,Uo=2.983V
3. 电位器在0到10K之间，输出电压连续可调：约为3V~9V。
六、测试性能与分析
1．输出电压与最大输出电流的测试
一般情况下，稳压器正常工作时，其输出电流I0要小于最大输出电流，Iomax，取 ，可算出RL=20Ω，工作时 上消耗的功率为：
故 取额定功率为10W，阻值为20 Ω的电位器。
测试时，先使 ，交流输入电压为220V，用数字电压表测量的电压值就是Uo。然后慢慢调小 ，直到Uo的值下降5%，此时流经 的电流就是 ，记下 后，要马上调大 的值，以减小稳压器的功耗。当R5（RL）=20欧姆，Uo=8.78V, Io=438.979mA，同理Uo下降5%（8.332V）时，Io=846.644mA,即Iomax=Io.
2．纹波电压的测试
用示波器观察Uo的峰值，（此时Y通道输入信号采用交流耦合AC），测量ΔUop-p
的值（约几mV）。由示波器得出：ΔUop-p=106。845uV
3．稳压系数的测量
按实际连接电路， 在 时，测出稳压电源的输出电压Uo。然后调节自耦变压器使输入电压 ，测出稳压电源对应的输出电压Uo1 ；再调节自耦变压器使输入电压 ，测出稳压电源的输出电压Uo2。则稳压系数为：
因为，在调试中，无法得到自耦变压器，所以只能把电压归算到降压器的输出电压(Ui):
U1=198V,Ui=10.8V,U1=220V,Ui=12.0V,U1=242V,Ui=13.2V
Ui=10.8V时，Uo=8.72V Ui=13.2V时，Uo=8.740V
所以，稳压系数： =0.0022
结论：误差在允许的范围内，本设计已达到要求。