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串聯(lián)穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)范文第1篇

關(guān)鍵詞 直流穩(wěn)壓電源；線性電源；開關(guān)電源

中圖分類號(hào)：TM44 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671―7597（2013）031-134-01

1 線性直流穩(wěn)壓電源

1）晶體管串聯(lián)式直流穩(wěn)壓電源：晶體管串聯(lián)式直流穩(wěn)壓電源工作在線性放大狀態(tài)，因而具有反應(yīng)迅速，電壓穩(wěn)定度和負(fù)載穩(wěn)定度高，輸出紋波電壓小，噪聲小。在電路技術(shù)方面，其控制電路所用的元件少。對調(diào)整管的開關(guān)特性，濾波器的高頻性能等無特別要求，所以可靠性高。

串聯(lián)式穩(wěn)壓電源的嚴(yán)重缺點(diǎn)是效率低。要提高效率就必須降低調(diào)整管上的壓降，減少在調(diào)整管上的損耗。解決的辦法：①PNP和NPN晶體管互補(bǔ)：串聯(lián)式穩(wěn)壓電源輸出電源電流較大時(shí)，通常調(diào)整管都要接成共集電極的達(dá)林頓組合管。因?yàn)樵诰w管電參數(shù)相同情況下在保持電流放大倍數(shù)相等的情況下，互補(bǔ)連接的組合調(diào)整管的集射極壓降減少了，因而電源的效率得到提高；②偏置法：一般共集電極組合管集射間的壓降一定程度上取決偏置電流。采用偏置連接法當(dāng)輸出電流一定時(shí)可以有效的提高電源效率；③開關(guān)穩(wěn)壓器作前置予調(diào)節(jié)：在輸入-輸出電壓差比較大，輸出電流也比較大的場合，采用開關(guān)穩(wěn)壓器作串聯(lián)式穩(wěn)壓器的前置予調(diào)節(jié)也是提高電源效率的有效辦法。開關(guān)予調(diào)節(jié)還可以設(shè)置在電源變壓器的原邊。

2）集成線性穩(wěn)壓器發(fā)展：早期市場集成穩(wěn)壓器的廠家很多，產(chǎn)量大、應(yīng)用廣泛。主要有半導(dǎo)體單片式集成穩(wěn)壓器和混合式集成穩(wěn)壓器兩大類。它們的電路形式、封裝、電壓及電流的規(guī)格都是多種多樣的。集成穩(wěn)壓器可分為定電壓的，可調(diào)的，跟蹤的和浮動(dòng)的。但是不管哪一種形式，它們通常由基準(zhǔn)電壓源，比較放大器，調(diào)整元件即功率晶體三極管和某種形式的限流電路組成。有些集成穩(wěn)壓器內(nèi)部還有邏輯關(guān)閉電路和熱截止電路。集成穩(wěn)壓器與由分立元件組成的穩(wěn)壓器比較，集成穩(wěn)壓器的優(yōu)點(diǎn)非常明顯，成本低，體積小，使用方便，性能好，可靠性高。

3）恒流源網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)壓電源技術(shù)：采用恒流網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)壓是目前串聯(lián)穩(wěn)壓電源的有一特點(diǎn)。采用恒流網(wǎng)絡(luò)可以有效地提高電源的穩(wěn)定性。集成穩(wěn)壓器中普遍采用了恒流網(wǎng)絡(luò)。分立元件組成的串聯(lián)穩(wěn)壓器也愈來愈多地運(yùn)用恒流技術(shù)。使用晶體管場效應(yīng)管和恒流二極管等元件可以實(shí)現(xiàn)恒流。恒流二極管在分立元件的串聯(lián)穩(wěn)壓器中使用更為方便。

2 開關(guān)直流穩(wěn)壓電源

開關(guān)式直流穩(wěn)壓電源指其功率調(diào)整元件以“開”、“關(guān)”方式工作的一種直流穩(wěn)壓電源。早期的磁放大器開關(guān)直流穩(wěn)壓電源是利用鐵芯的“飽和”、“非飽和”兩種狀態(tài)進(jìn)行“開”、“關(guān)”控制，那是一種低頻磁放大器。在此過程中出現(xiàn)的可控硅相控整流穩(wěn)壓電源也屬于開關(guān)直流穩(wěn)壓電源。隨后，高頻開關(guān)功率變換技術(shù)得到了快速發(fā)展，這主要是指變換器方式的高頻開關(guān)直流穩(wěn)壓電源。上個(gè)世紀(jì)90年代電力電子技術(shù)、PWM等技術(shù)的日趨成熟，直流開關(guān)電源和交流開關(guān)電源已成為主導(dǎo)市場。電力電子技術(shù)是利用電力電子技術(shù)對電能進(jìn)行控制和轉(zhuǎn)換的學(xué)科。它包括電力電子器件 、變流電路和控制電路三個(gè)部分，是電力、電子、控制三大電氣工程技術(shù)領(lǐng)域之間的交叉學(xué)科。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電力電子技術(shù)由于和現(xiàn)代控制理論、材料科學(xué)、電機(jī)工程、微電 子技術(shù)等許多領(lǐng)域密切相關(guān)，已逐步發(fā)展成為一門多學(xué)科相互滲透的綜合性技術(shù)學(xué)科。

1）無工頻變壓器化：省掉工頻電源變壓器而采用直接從電網(wǎng)整流輸入方式是開關(guān)電源減少體積和重量的一個(gè)重要措施。無工頻變壓器化已成為當(dāng)代先進(jìn)開關(guān)電源的一個(gè)特點(diǎn)。無工頻變壓器的開關(guān)電源與各種有工頻變壓器的直流穩(wěn)壓電源相比，其突出優(yōu)點(diǎn)是體積小、重量、效率高。開關(guān)電源的電路形式已多種多樣了。就調(diào)制技術(shù)而言有脈寬調(diào)制型、頻率調(diào)制型、混合調(diào)制型，其中脈寬調(diào)制占絕大多數(shù)。目前出現(xiàn)了完全無變壓器的開關(guān)電源，即連高頻變換器都不需要。這種電源的最大特點(diǎn)是體積還可比現(xiàn)在的無工頻變壓器開關(guān)電源小的多，而且沒有繞制的變壓器這一類器件，可以集成電路工藝制作。

2）開關(guān)電源高頻化：現(xiàn)代開關(guān)電源的一個(gè)顯著特點(diǎn)是開關(guān)頻率不斷提高，不管是晶體管開關(guān)電源、可控硅開關(guān)電源還是場效應(yīng)管開關(guān)電源都是向高頻化方向發(fā)展。隨著功率IGBT和MOSFET的出現(xiàn)，開關(guān)電源的工作頻率已從早期典型的20KHz逐步提高到兆赫范圍甚至G赫范圍。

3）控制電路集成化：早期開關(guān)電源的控制電路是用分立元件構(gòu)成的。這樣，電路設(shè)計(jì)復(fù)雜，調(diào)試維修麻煩，影響開關(guān)電源的推廣應(yīng)用。為了適應(yīng)開關(guān)電源的迅速發(fā)展，集成化的開關(guān)電源控制電路被研制成功，而且功能愈加完善。開關(guān)電源控制電路集成化，大大簡化了開關(guān)電源的設(shè)計(jì)，提高了開關(guān)電源的電性能和可靠性，而且體積小，降低成本。

4）主要元器件高頻化：為了適應(yīng)開關(guān)電源迅速發(fā)展的需要，開關(guān)電源所用的主要元器件的發(fā)展也很快，其主要目標(biāo)是高頻化。開關(guān)電源中的開關(guān)元件-功率晶體管、可控硅和場效應(yīng)管都在提高看工作頻率方面取得了成績。但是最引人注目的是功率管IGBT復(fù)合管，MOSFET場效應(yīng)管的出現(xiàn)，它不僅開關(guān)頻率提高到1MHz-1GHz，而且開關(guān)特性好，所需驅(qū)動(dòng)功率小，不存在二次就穿，能防止熱奔等特殊優(yōu)點(diǎn)。另外大電流肖特基勢壘的出現(xiàn)大大改善了低電壓電流開關(guān)電源的整流效率，它具有開關(guān)速度快、反向恢復(fù)時(shí)間短，正向壓降地等優(yōu)點(diǎn)。在濾波過程中，電容器等器件也要在材料、結(jié)構(gòu)工藝諸方面進(jìn)行研制，以適應(yīng)開關(guān)電源高頻化的要求。

5）全數(shù)字化控制：開關(guān)電源的控制已經(jīng)由模擬控制，模數(shù)混合控制，進(jìn)入到全數(shù)字控制階段。全數(shù)字控制是一個(gè)新的發(fā)展趨勢，已經(jīng)在許多功率變換設(shè)備中得到應(yīng)用。但是過去數(shù)字控制在DC/DC變換器中用得較少。近兩年來，開關(guān)電源的高性能全數(shù)字控制芯片已經(jīng)開發(fā)，費(fèi)用也已降到比較合理的水平，歐美已有多家公司開發(fā)并制造出開關(guān)變換器的數(shù)字控制芯片及軟件。全數(shù)字控制的優(yōu)點(diǎn)是：數(shù)字信號(hào)與混合模數(shù)信號(hào)相比可以標(biāo)定更小的量，芯片價(jià)格也更低廉；對電流檢測誤差可以進(jìn)行精確的數(shù)字校正，電壓檢測也更精確；可以實(shí)現(xiàn)快速，靈活的控制設(shè)計(jì)。

參考文獻(xiàn)

串聯(lián)穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)范文第2篇

關(guān)鍵詞：電子 制圖 驅(qū)動(dòng)

隨著電子技術(shù)、電子產(chǎn)品更新?lián)Q代的周期不斷加快，傳統(tǒng)的職業(yè)院校電子專業(yè)課程已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足企業(yè)對電子專業(yè)技能人才的要求。從筆者學(xué)院近幾年畢業(yè)的電子專業(yè)學(xué)生的跟蹤反饋中，我們發(fā)現(xiàn)企業(yè)迫切需要職業(yè)院校加快課程體系的建設(shè)。為此，筆者學(xué)院根據(jù)企業(yè)調(diào)研的結(jié)果，在學(xué)院的電子類相關(guān)專業(yè)增設(shè)了電子工程制圖課程。為使課程教學(xué)真正貫徹落實(shí)“堅(jiān)持以就業(yè)為導(dǎo)向，深化職業(yè)教育教學(xué)改革”的原則，筆者學(xué)院組織電子教研室與計(jì)算機(jī)教研室具有豐富教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的一線教師共同開展專項(xiàng)教改課題研究，力求使課堂內(nèi)容貼近教學(xué)實(shí)際，滿足學(xué)生成才與企業(yè)電子專業(yè)崗位群的需要。經(jīng)過幾年的教學(xué)實(shí)踐，筆者學(xué)院已逐步將該課程建設(shè)成有特色、實(shí)用性強(qiáng)的精品課程。

一、職業(yè)院校電子工程制圖教學(xué)任務(wù)

電子工程制圖作為職業(yè)院校電子類相關(guān)專業(yè)必修的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，在教學(xué)中首先必須把握住課程的教學(xué)任務(wù)。根據(jù)企業(yè)崗位群的需要，我們將該課程的教學(xué)任務(wù)定位于使學(xué)生掌握運(yùn)用相關(guān)軟件完成電路原理圖的繪制、電路仿真、PCB板的設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)規(guī)則的檢查、輸出文檔報(bào)表等一系列的技能，對學(xué)生進(jìn)行職業(yè)意識(shí)培養(yǎng)和職業(yè)道德教育，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)與職業(yè)能力，增強(qiáng)學(xué)生適應(yīng)職業(yè)變化的能力，為學(xué)生職業(yè)生涯的發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

二、職業(yè)院校電子工程制圖教學(xué)內(nèi)容

通過近幾年的教學(xué)實(shí)踐與摸索，筆者學(xué)院逐漸建立起一套適應(yīng)學(xué)院實(shí)際教學(xué)狀況的教學(xué)模式。首先在教學(xué)軟件的選擇上，不盲目追求“品牌”，而是選擇最適合學(xué)院職校生當(dāng)前知識(shí)、能力素質(zhì)的軟件。經(jīng)過多方比較、試用、反饋，特別是征求企業(yè)一線電子技術(shù)工程師的意見，最終決定采用Protel DXP 2004軟件。該軟件是基于Windows操作平臺(tái)的一款支持中文操作的電子電路設(shè)計(jì)軟件，它具有強(qiáng)大的設(shè)計(jì)功能，能夠滿足電子電路設(shè)計(jì)的需要，為用戶提供全面的設(shè)計(jì)解決方案，也是目前用戶群最大、實(shí)際工程應(yīng)用最廣泛的版本。其次在教師隊(duì)伍的培養(yǎng)上“走出去，請進(jìn)來”。筆者學(xué)院的許多電子專業(yè)教師是大學(xué)畢業(yè)直接分配進(jìn)入學(xué)校任教的，其中有很多老教師對于電子工程制圖的軟件應(yīng)用十分陌生，特別是都缺乏企業(yè)實(shí)踐經(jīng)歷。為此，學(xué)院一方面利用校企合作的模式，鼓勵(lì)相關(guān)專業(yè)教師利用寒暑假去企業(yè)第一線調(diào)研、培訓(xùn)，同時(shí)聘請企業(yè)的電子工程師、技師以及技術(shù)人員來校擔(dān)任外聘教師，這樣“兩條腿走路”，就使教學(xué)真正實(shí)現(xiàn)與企業(yè)需求的“無縫對接”。

三、職業(yè)院校電子工程制圖教學(xué)模式

由于學(xué)院學(xué)生的層次差異較大，因此在教學(xué)中必須根據(jù)不同層次學(xué)生的需求展開教學(xué)。為了幫助學(xué)生迅速掌握Protel DXP 2004設(shè)計(jì)系統(tǒng)的使用方法和操作技巧，學(xué)院在教學(xué)中摒棄傳統(tǒng)的以知識(shí)傳授為主線的知識(shí)架構(gòu)，而是以項(xiàng)目為載體，以任務(wù)來推動(dòng)，依托具體的工作項(xiàng)目和任務(wù)將有關(guān)專業(yè)課程的內(nèi)容逐次展開，這樣才能實(shí)現(xiàn)預(yù)定教學(xué)目標(biāo)。

1.項(xiàng)目教學(xué)，任務(wù)驅(qū)動(dòng)

項(xiàng)目教學(xué)法已被證明是比較適合于職業(yè)院校專業(yè)課程教學(xué)的一種教學(xué)方法。針對電子工程制圖課程的教學(xué)特點(diǎn)，我們將整個(gè)教學(xué)內(nèi)容分為九個(gè)項(xiàng)目，即初識(shí)Protel 的發(fā)展及作用、繪制串聯(lián)型穩(wěn)壓電源原理圖、生成串聯(lián)型穩(wěn)壓電源原理圖相關(guān)報(bào)表、制作原理圖元件庫、熟悉PCB設(shè)計(jì)系統(tǒng)工作環(huán)境、制作新的PCB元件庫、制作串聯(lián)型穩(wěn)壓電源電路PCB板、層次原理圖的設(shè)計(jì)、制作模擬烘 手機(jī)顯示與控制電路的PCB板。各個(gè)項(xiàng)目設(shè)置不同難度的任務(wù)，如“繪制串聯(lián)型穩(wěn)壓電源原理圖”項(xiàng)目安排設(shè)置串聯(lián)型穩(wěn)壓電源原理圖環(huán)境、原理圖元件庫、放置串聯(lián)型穩(wěn)壓電源元件、串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的元件布局、放置串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的導(dǎo)線、放置電源/接地端口等任務(wù)，在每個(gè)項(xiàng)目的任務(wù)都完成后，教師布置所講授內(nèi)容的“自我測評”。這樣將完成這些項(xiàng)目任務(wù)作為目的精選課堂教學(xué)內(nèi)容，各章節(jié)知識(shí)點(diǎn)的分布由淺入深，從簡到繁，循序漸進(jìn)，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與積極性得到了充分的激發(fā)。

2.案例導(dǎo)入，理實(shí)一體

串聯(lián)穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)范文第3篇

一、汽車電源系統(tǒng)原理

汽車電源系統(tǒng)由兩部分組成，即鉛蓄電池和交流發(fā)電機(jī)，鉛蓄電池和交流發(fā)電機(jī)并聯(lián)在一起工作。在發(fā)動(dòng)機(jī)沒有啟動(dòng)或已經(jīng)啟動(dòng)沒有達(dá)到穩(wěn)定帶速之前，主要由蓄電池提供能量。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)達(dá)到穩(wěn)定帶速以后，主要由汽車發(fā)電機(jī)提供能量，同時(shí)交流發(fā)電機(jī)為鉛蓄電池充電。正常工作中鉛蓄電池與發(fā)電機(jī)并聯(lián)，由于鉛蓄電池的電壓鉗位作用，電源輸出電壓基本保持在額定電壓基礎(chǔ)上。如果汽車處在長時(shí)間低耗能的狀態(tài)下運(yùn)行，鉛蓄電池可能出現(xiàn)滿電情況，如果發(fā)電機(jī)繼續(xù)為鉛蓄電池充電，鉛蓄電池的端電壓會(huì)隨充電電壓升高，產(chǎn)生交流發(fā)電機(jī)撇載現(xiàn)象。在撇載狀態(tài)下，鉛蓄電池失去電壓鉗位作用，輸出電壓等于交流發(fā)電機(jī)整流輸出電壓，大約15伏左右。

二、汽車電源保護(hù)電路作用

鉛蓄電池額定電壓大約為12伏（柴油車為24伏），交流發(fā)電機(jī)輸出額定電壓大約為14.5伏。汽車電器設(shè)備額定電壓是12伏，如果出現(xiàn)撇載現(xiàn)象，交流發(fā)電機(jī)電壓接在電器設(shè)備上，此時(shí)電壓已經(jīng)超出額定電壓的20%，可能燒毀用電設(shè)備。為了防止汽車電氣設(shè)備在發(fā)電機(jī)撇載后出現(xiàn)燒毀現(xiàn)象，需要對汽車用電設(shè)備進(jìn)行保護(hù)，這個(gè)保護(hù)用電設(shè)備的電路，我們稱之為汽車電源保護(hù)器。本項(xiàng)目主要就是研究保護(hù)汽車用電設(shè)備的保護(hù)電路，以便使汽車能安全、可靠地運(yùn)行。

三、汽車電源保護(hù)電路結(jié)構(gòu)

汽車電源保護(hù)電路主要是把用電設(shè)備電壓控制在額定電壓的10%以內(nèi)。而對于汽車而言，出現(xiàn)撇載現(xiàn)象之前，用電設(shè)備不會(huì)出現(xiàn)過壓現(xiàn)象而燒毀；出現(xiàn)撇載現(xiàn)象后，電壓升高可能燒毀用電設(shè)備。電路設(shè)計(jì)上采用兩部分組成，一部分采用開關(guān)控制哪一路電路接通；另一部分采用直流串聯(lián)穩(wěn)壓電路使撇在后輸出電壓穩(wěn)定。該電路主要由穩(wěn)壓電路和開關(guān)控制電路兩部分組成，撇載之前電源電壓經(jīng)過常閉觸點(diǎn)加在負(fù)載上，此時(shí)保護(hù)電路幾乎對原電路沒有影響；撇載之后，電壓經(jīng)過常開觸點(diǎn)送到穩(wěn)壓電路，經(jīng)過穩(wěn)壓后加到負(fù)載上。這樣就可以保證用電設(shè)備在額定電壓下工作，從而使用電設(shè)備更加可靠地運(yùn)行。

四、汽車電源保護(hù)電路工作原理

電源保護(hù)電路與普通串聯(lián)型穩(wěn)壓電源略有不同，在穩(wěn)壓電源的前邊增加了多觸點(diǎn)繼電器，當(dāng)電源電壓在12伏（汽車發(fā)電機(jī)撇載之前）時(shí)，繼電器不動(dòng)作，電源經(jīng)繼電器常閉觸點(diǎn)，加到用電設(shè)備上。當(dāng)電源電壓增加到12.5伏以上時(shí)，繼電器動(dòng)作，常閉觸點(diǎn)打開，常開觸點(diǎn)閉合，電源電壓經(jīng)繼電器常開觸點(diǎn)，經(jīng)串聯(lián)穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓后加到用電設(shè)備上。

串聯(lián)穩(wěn)壓電路使用了具有溫度補(bǔ)償特性的，高精度的標(biāo)準(zhǔn)電壓源集成電路TL431，所以使電路簡化，成本降低，而穩(wěn)壓性能卻很高。穩(wěn)壓管TL431的穩(wěn)壓值連續(xù)可調(diào)，這個(gè)穩(wěn)壓值決定了穩(wěn)壓電源的最大輸出電壓。調(diào)整管用的是大電流NPN型金屬殼硅管，由于它的發(fā)熱量很大，如果條件允許，盡量購買大的散熱片，擴(kuò)大散熱面積，如果不需要大電流，也可以換用功率小一點(diǎn)的硅管，這樣可以做的體積小一些。濾波用兩只50V、4700uF電解電容并聯(lián)，使大電流輸出更穩(wěn)定，如果考慮高頻波影響，可以增加一個(gè)低容量濾波電容。

五、汽車電源保護(hù)電路設(shè)計(jì)技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)

應(yīng)用汽車電源保護(hù)電路可以有效保護(hù)汽車用電設(shè)備，防止用電設(shè)備因?yàn)殡娫措妷荷叨鴵p壞。雖然電路在設(shè)計(jì)上采用穩(wěn)壓電路，但又與傳統(tǒng)串聯(lián)型穩(wěn)壓電路不完全相同，具體體現(xiàn)在以下幾方面：

1.電源調(diào)整管采用雙管串聯(lián)形式，可以提供更大的電流。汽車電路具有低電壓、大電流的特點(diǎn)，因此采用雙管串聯(lián)，可以增加輸出電流。電流的增加會(huì)使調(diào)整管管耗增加，調(diào)整管可能會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，三極管的選擇很重要，同時(shí)散熱問題也是項(xiàng)目研究的重點(diǎn)，除了考慮增大散熱片外，必要時(shí)還可以考慮增加風(fēng)扇散熱，以保證三極管工作穩(wěn)定。

2.為了降低電源保護(hù)設(shè)備插入損耗，采用繼電器對電路中電壓分段控制。利用繼電器控制串聯(lián)穩(wěn)壓電路的工作狀態(tài)，只有在電源電壓升高時(shí)，穩(wěn)壓電路工作，其他情況下穩(wěn)壓電路不工作，這樣就可以降低設(shè)備損耗。

3.繼電器在斷開、吸合瞬間，可能產(chǎn)生脈沖電壓，影響輸出電壓穩(wěn)定。為了防止輸出電壓受到影響，電路中采用雙電容并聯(lián)形式，提高電路的充放電時(shí)間，降低由于繼電器動(dòng)作產(chǎn)生的影響。

汽車電源保護(hù)器主要是針對目前汽車市場上出現(xiàn)用電設(shè)備偶爾燒毀而設(shè)計(jì)的，電路結(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)壓效果好，安裝維護(hù)比較方便，插入損耗小。該電路主要為5A以上用電設(shè)備設(shè)計(jì)的，如果為收音機(jī)、電視機(jī)等供電，電源調(diào)整管還可以選擇小功率管。電路的缺點(diǎn)是輸出電壓在繼電器動(dòng)作前后可能不一致，設(shè)備體積可能略大，如果采用風(fēng)扇散熱，可能增加設(shè)備能耗等。但不管怎么說，這都是目前市場上絕無僅有的一款為汽車電器設(shè)備設(shè)計(jì)的保護(hù)電路，隨著汽車電子技術(shù)的飛速發(fā)展，在不久的將來它將發(fā)揮巨大的作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]張華.汽車電工電子技術(shù).北京理工大學(xué)出版社，2011.8

串聯(lián)穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)范文第4篇

關(guān)鍵詞：直流，穩(wěn)壓電源，設(shè)計(jì)

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

中圖分類號(hào)：S611 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：

一、引言

直流穩(wěn)壓電源是電子及電氣中常用的設(shè)備之一。傳統(tǒng)的直流穩(wěn)壓電源功能簡單、難控制、可靠性低、干擾大、精度低且體積大、復(fù)雜度高。普通直流穩(wěn)壓電源品種很多，但均存在以下問題：當(dāng)輸出電壓需要精確輸出，困難較大。另外，常常通過硬件對過載進(jìn)行限流或截流型保護(hù)，電路構(gòu)成復(fù)雜，穩(wěn)壓精度也不高?，F(xiàn)設(shè)計(jì)精度簡易直流電源，克服了傳統(tǒng)直流電壓源的缺點(diǎn)，具有較高的應(yīng)用價(jià)值。

二、本系統(tǒng)功能特點(diǎn)

(1)一組電源最大輸出電流可達(dá)2.5A，輸出電壓從0.0V～＋12.0V以0.1V步進(jìn)連續(xù)可調(diào)（遞增或遞減），在輸出電壓在小于＋3V時(shí)，短路保護(hù)；當(dāng)輸出電壓為＋3V～＋12V時(shí)輸出電流超過2.5A時(shí)保護(hù)。另一組電源最大輸出電流為1A，輸出電壓為：0.0V、±3.0V、±4.5V、±5.0V、±6.0V、±12.0V、±15.0V、±24.0V八種電壓依次可調(diào)。

(2)輸出端無論是過流還是短路，保護(hù)電路的動(dòng)作都是以切斷輸出回路的方式工作，且當(dāng)輸出短路不再存在或負(fù)載足夠輕時(shí)電路會(huì)自動(dòng)恢復(fù)正常工作狀態(tài)。保護(hù)動(dòng)作時(shí)兼有聲光報(bào)警信號(hào)。

(3)電路能夠?qū)山M電源的輸出電壓幅值實(shí)時(shí)直觀地顯示出來。

本文以AT89S52單片機(jī)為本設(shè)計(jì)的核心控制器件，借助于DAC系列數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量，并通過I/U的轉(zhuǎn)換以電壓的形式輸出；運(yùn)用LM317與LM337結(jié)合的方式作為穩(wěn)壓器，用CD4051作為輸出電壓的變換。

三、系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)硬件的結(jié)構(gòu)框圖如下圖所示。主要由單片機(jī)、兩組電源、顯示、檢測與保護(hù)電路、報(bào)警電路及鍵盤輸入電路組成。

3.1、步進(jìn)電壓輸出電源組工作原理

在這部分電路中主要的器件有單片機(jī)AT89S52、D/A轉(zhuǎn)換器DAC0832、運(yùn)放OP07和電流放大所用三極管。其電路原理框圖如下圖所示。

工作原理：首先給各芯片正常工作的條件，先利用單片機(jī)產(chǎn)生一組8位二進(jìn)制代碼并從P0口輸出，可以通過按鍵來調(diào)整單片機(jī)輸出二進(jìn)制代碼的加1和減1。8位二進(jìn)制范圍在00000000～11111111有效,再用此組二進(jìn)制碼送到DAC0832的數(shù)據(jù)輸入端（DI0～DI7）,本系統(tǒng)是因D/A轉(zhuǎn)換簡單，故采用直通方式工作。與單片機(jī)電路連接如下圖所示。

在電流/電壓轉(zhuǎn)換之后用運(yùn)算放大電路進(jìn)行了4倍的電壓放大電路。電路連接如下圖所示。

3.2、常用正負(fù)雙電源組工作原理

該電源組輸出正負(fù)對稱的直流電壓，電壓值為8組實(shí)驗(yàn)最為常用的電源：0.0V、±3.0V、±4.5V、±5.0V、±6.0V、±12.0V、±15.0V、±24.0V。為了確保用電安全，電路在開機(jī)狀態(tài)下必須能有0V的輸出功能。電路原理圖如下圖所示。

圖中二極管D1、D3的作用是輸入開路時(shí)，防止C13、C23通過LM317、LM337放電。D2、D4的作用是輸出端短路時(shí)，防止C12、C22向穩(wěn)壓器的調(diào)整端放電。在LM317穩(wěn)壓電路中，它的基準(zhǔn)電壓為＋1.25V，輸出電流可達(dá)1.5A。圖中R1、R2為泄放電阻，其輸出電壓的改變通變換調(diào)整端的電阻予以實(shí)現(xiàn)。

3.3、保護(hù)電路工作原理

保護(hù)環(huán)節(jié)的硬件電路主要由取樣電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)、保護(hù)控制與報(bào)警電路四部分構(gòu)成。構(gòu)成框圖如下圖所示。

它能在輸出端短路或是負(fù)載過重導(dǎo)致的過流現(xiàn)象存在時(shí)動(dòng)作，以切斷輸出回路保護(hù)電源本身不致?lián)p壞。其取樣電路采用阻值極小的大功率電阻，這里取值為0.1Ω，如下圖所示。

串聯(lián)電阻R2、R3的作用為了防止輸出端短路是的高電壓反饋到A/D轉(zhuǎn)換器的模擬量輸入端而導(dǎo)致其損壞。當(dāng)輸出端連接上負(fù)載時(shí)，在取樣電阻就會(huì)有電流流過，并產(chǎn)生一定的壓降，并作為取樣信號(hào)送到A/D轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。

3.4、顯示電路工作原理

顯示電路運(yùn)用了最為常用的1/3位A/D轉(zhuǎn)換集成電路ICL7107，由于該芯片要求正負(fù)雙電源供電。以ICL7107本身38腳產(chǎn)生振蕩信號(hào)作為資源，用一個(gè)六非門集成電路CD4069（或74LS04）與電阻電容構(gòu)成負(fù)壓產(chǎn)生電路。而芯片參考電壓（36腳）仍用TL431提供。如下圖所示。

3.5、數(shù)控部分

數(shù)控部分是穩(wěn)壓電源實(shí)現(xiàn)數(shù)字化控制的核心。以AT89S51單片機(jī)為控制核，采用DAC模塊實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓電路的輸出控制，并由ADC模塊實(shí)現(xiàn)輸出電壓的測量，利用鍵盤和顯示模塊實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。鍵盤模塊采用4×4 矩陣鍵盤，實(shí)現(xiàn)輸出電壓的數(shù)字化設(shè)定和步進(jìn)調(diào)整。而DAC模塊和ADC模塊都采用串行控制芯片，減少了單片機(jī)IO口的使用。

四、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的軟件用C語言編寫而成。包含主程序、D/A轉(zhuǎn)換程序、A/D轉(zhuǎn)換程序、保護(hù)動(dòng)作程序幾個(gè)模塊組成。主程序流程圖如下圖所示。

由于設(shè)計(jì)使用的51系列單片機(jī)沒有SPI接口，故采用軟件模擬SPI的操作方法實(shí)現(xiàn)串行控制。在ADC采樣時(shí)，對輸出電壓進(jìn)行多次采樣(如100次)，取其平均值作為采樣結(jié)果，否則采樣過于頻繁，測量不準(zhǔn)確。而預(yù)設(shè)DAC輸出時(shí)，根據(jù)設(shè)定值預(yù)設(shè)一個(gè)DAC控制字，使輸出接近設(shè)定值。在微調(diào)DAC輸出時(shí)，只需對DAC控制字進(jìn)行增1或減1操作即可。在鍵盤掃描時(shí)，如果按下的是數(shù)字鍵，則儲(chǔ)存數(shù)字; 如果按下的是單位鍵，則組合之前按下的各數(shù)字鍵，使之成為一個(gè)數(shù)值，作為新的設(shè)定值; 如果按下的是步長鍵，則可設(shè)置步長值; 如果按下的是步進(jìn)鍵，則對DAC設(shè)定值按所設(shè)置的步長增或減，使輸出電壓步進(jìn)變化。

五、結(jié)果分析

（1）由于選擇A/D與D/A轉(zhuǎn)換器精度遠(yuǎn)高過指標(biāo)要求的精度，且電路中所用的電阻均采用精密電阻，所以可以保證設(shè)定值和實(shí)際測量值的精度要求經(jīng)過測試，誤差最大為0.06V。

（2）輸出端并聯(lián)大容量的電容濾波與優(yōu)質(zhì)高頻吸收電容（突波電容）,進(jìn)一步降低輸出電壓的紋波系數(shù)。

六、結(jié)束語

本文介紹的電源以AT89S52單片機(jī)為核心控制器件，此電源不僅擁有完善的過流保護(hù)功能、直觀的電壓顯示、良好的穩(wěn)定性和較大的輸出電流，而且能同時(shí)輸出常用正負(fù)雙電源和以0.1V步進(jìn)遞增或遞減電壓，足以滿足眾多實(shí)驗(yàn)場合的需求。

參考文獻(xiàn)

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串聯(lián)穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)范文第5篇

電源是一切電子設(shè)備的基礎(chǔ)，沒有電源就不會(huì)有如此種類繁多的電子設(shè)備。中職學(xué)校電工電子專業(yè)的同學(xué)作為初學(xué)者首先遇到的就是要解決電源問題，否則電路無法工作、電子制作無法進(jìn)行，學(xué)習(xí)就無從談起。

【關(guān)鍵詞】

直流穩(wěn)壓電源 設(shè)計(jì) 優(yōu)化 測評

【正文】

電子設(shè)備對電源電路的要求就是能夠提供持續(xù)穩(wěn)定、滿足負(fù)載要求的電能，而且通常情況下都要求提供穩(wěn)定的直流電能。另外，很多中職學(xué)校的電工電子專業(yè)初學(xué)階段首先遇到的就是要解決電源問題，否則電路無法工作、電子制作無法進(jìn)行，學(xué)習(xí)就無從談起。下面我們就直流電源的基本設(shè)計(jì)問題進(jìn)行探索。根據(jù)中職學(xué)生在校學(xué)習(xí)階段的實(shí)際需要，提出以下的設(shè)計(jì)任務(wù)和要求：

一、設(shè)計(jì)要求

1．輸出電壓可調(diào)：Uo= +3V ～ +9V

2．最大輸出電流：Io max= 800mA

3．輸出電壓變化量：ΔVop_p≤5mV

4. 穩(wěn)壓系數(shù)：SV≤3×10-3

二、設(shè)計(jì)方案和論證

穩(wěn)壓電源由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路四個(gè)部分組成，基本設(shè)計(jì)：

方案一：單相半波整流電路

傳統(tǒng)單相半波整流簡單，使用元件少，它只對交流電的一半波形整流，只要橫軸上面的半波或者只要下面的半波，所以整流效率不高，而且整流電壓的脈動(dòng)較大，無濾波電路時(shí)，整流電壓的直流分量較小，Vo=0.45Vi，變壓器的利用率低。

方案二：單相橋式整流電路

使用的整流元件較全波整流時(shí)多一倍，整流電壓脈動(dòng)與全波整流相同，每個(gè)元件所承受的反向電壓為電源電壓峰值。根據(jù)實(shí)際情況，綜合3種方案的優(yōu)缺點(diǎn):決定選用方案二。

三、各電路設(shè)計(jì)和參數(shù)估算

整流電路采用橋式整流電路，電路所示。在u2的正半周內(nèi)，二極管D1、D2導(dǎo)通，D3、D4截止；u2的負(fù)半周內(nèi)，D3、D4導(dǎo)通，D1、D2截止。

在設(shè)計(jì)時(shí)，常利用電容器兩端的電壓不能突變和流過電感器的電流不能突變的特點(diǎn)，將電容器和負(fù)載電容并聯(lián)或電容器與負(fù)載電阻串聯(lián)，以達(dá)到使輸出波形基本平滑的目的。選擇電容濾波電路后，直流輸出電壓：Uo1=(1.1～1.2)U2，直流輸出電流：

（I2是變壓器副邊電流的有效值。），穩(wěn)壓電路可選集成三端穩(wěn)壓器電路。

3．1集成三端穩(wěn)壓器的選擇

三端可調(diào)式集成穩(wěn)壓器內(nèi)部含有過流、過熱保護(hù)電路，具有安全可靠，性能優(yōu)良、不易損壞、等優(yōu)點(diǎn)。其電壓調(diào)整率和電流調(diào)整率均優(yōu)于固定式集成穩(wěn)壓構(gòu)成的可調(diào)電壓穩(wěn)壓電源。LM317系列和lM337系列的引腳功能相同。

輸出電壓表達(dá)式為:

在式中，1.25是集成穩(wěn)壓塊輸出端與調(diào)整端之間的固有參考電壓 ，此電壓加于給定電阻 兩端，將產(chǎn)生一個(gè)恒定電流通過輸出電壓調(diào)節(jié)電位器 ，電阻 常取值 。電路加入了二極管D，用于防止輸出端短路時(shí)10µF大電容放電倒灌入三端穩(wěn)壓器而被損壞。

LM317其特性參數(shù)：

輸出電壓可調(diào)范圍：1.2V～37V

輸出負(fù)載電流：1.5A

輸入與輸出工作壓差ΔU=Ui-Uo：3～40V

能滿足設(shè)計(jì)要求,故選用LM317組成穩(wěn)壓電路。

3．2電源變壓器的選擇

電源變壓器的作用是將來自電網(wǎng)的220V交流電壓u1變換為整流電路所需要的交流電壓u2。電源變壓器的效率為：

由于LM317的輸入電壓與輸出電壓差的最小值 ，輸入電壓與輸出電壓差的最大值 ，故LM317的輸入電壓范圍為：

即

，取

變壓器副邊電流： ，取 ，

因此，變壓器副邊輸出功率：

由于變壓器的效率 ，所以變壓器原邊輸入功率 ，為留有余地，選用功率為 的變壓器。

3．3整流二極管和濾波電容的選用

由于： ， 。

IN4001的反向擊穿電壓 ，額定工作電流 ，故整流二極管

選用IN4001。

3．4濾波電容

根據(jù)，

和公式

可求得：

所以，濾波電容：

電容的耐壓要大于 ，故濾波電容C取容量為 ，耐壓為 的電解電容。

四、 原理圖和元件清單

1． 使用DXP2004設(shè)計(jì)總原理圖，然后由軟件自動(dòng)生成的元件清單。

2． 元件需要三極管、二極管、電解電容、電阻、穩(wěn)壓管、電位器若干。

五、安裝與調(diào)試(使用Multisim10調(diào)試)

按PCB圖，制作好電路板。安裝時(shí)，先安裝小元件，這樣方便元件的擺放，因此先安裝整流電路，再安裝穩(wěn)壓電路，最后再裝上濾波電路。軟件如果沒有LM317元件，用LM117代替。模擬實(shí)驗(yàn)中：

1. 電位器R2取最大值時(shí)，Uo=9.088V

2. 同理電位器R2取最小值時(shí),Uo=2.983V

3. 電位器在0到10K之間，輸出電壓連續(xù)可調(diào)：約為3V~9V。

六、測試性能與分析

1．輸出電壓與最大輸出電流的測試

一般情況下，穩(wěn)壓器正常工作時(shí)，其輸出電流I0要小于最大輸出電流，Iomax，取 ，可算出RL=20Ω，工作時(shí) 上消耗的功率為：

故 取額定功率為10W，阻值為20 Ω的電位器。

測試時(shí)，先使 ，交流輸入電壓為220V，用數(shù)字電壓表測量的電壓值就是Uo。然后慢慢調(diào)小 ，直到Uo的值下降5%，此時(shí)流經(jīng) 的電流就是 ，記下 后，要馬上調(diào)大 的值，以減小穩(wěn)壓器的功耗。當(dāng)R5（RL）=20歐姆，Uo=8.78V, Io=438.979mA，同理Uo下降5%（8.332V）時(shí)，Io=846.644mA,即Iomax=Io.

2．紋波電壓的測試

用示波器觀察Uo的峰值，（此時(shí)Y通道輸入信號(hào)采用交流耦合AC），測量ΔUop-p

的值（約幾mV）。由示波器得出：ΔUop-p=106。845uV

3．穩(wěn)壓系數(shù)的測量

按實(shí)際連接電路， 在 時(shí)，測出穩(wěn)壓電源的輸出電壓Uo。然后調(diào)節(jié)自耦變壓器使輸入電壓 ，測出穩(wěn)壓電源對應(yīng)的輸出電壓Uo1 ；再調(diào)節(jié)自耦變壓器使輸入電壓 ，測出穩(wěn)壓電源的輸出電壓Uo2。則穩(wěn)壓系數(shù)為：

因?yàn)?，在調(diào)試中，無法得到自耦變壓器，所以只能把電壓歸算到降壓器的輸出電壓(Ui):

U1=198V,Ui=10.8V,U1=220V,Ui=12.0V,U1=242V,Ui=13.2V

Ui=10.8V時(shí)，Uo=8.72V Ui=13.2V時(shí)，Uo=8.740V

所以，穩(wěn)壓系數(shù)： =0.0022

結(jié)論：誤差在允許的范圍內(nèi)，本設(shè)計(jì)已達(dá)到要求。