直流稳压电源的设计
直流稳压电源的设计要求是设计中包括电源变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路四个部分。通过四部分的组合将 220V 交流电压转变为设计要求直流电压。并且用仿真软件进行仿真分析。
一、方案设计
1.总体设计框架图
方案的总体思路如下：直流稳压电源一般由直流电源变压器、整流电路、滤波电路及稳压电路所组成，其基本框图如下：
1.1电源变压器
是降压变压器，它将220V交流电压变换成符合需要的交流电压，并送给整流电路，变压器的变比由变压器的副边电压确定。
1.2整流电路
此设计的整流部分主要采用桥式电路，即由四个二极管交叉而成。但使用二极管时应注意以下问题：
(1) 最大整流电路流f I
指二极管长期运行允许通过的最大正向平均电流。若使用时超过此值，有可能烧坏二极管。
U
(2) 最高反向工作电压rm
指允许施加在二级管两端的最大方向电压，通常为击穿电压的一半。
(3) 反向电流r I
指二极未击穿时的反向电流值。其值会随温度的升高而急剧增加，其值越小，二极管的单向导电性越好。但是反向电流值会随温度的上升而显著增加。
(4) 最高工作频率f
本设计要求。
（3）方案论证
从技术指标方面来讲，方案一采用的是分立元件，方案二采用的是集成芯片，集成芯片较分立元件具有更高的可靠性和稳定性；从电路简易方面来比较，方案二所设计的电路显然比比方案一更为简单，更容易实现；从经济指标方面来比较，集成稳压器价格低廉，因此更易受到青睐。综合以上因素，本人选择进行方案二的电路设计与仿真。
二、单元电路的设计
1.单元电路的设计
（1）电源变压器电路设计
图 4 电源变压器
图4所示电路即为电源变压器电路，该电路将220V，50HZ交流电压降压后，输出到副边，副边电压值便为下步整流电路要求的交流电压值，然后经过整流、滤波、稳压环节，最终变成所需直流电压。经过电源变压器电路的电压波形如图5所示，其中，红线表示输入电压波形，蓝线表示为副边输出电压波形。
图 5 电源变压器输出波形
（2）整流电路的设计
整流电路，采用本学期课本里所学的桥式整流电路。电路图如图6所示。
图6 单相桥式整流电路
在图6的电路图中，当电压在副边交流电压的正半周时，电流从变压器副边线圈的上端流出，由于二极管的单向导电性，此电流只能经过二极管 D2 流向负载R1，再由二极管 D3 流回变压器，所以此时二极管 D2 、D3 正向导通，D1、D4 反偏截止。在负载上产生一个极性为上正下负的输出电压。
当电压在副边交流电压的负半周时，其极性与上述相反，电流从变压器副边线圈的下端流出，只能经过二极管 D4 流向负载1，再由二极管 D1 流回变压器，所以此时二极管D1、D4 正向导通，D2 、D3 反偏截止。电流流过负载 R1 时产生的电压极性仍然是上正下负，与正半周时相同。
综上所述，桥式整流电路巧妙地利用了二极管的单向导电特性，将四个二极管分成两组，根据变压器副边电压的极性不同分别导通，使变压器副边电压的正极性端与负载电阻的上端相连，使其负极性端与负载电阻的下端相连，因此负载上始终可以得到一个单方向的脉动电压，实现电压的整流。经过电路整流后，可得桥式整流电路的输出波形如图 7 。
图7 桥式整流电路的工作波形
（3）滤波电路的设计
滤波电路的设计采用电容滤波电路。其电路图如图8所示。
图 8电容滤波电路图
滤波电路的作用在于滤去整流输出电压中的波纹。当负载的平均电压升高时，纹波（即交流成分）减少，且当C*R1的值越大，电容的放电速率越慢，负载电压中的纹波成分越小，负载的平均电压越高。经过滤波电路后，可得滤波电路输出波形如图9所示。
图 9滤波电路的输出波形
(4)稳压电路的设计
稳压电路的作用是使输出的直流电压稳定，让其不随交流电网电压和负载的变化而变化。在本次实验中我们选用了LM317三端稳压器作为稳压电路，因为LM317三端稳压器电源能够连续地输出可调直流电压，在过流过热的保护方面LM317三端稳压器也有很好的效果，符合本次实验要求。其实验电路图如图10所示。
图10 稳压电路图
在稳压电路图中，R1和R3组成可调输出的电阻网络，R2为负载，用于测量输出电压。输入电容C1用来抑制纹波电压，输出电容C2用于消震以缓冲冲击性负载，来保证电路的工作稳定。经过稳压电路图，可得稳压电路输出波形如图11所示。
图11 稳压电路输出波形
2.单元电路元件的选择和计算
LM317的参数： 输出基准电压：1.25V; 输出电流范围：5mA-1.5A;
输入与输出压差：△U=U i -U o ：3V-40V; 电压调整率：0.1％； 工作温度范围： 0°- 125°。
(1)电源变压器
由于最终要求得到1.5V-10V 直流电压。所以根据公式
()()max o i omin min o i omax U U U U U U U -+≤≤-+ ①
即得稳压电路最低的输入者流电压和滤波电路最大的输出电压: V U V 5.4113≤≤ 若考虑电网10％的波动，根据公式
图12 直流稳压电源
2.元件明细表
表1 元器件明细表
四、仿真与电路调试
1.仿真结果
经过变压器后的电压波形与输入信号波形对比图如图所示。
元件名称 型号 数量 元件名称 型号 数量 变压器 14V 变压器 1个 交流电源 220V 50HZ 1个
二极管 1N4001 2个 电容
2200uF 1个
稳压管 LM317 1个 0.33uF 1个 滑动变阻器
5000Ω 1个 4.7uF 1个
电阻 240Ω 1个 电阻 120Ω 1个
