制作直流电源的方法

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实验九 直流稳压电源的设计

一．实验目的

1．学习小功率直流稳压电源的设计和调试方法。

2．掌握小功率直流稳压电源有关参数的测试方法。

二．预习要求

1．根据直流稳压电源的技术指标要求，按照教材中介绍的方法，设计出满足技术指标要求的稳压电源。根据设计和计算的结果，写出设计报告。

2．制定出实验方案，选择实验用的仪器设备，

三．实验原理

@

小功率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，如图1所示。

+

电 源 +

整 流 + 滤

波 + 稳 压 +

u1 u2 u3 uI U0

_ 变压器 _ 电 路 _ 电 路 _ 电 路 _

（a）稳压电源的组成框图

u1 u2 u3 uI U0

0 t 0 t 0 t 0 t 0

t

*

（b）整流和稳压过程

图1稳压电源的组成框图及整流和稳压过程

1．电源变压器

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：

12PP

其中：2P是变压器副边的功率，1P是变压器原边的功率。一般小型变压器的效率如表1所示：

直流稳压电源电路的设计实验报告

一、实验目的

1、了解直流稳压电源的工作原理。

2、设计直流稳压电路，要求输入电压：220V市电，50Hz，用单变压器设计并制作能够输出一组固定+15V输出直流电压和一组+1.2V~+12V连续可调的直流稳压电源电路，两组输出电流分别IO≥500mA。

3、了解掌握Proteus软件的基本操作与应用。

二、实验线路及原理

1、实验原理

（1）直流稳压电源

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，基本框图如下：

图2-1 直流稳压电源的原理框图和波形变换

其中：

1）电源变压器：是降压变压器，它将电网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，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：利用单向导电元件，把50Hz的正弦交流电变换成脉动的直流电。

3）滤波电路：可以将整流电路输出电压中的交流成分大部分加以滤除，从而得到比较平滑的直流电压。滤波电路滤除较大的波纹成分，输出波纹较小的直流电压U1。

4）稳压电路：其工作原理是利用稳压管两端的电压稍有变化，会引起其电流有较大变化这一特点，通过调节与稳压管串联的限流电阻上的压降来达到稳定输出电压的目的。稳压电路的功能是使输出的直流电压稳定，不随交流电网电压和负载的变化而变化。

（2）整流电路

常采用二极管单相全波整流电路，电路如图2-2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。正负半周内部都有电流流过的负载电阻RL，且方向是一致的。电路的输出波形如图2-3所示。

t023422Uou22U

整流二极管采用1N4007，具有正向导通电压降低，导通电流高，泄露电流低，过载电流高，成本低等优点，其基本参数如下图所示，有黑色线圈一端表示负极。

用单片机制作的直流稳压可调电源

摘要：把粗调波段开关以及细调电位器作为调节方式的是传统直流稳定电源输出，而且电压数值的大小是通过电压表来显示的。但是传统的直流稳定电源输出的也是存在一定的缺点的，比如：体积比较大、复杂的电路构造、没有直观的读数、不容易进行调节、稳压精度比较低、电位器容易被磨损等，但是单片机制作的直流稳压可调电源可以很大程度上的解决以上这些问题。

关键词：单片机；直流稳压；可调电源

就传统的直流稳压电源来说，其电源所对应的输出电压主要是在相应的粗调波断开关和细调电位器的情况下实现调节功能的，并通过电压表的知识电压值大小进行实现。就这种直流稳压电源来说，其实际使用过程中存在一定的不足和缺点，主要表现为不易调准，电位器易磨损，读数不直观，稳压精度较低等情况，而且电路构成较为复杂，体积较大。而基于单片机控制的直流稳压电源的应用则可以将上述问题进行有效改善。

电源的特点和功能

此电源有两个调压元件，第一级调压元件是选取可控硅，第二级调压元件是选取LM317、LM337稳压电源芯片，电阻网络的电阻的改变方式是控制继电器，此控制方法采取AT89S51单片机，进而对调节元件的外围参数进行改变，从而得到可调节电压（步长为2~18V、0.1V），最大1A的驱动能力，同时显示输出电流大小和电源电压的数值。电源主要有一下几个特点：

电路具有双重保护功能。在软件中设置过载保护，同时在电阻的前端增加1A保险，以避免由于负载造成短路，破坏三端稳压芯片[1]。

电压输出采取两组相互隔离方法。其中一组输出是固定的，固定电压为+5V；另一组是可调节的电压，电压为正负步长0.1V，输出的范围保持在±2~±18V，负载最大设置为1A，同时规定实际的输出电压的误差在0.05V以内。 为了避免掉电之后重新上电的电压数值过高，对用户设备造成损坏的现象发生，此电源具有记忆装置，保存了掉电之前用户所设置的电压数值，断电之后重新上电是用户不需要对电压数值进行设置，给用户更好的使用效果。

第 1 页 课题 一 多路直流稳压电源的设计与制作

任何一个电子设备都要由一组或多组高稳定性的直流电源来供电，直流电源的作用之一是为各级电路中半导体器件提供适宜的偏置电压，其次是作为整个电子电路的能源。目前直流电源最主要的获得方法是将电网电压的单相交流电〔220V，50Hz〕经整流、滤波与稳压获得。根据处理方法不同，直流电源可分为线性直流电源与开关型直流电源两大类型。本课题主要针对线性直流电源中的串联型稳压电源提供设计方法。直流电源最重要的技术指标为输出直流电压，提供最大的直流电流及最小的纹波电压，这也是在设计直流电源时应抓住的关键问题。各类集成直流稳压器目前已成为电源市场的主流产品，它的高性能、可靠性及高性价比是分立元件直流稳压电路无法比较的，在选择设计方案时应放在优先的地位。

1． 设计内容与要求

设计一个能同时输出+12V，-12V，+5V的直流稳压电源，设计要求如下：

(1)同时输出3组直流电源，其中：

12V、0.1V，+5V电源输出电压为5V、0.5V。

〔2〕3组电源输出最大直流电流均为200mA。

〔4〕只允许AC220V供电，电源变压器可根据设计要求直接选用。

要求按上述设计指标设计电路，并安装调试到达设计要求。

2．设计方案选择

图3-1-1 原理框图

根据设计要求，选择总体方案的框图如下图3-1-1。

3．单元电路的设计

（1） 整流电路的设计

对于传统的线性直流电源，整流电路的功能是将220V电网电压降到适宜的交流电压值，并将其变为单向脉的电压。为了提高效率、降低对整流二极管耐压的要求，选择的整流电路如下图3-1-2。

图3-1-2 整流电路

① 电源变压器的选用

图中，电源变压器Tr选用双15V工频变压器 ，根据框图3-1-1，当+12V与+5V直流电源同时供出200mA最大电流时，电源变压器次级最小应提供400mA的电流，当有余量，选取的变压器次级绕组第 2 页 应提供最大500mA的输出电流，功率不小于1525.0=15W,假设考虑功率损耗，那么容量应更大一些。电源变压器可通过外购或定制，不在本课题的设计范围之内。