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穩壓電源設計原理范文1
【關鍵詞】DX系列中波發射機；開關電源；+24V非穩壓電源組件
1.引言
電源是各種電子設備必不可少的重要組成部分，其性能優劣直接關系到整個系統的安全性和可靠性指標。而開關電源是目前應用最為廣泛地一種電源裝置，開關電源以其損耗低、效率高、電路簡潔顯著優點而受到人們的青睞，并廣泛地應用于計算機、電子設備、儀器儀表、通信設備和家用電器中。
輸出穩定性決定電源成敗。電源除了我們最關心的額定功率，以及可直接感觸到的靜音、散熱等外部特征因素外，轉換效率也越來越備受重視，但是，電壓穩定性和輸出紋波更能反應一個電源的品質。
2.開關電源基本原理
2.1 開關電源的工作原理
開關電源的工作原理可以簡單的用圖1進行說明。圖1中輸入的直流不穩定電壓經開關S加至輸出端，S為受控開關，是一個受開關脈沖控制的開關調整管，若使開關S按要求改變導通或者斷開時間，就能把輸入的直流電壓變成矩形脈沖電壓。這個脈沖電壓經濾波電路進行平滑濾波后就可得到穩定的直流輸出電壓。
為了便于分析，定義脈沖占空比如下：
式中，T表示開關S的開關重復周期；表示開關S在一個開關周期中的導通時間。開關電源直流輸出電壓與輸入電壓之間有如下關系式：
由上面兩個關系式可以看出，若開關周期T一定，改變開關S的導通時間，即可改變脈沖占空比D，從而達到調節輸出電壓的目的。T不變，只改變來實現占空比調節的穩壓方式叫做脈沖寬度調制（PWM）。由于PWM式的開關頻率固定，輸出濾波電路比較容易設計，易實現最優化，因此PWM式開關電源用的較多，本文中所提到的開關電源就屬于PWM式開關電源。
2.2 開關電源的組成
開關電源的組成圖2所示。其中DC/DC變換器用以進行功率變換，它是開關電源的核心部分；驅動器是開關信號的放大部分，對來自信號源的開關信號進行放大和整形，以適應開關管的驅動要求；信號源產生控制信號，該信號由它激或者自激電路產生，可以使PWM信號、PFM信號或者其它信號；比較放大器對給定信號和輸出反饋信號進行比較運算，控制開關信號的幅值、頻率、波形等，通過驅動器控制開關器件的占空比，已達到穩定輸出電壓的目的。除此之外，開關電源還有輔助電路，包括啟動、過流過壓保護、輸入濾波、輸出采樣、功能指示等電路。
3.分立的+24V非穩壓電源組件
電源性能的優劣直接關系到電子設備的技術指標及能否安全可靠地工作，傳統的電源主要以線性電源為主，其工作過程為：將工頻電網電壓經過線性變壓器降壓以后，再經過整流、濾波和線性穩壓，最后輸出一組紋波電壓和穩定度均符合要求的直流電壓。這種電源的優點是：⑴電源穩定度和負載穩定度較高；⑵輸出紋波電壓較小；⑶瞬態響應速度快；⑷線路結構簡單。這種電源的缺點是：⑴功耗非常大、效率比較低，效率一般只有45%左右；⑵重量非常重、體積龐大；⑶必須使用較大容量的濾波電容；⑷輸入電壓動態范圍??；⑸輸出電壓調整麻煩，并且通過改變線性變壓器初級線圈匝數，僅能步進調整輸出電壓。
DX系列中波發射機中使用了一種分立的+24V非穩壓電源組件，它僅由一個美國Acme電氣公司線性變壓器（500B24HA）、一個橋式整流器（GBPC5002）及一只濾波電解電容器（33000μF/50VDC）組成。該電源組件的輸入端為工頻電網220V電壓，輸出端為標稱的+24V非穩壓電源，通過改變輸入端的連接抽頭，可以適當改變輸出端的非穩壓電壓范圍。在DX系列發射機單個功放單元（簡稱PB）中，這種+24V非穩壓電源組件的輸出送至低壓電源板，經低壓電源板穩壓后提供給發射機可編程邏輯控制器（簡稱為PLC）、緩沖放大器、大部分板卡+18V/-18V/+8V的工作電源；在DX系列發射機并機網絡中，這種+24V非穩壓電源組件的輸出分別送至低壓電源板，經低壓電源板穩壓后提供給發射機合成器單元觸摸屏（簡稱為MMI）、PLC、所有模式/輔助接觸器、大部分板卡的工作電源。其供電情況圖如圖3所示。
在實際應用中，除了線性電源固有的缺點外，美國哈里斯公司設計人員未認真考慮每一部分所需要電源的實際額定功率情況，而是統一采用這種+24V非穩壓電源組件；并且對于一些關鍵部位仍然采用+24V非穩壓供電，不利于其穩定可靠運行；這種分立元件組成的非穩壓電源，由于元器件老化或變質，極易出現噪聲大、輸出直流電壓不穩定等毛病。鑒于以上不足，筆者提出利用目前市場上廣泛使用的開關電源代替傳統的線性非穩壓電源的技改方案。
4.技改及應用情況
開關電源是近代普遍推廣的穩壓電源，其主要特點有：⑴內部功率損耗小，轉換效率高，一般可達90%以上；⑵體積小，重量輕；⑶穩壓范圍寬，輸出電壓在一定范圍連續可調；⑷濾波效率大為提高；⑸安全可靠，內部具有各種形式的保護電路，當電源負載出現故障時，能自動切斷電源，保障其功能可靠。
4.1 開關電源的選型
首先，確定選擇專業電源供應商的臺灣明緯公司的開關電源。其次，根據電壓和電流范圍，進一步確定所需開關電源的額定功率。下面以DX系列中波發射機并機合成器控制單元和發射機控制單元的開關電源選型為例進行說明。根據實際電路，通過測試，得到各自+24V非穩壓電源組件輸出的總功率如表1所示。由表1可以看出，發射機并機發射機控制單元最大總輸出功率為69.96W，發射機并機合成器控制單元最大總輸出功率為42.408W，因為開關電源的功率比較足，但是為了延長開關電源的使用壽命，一般要選擇多30%以上輸出功率的開關電源。查詢臺灣明緯公司的開關電源產品，根據實際冗余量的需要，最終選擇SDR-120-24開關電源代替發射機并機合成器控制單元中+24V非穩壓電源組件，選擇SDR-240-24開關電源代替發射機并機發射機控制單元中+24V非穩壓電源組件。
這兩款開關電源均是單組輸出導軌型具功率因素校正（簡稱為PFC）功能的開關電源，它們內部原理方框圖如圖4所示。該系列開關電源峰值功率可達150%額定輸出功率，輸出電壓連續可調且調整范圍寬，同時內部含低壓保護、過載保護、過壓保護、過流保護等多種保護電路。
4.2 開關電源的安裝
由于相比+24V非穩壓電源組件而言，開關電源的體積大大減小、重量大大減輕，所以在拆除+24V非穩壓電源組件之后，再安裝開關電源及其簡便。安裝時，事先將標準的35mm鋁合金外卡導軌固定在機箱殼體上，然后將這種導軌型開關電源安裝在導軌上即可。這種導軌型開關電源與普通的開關電源相比，除了安裝方式不同之外，沒有任何區別。
為了達到充分散熱的目的，一般開關電源宜安裝在空氣對流條件較好的位置或者安裝在機箱殼體上，通過機箱殼體將熱傳達出去。由于設計中僅通過自然風冷卻，為了進一步提高冷卻效果，筆者還自行加裝了一個40W的排風扇，以利開關電源散熱，延長其使用壽命。改造前后的安裝效果圖如圖5所示。
4.3 開關電源的應用效果
在DX系列中波發射機中，+24V非穩壓電源組件的地位非常重要，它幾乎提供了所有板卡的工作電源，以及PLC工作電源、觸摸屏工作電源、模式/輔助接觸器直流馬達工作電源等等。這個+24V電源輸出電壓的不穩定，必將造成對發射機設備或者器件或大或小的影響。比如，對于直流+24V供電的PLC而言，原則上應采用直流穩壓電源供電。因為普通的整流濾波電源，由于紋波的影響，容易使PLC接收到錯誤信息。一般不能使用僅通過單相式橋式整流的直流電源直接對PLC進行供電。在系統組成較復雜時，應使用獨立的穩壓電源單獨對PLC供電。然后，DX系列中波發射機原設計直流+24V供電的PLC電源卻為單相式橋式整流的非穩壓電源，設計中存在明顯缺陷。經過技術改造之后，電源系統的質量得以明顯改善，可以從以下兩個方面進行說明：
⑴輸出紋波。電源輸出的直流電壓是通過將交流電壓整流濾波轉換而來，那么在直流輸出中就不可避免地含有交流成分或者周期性的雜波信號，這就是我們所說的輸出紋波，紋波越小，電源品質越優秀。紋波是非常難以遏制的，電流越大，產生的紋波越大。紋波會帶來的危害有：降低轉換效率；形成浪涌；帶來紋波噪音。而采用含功率因素校正功能的開關電源，紋波極小，明顯好于普通電源。圖6所示為+24V非穩壓電源組件和開關電源空載時輸出電壓波形，從圖6中明顯看出開關電源產生的紋波遠遠好于+24V非穩壓電源組件。
⑵電壓穩定性。電壓穩定性是電源最重要的品質之一，很多燒毀硬件的事故都是由于電壓穩定性差（電壓偏移幅度過大）造成的。實際電壓與標準電壓的偏移值越小，表示電壓穩定性越好。電壓穩定性的問題其實就是交叉負載能力，交叉負載表征的是電源在各種負載配比下各路電壓能否保持穩定的能力。經出廠測試，+24V非穩壓電源組件空載輸出電壓為31.0V，半載輸出電壓為28.4V，滿載輸出電壓為26.7V，可知其電壓穩定性較差。表2所示為+24V非穩壓電源組件和開關電源分別在兩種不同狀態時電壓偏移情況，從表中明顯看出開關電源的電壓穩定性遠遠好于+24V非穩壓電源組件。
5.結束語
開關電源具有高效、穩定、可靠的特點，并且屬于免維護器件，在實際應用中，取得了良好的效果。經過改造后，也節省了安裝空間，根據需要還可以設計備份冗余+24V開關電源，實現雙電源并聯供電，提高發射機供電的可靠性。
參考文獻
穩壓電源設計原理范文2
關鍵詞：直流，穩壓電源，設計
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：S611 文獻標識碼：A文章編號：
一、引言
直流穩壓電源是電子及電氣中常用的設備之一。傳統的直流穩壓電源功能簡單、難控制、可靠性低、干擾大、精度低且體積大、復雜度高。普通直流穩壓電源品種很多，但均存在以下問題：當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行限流或截流型保護，電路構成復雜，穩壓精度也不高?，F設計精度簡易直流電源，克服了傳統直流電壓源的缺點，具有較高的應用價值。
二、本系統功能特點
(1)一組電源最大輸出電流可達2.5A，輸出電壓從0.0V～＋12.0V以0.1V步進連續可調（遞增或遞減），在輸出電壓在小于＋3V時，短路保護；當輸出電壓為＋3V～＋12V時輸出電流超過2.5A時保護。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。
(2)輸出端無論是過流還是短路，保護電路的動作都是以切斷輸出回路的方式工作，且當輸出短路不再存在或負載足夠輕時電路會自動恢復正常工作狀態。保護動作時兼有聲光報警信號。
(3)電路能夠將兩組電源的輸出電壓幅值實時直觀地顯示出來。
本文以AT89S52單片機為本設計的核心控制器件，借助于DAC系列數模轉換芯片將數字量轉換成模擬量，并通過I/U的轉換以電壓的形式輸出；運用LM317與LM337結合的方式作為穩壓器，用CD4051作為輸出電壓的變換。
三、系統硬件的設計與實現
系統硬件的結構框圖如下圖所示。主要由單片機、兩組電源、顯示、檢測與保護電路、報警電路及鍵盤輸入電路組成。
3.1、步進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AT89S52、D/A轉換器DAC0832、運放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，先利用單片機產生一組8位二進制代碼并從P0口輸出，可以通過按鍵來調整單片機輸出二進制代碼的加1和減1。8位二進制范圍在00000000～11111111有效,再用此組二進制碼送到DAC0832的數據輸入端（DI0～DI7）,本系統是因D/A轉換簡單，故采用直通方式工作。與單片機電路連接如下圖所示。
在電流/電壓轉換之后用運算放大電路進行了4倍的電壓放大電路。電路連接如下圖所示。
3.2、常用正負雙電源組工作原理
該電源組輸出正負對稱的直流電壓，電壓值為8組實驗最為常用的電源：0.0V、±3.0V、±4.5V、±5.0V、±6.0V、±12.0V、±15.0V、±24.0V。為了確保用電安全，電路在開機狀態下必須能有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，防止C13、C23通過LM317、LM337放電。D2、D4的作用是輸出端短路時，防止C12、C22向穩壓器的調整端放電。在LM317穩壓電路中，它的基準電壓為＋1.25V，輸出電流可達1.5A。圖中R1、R2為泄放電阻，其輸出電壓的改變通變換調整端的電阻予以實現。
3.3、保護電路工作原理
保護環節的硬件電路主要由取樣電路、A/D轉換電路、單片機、保護控制與報警電路四部分構成。構成框圖如下圖所示。
它能在輸出端短路或是負載過重導致的過流現象存在時動作，以切斷輸出回路保護電源本身不致損壞。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轉換器的模擬量輸入端而導致其損壞。當輸出端連接上負載時，在取樣電阻就會有電流流過，并產生一定的壓降，并作為取樣信號送到A/D轉換電路進行模數轉換。
3.4、顯示電路工作原理
顯示電路運用了最為常用的1/3位A/D轉換集成電路ICL7107，由于該芯片要求正負雙電源供電。以ICL7107本身38腳產生振蕩信號作為資源，用一個六非門集成電路CD4069（或74LS04）與電阻電容構成負壓產生電路。而芯片參考電壓（36腳）仍用TL431提供。如下圖所示。
3.5、數控部分
數控部分是穩壓電源實現數字化控制的核心。以AT89S51單片機為控制核，采用DAC模塊實現穩壓電路的輸出控制，并由ADC模塊實現輸出電壓的測量，利用鍵盤和顯示模塊實現人機交互。鍵盤模塊采用4×4 矩陣鍵盤，實現輸出電壓的數字化設定和步進調整。而DAC模塊和ADC模塊都采用串行控制芯片，減少了單片機IO口的使用。
四、系統軟件設計
本系統的軟件用C語言編寫而成。包含主程序、D/A轉換程序、A/D轉換程序、保護動作程序幾個模塊組成。主程序流程圖如下圖所示。
由于設計使用的51系列單片機沒有SPI接口，故采用軟件模擬SPI的操作方法實現串行控制。在ADC采樣時，對輸出電壓進行多次采樣(如100次)，取其平均值作為采樣結果，否則采樣過于頻繁，測量不準確。而預設DAC輸出時，根據設定值預設一個DAC控制字，使輸出接近設定值。在微調DAC輸出時，只需對DAC控制字進行增1或減1操作即可。在鍵盤掃描時，如果按下的是數字鍵，則儲存數字; 如果按下的是單位鍵，則組合之前按下的各數字鍵，使之成為一個數值，作為新的設定值; 如果按下的是步長鍵，則可設置步長值; 如果按下的是步進鍵，則對DAC設定值按所設置的步長增或減，使輸出電壓步進變化。
五、結果分析
（1）由于選擇A/D與D/A轉換器精度遠高過指標要求的精度，且電路中所用的電阻均采用精密電阻，所以可以保證設定值和實際測量值的精度要求經過測試，誤差最大為0.06V。
（2）輸出端并聯大容量的電容濾波與優質高頻吸收電容（突波電容）,進一步降低輸出電壓的紋波系數。
六、結束語
本文介紹的電源以AT89S52單片機為核心控制器件，此電源不僅擁有完善的過流保護功能、直觀的電壓顯示、良好的穩定性和較大的輸出電流，而且能同時輸出常用正負雙電源和以0.1V步進遞增或遞減電壓，足以滿足眾多實驗場合的需求。
參考文獻
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[2] 劉楚湘,杜勇,尤雙楓.基于單片機的數控直流穩壓電源設計[J].新疆師范大學學報(自然科學版).2007(01)
穩壓電源設計原理范文3
【關鍵詞】電流型;PWM;控制器;UC3842;電磁兼容性;傳導干擾
引言
在設計開關電源時通常以PWM集成電路為核心。近年來，開關電源集成控制器將PWM控制電路、保護電路集成到一塊芯片上，電路設計簡單方便，可靠性高。常見的PWM控制器從控制類型劃分共有兩種：分別是電壓控制型和電流控制型。電壓型PWM控制器調節脈寬是通過反饋電壓進行的，電流型PWM控制器是通過調節占空比，使電感峰值電流隨誤差變化而變化。電流型PWM控制器的電壓調整率和負載調整率效果比電壓型PWM控制器更為顯著。采用電流型PWM控制器后系統的動態特性和穩定性明顯改善。電流型PWM控制器內置的限流和并聯均流能力使控制電路更加簡單且可靠性高。目前，電流型PWM集成控制器已經產品化，在小功率電源方面取代了電壓型PWM控制器。
1.UC3842 PWM芯片簡介
UC3842采用固定工作頻率脈沖寬度可控調制方式，共有8個引腳，各腳功能如下：
①腳是誤差放大器的輸出端，外接阻容元件用于改善誤差放大器的增益和頻率特性;
②腳是反饋電壓輸入端，此腳電壓與誤差放大器同相端的2.5V基準電壓進行比較，產生誤差電壓，從而控制脈沖寬度;
③腳為電流檢測輸入端，當檢測電壓超過1V時縮小脈沖寬度使電源處于間歇工作狀態;
④腳為定時端，內部振蕩器的工作頻率由外接的阻容時間常數決定，f=1.72/（RT×CT）;
⑤腳為公共地端;
⑥腳為推挽輸出端，內部為圖騰柱式，上升、下降時間僅為50ns驅動能力為±1A;
⑦腳是直流電源供電端，具有欠、過壓鎖定功能，芯片功耗為15mW;
⑧腳為5V基準電壓輸出端，有50mA的負載能力。
2.開關穩壓電源的設計與工作原理
2.1 開關穩壓電源組成框圖
開關穩壓電源基本組成原理框圖如圖1所示。
圖1 開關穩壓電源基本組成原理框圖
2.2 開關穩壓電路設計
電源電路主要由整流濾波電路、低通濾波電路、反饋電路、脈寬調制電路、保護電路等幾部分組成。圖2所示為以UC3842為核心的開關電源電路的原理圖。輸入為220V交流電，經整流濾波電路后，給變壓器輸入端一個約300V的直流電壓，經UC3842芯片后得到穩定的輸出。
2.3 開關穩壓電源工作原理
2.3.1 UC3842芯片的啟動過程
首先，由電源通過啟動電阻R2給電容C1充電，當C1兩端電壓達16V時，達到了脈寬調制芯片UC3842的啟動電壓門檻值，此時芯片UC3842開始工作并提供驅動脈沖，芯片6腳輸出信號為高低電壓脈沖，高電壓脈沖時場效應管VT1導通，電流流經變壓器原邊，把能量儲存在變壓器中。此時變壓器各路副邊沒有能量輸出。當6腳的高電壓脈沖結束時，VT1截止。由楞次定律可知，變壓器為了使電流不發生變化，產生與原電壓相反的感應電勢，此時變壓器副邊各路二極管導通，向外提供能量，同時反饋線圈向UC3842供電。UC3842內部設有欠壓鎖定電路，其工作的電壓范圍在10V到16V。UC3842在開啟之前消耗的電流在1mA以內。電源電壓接通以后，當7腳電壓上升到16V時UC3842開始工作，正常工作時消耗電流為15mA。設計時參照UC3842的啟動電流這些參數選取R2。一般情況下，隨著UC3842的啟動結束，R2的作用也基本完成，余下的工作由反饋繞組完成，UC3842的供電來自反饋繞組產生的電壓。
圖2 新型開關穩壓電源設計原理圖
2.3.2 開關脈沖生成C5和R8的大小決定振蕩頻率
R5為電流采樣電阻，反映輸入電壓的變化。由恒頻時鐘脈沖置位UC3842的鎖存器，以驅動VT1導通。當VT1導通時，R5上的電流逐漸增大壓降隨之增加，通過R9將電壓反饋到芯片UC3842的3腳，將該電壓與電流比較器的另一端進行比較，當壓降值達到一定時，電流取樣比較器翻轉，鎖存器復位，VT1截止。VT1導通時，電流流過變壓器原邊，把能量存在變壓器中。此時，變壓器副邊沒有能量輸出;當VT1截止時，副邊各級二極管導通，向外提供能量。因此VT1的導通和截止使得變壓器副邊耦合輸出為開/關電壓。
2.3.3 占空比調節
變壓器輸出通過可控精密穩壓源TL431和光耦PC817以電壓反饋的形式反饋到UC3842的2腳，當變壓器副繞組電壓增大時，加在可控精密穩壓源TL431上的參考電壓升高，通過光耦PC817中發光二極管的電流增大，光電三極管上的電流也相應增大，UC3842的反饋端電壓隨之增大，輸出端的脈沖信號占空比降低，VT1通時間變短，輸出電壓降低。輸出繞組電壓降低時的情況與上述過程相反?？梢?，通過輸出端的電壓反饋和輸入端的電流反饋，使輸出繞組的電壓輸出穩定在要求值。
3.結論
在設計中將電流控制型脈寬調制芯片UC3842的控制功能充分的利用到高頻單端反激式開關穩壓電源中，實現了對輸出電壓的負反饋調節及各種保護機制。實驗結果表明，所設計的電源結構簡單、穩壓性高、紋波小、電壓調整率和負載調整率高。另外，在大功率輸出時，需要增加功率因數校正PFC模塊。該電源可應用于電動車、視聽、應急照明等設備中。
參考文獻
[1]劉順利.現代高頻開關電源實用技術[M].北京：電子工業出版社，2001.
穩壓電源設計原理范文4
【關鍵詞】Multisim 雙電源 仿真分析
LM117/LM317 是美國國家半導體公司的三端可調正穩壓器集成電路，LM117/LM317 的輸出電壓范圍是1.2V至37V，負載電流最大為1.5A。它的使用非常簡單，僅需兩個外接電阻來設置輸出電壓。此外它的線性調整率和負載調整率也比標準的固定穩壓器好。LM117/LM317 內置有過載保護、安全區保護等多種保護電路。通常LM117/LM317 不需要外接電容，使用輸出電容能改變瞬態響應。調整端使用濾波電容能得到比標準三端穩壓器高的多的紋波抑制比。利用LM117/LM317設計出正負連續可調的雙電源，通過實驗測試和軟件仿真，基本上可以滿足絕大多數運算放大器所需要的電壓幅度。
一、MultiSim仿真軟件簡介
MultiSim是一款將電子電路設計及其測試分析相集成的電路設計仿真軟件。它具備信號源、基本元器件、模擬數字集成電路、指示器件、控制部件、機電部件等各類元器件，可以對各類電路進行仿真，并且提供十多種虛擬儀器（如示波器、萬用表、信號發生器、波特圖圖示儀、功率表等），以及18種仿真分析功能（如直流工作點分析、交流分析、瞬態分析、傅里葉分析、噪聲分析、直流掃描分析等）。由于元件庫中有若干個與實際元件相對應的現實性仿真元件模型，配合強大的仿真分析，使結果更精確、更可靠。
二、直流穩壓電源的理論基礎與電路設計原理分析
（一）直流穩壓電源的理論基礎
電子設備都需要穩定的直流電源供電，如基本放大電路中的集電極電源、運算放大器的雙電源等。這樣，就需要將市電電網的交流電，變換為直流電。對于小功率的直流電源，它一般由電源變壓、整流電路、濾波電路和穩壓電路組成。如圖1所示：
（二）直流穩壓電源電路設計的基本原理
電源變壓器的作用時將220V的電網電壓變換成所需要的交流電壓值。
整流電路的作用是將交流降壓電路輸出的大小、方向都變化的電壓較低的交流電轉換成單向脈動直流電。單相整流電路的類型有半波整流、橋式全波整流、中心抽頭全波整流等。
濾波電路的主要任務是將整流后的單向脈動直流電壓中的紋波（單向脈動直流電中含的交流成分）濾除掉，使單向脈動電壓變成平滑的直流電壓。濾波電路的主要元件是電容和電感，以電容濾波電路最常用，其特點是電路簡單，輸出脈動較小，輸出電壓平均值增大，但輸出電壓隨負載變化較大。采用電容濾波時，輸出電壓的脈動程度與電容器的放電時間常數τ有關系，τ大一些，脈動就小一些，多采用大容量的電解電容。電容的耐壓值應大于它實際工作時所承受的最大電壓，耐壓值一般取所接工作電路電壓的1.5-2倍。為了降低輸出直流電壓的紋波系數（輸出電壓中交流分量占額定輸出直流電壓的百分比），正、負電源的濾波電路均采用一個1000μF/50V的電解電容。
濾波電路的輸出電壓雖已變得平滑，但輸出電壓隨負載變化較大，后面需接穩壓電路。穩壓電路的作用是當交流電源電壓波動、負載及溫度變化時，維持輸出穩定的直流電壓。穩壓電路的類型有分立元件穩壓和集成穩壓器穩壓，分立元件穩壓時，電路穩定性不好，而集成穩壓器穩壓具有體積小、電路簡單、穩壓精度高，可靠性高等優點，被廣泛采用。選擇集成穩壓器時應先確定穩壓器的類型，是固定式還是可調式，是正壓輸出還是負壓輸出，然后根據其額定電壓和額定電流選擇具體型號。
三、LM317、LM337正負連續可調的雙電源的仿真分析
運行Multisim10，在繪圖編輯器中選擇變壓器、整流二極管、電阻、電容、電位器、三端可調穩壓塊LM317、LM337等元件，組成LM317、LM337正負連續可調的雙電源電路。
調整電位器R5、R6，可以連續調節輸出電壓的大小。
其仿真的電路用波形如下圖所示。
四、結束語
應用Multisim10仿真軟件進行仿真教學，設計的雙直流穩壓電源的電路具有結構簡單、電源利用效率高、輸出電壓噪聲小、穩定精度高、可靠性高等特點，可以滿足高精度形狀測量儀的電感測頭信號處理電路中運算放大器的高穩定性的雙電源需求，增強整個測量系統的工作穩定性，最大限度地減小電源引起的測量誤差，提高測量精度。在課堂上使模擬電子技術教學更形象、靈活，更貼近工程實際，達到幫助學生理解原理，更好地掌握所學的知識的目的。尤其適用于綜合設計性實驗項目，可有效克服傳統實驗與實驗室開放的局限。通過對雙直流穩壓電源的分析設計、仿真測試可以看出，利用Multisim的虛擬電子實驗平臺，能實時直觀地反映電路設計的仿真結果，驗證電路正確性，可縮短設計周期，提高設計成功率。
學生可據所學知識和能力，自選實驗內容，自行設計電路方案，進行電路分析，從而掌握電子電路的設計與仿真分析過程，對提高學生動手能力和分析問題、解決問題的能力、綜合設計能力和創新能力，具有重要的意義。
參考文獻：
穩壓電源設計原理范文5
北京工商大學計算機與信息工程學院 付 揚
【摘要】設計一種多路輸出的直流穩壓電源。通過對220V電網電壓進行降壓、整流、濾波，并以三端可調和固定輸出的集成穩壓器穩壓，得到多路電壓輸出。設計中依據Multisim仿真，通過不斷調試修改電路參數，取得了理想的設計效果。該電源可以滿足多種工作電壓系統的需求，并在實際中得到很好地使用，具有很強的實用價值。
【關鍵詞】Multisim仿真;穩壓電源;多路輸出
1.引言
在電子電路和電子設備中常常需要各種不同電壓的直流電源，但有些電源只有某一固定電壓輸出，或有些電源體積偏大，給一些便攜式電子產品及小型的電子系統使用帶來不變，基于此本設計研究一種多輸出便于攜帶的直流穩壓電源，它將電網交流電變為各種需要的直流穩壓電源。
為保證設計實現，電路基于Multisim仿真進行設計。Multisim是美國國家儀器公司推出的原理電路設計、電路功能測試的虛擬仿真軟件，它具有較為詳細的電路分析功能，可以設計、測試和演示各種電子電路。
2.設計任務及方案
設計多路輸出直流穩壓電源，即輸出±（1.25V～20V）任意可調電壓;輸出±12V電壓;輸出±5V電壓。
設計的直流穩壓電源由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩壓電路四部分組成，如圖1所示。其各部分主要完成的作用是：電源變壓器將交流電網電壓u1變為合適的交流電壓u2;整流電路將交流電壓u2變為脈動的直流電壓u3;濾波電路將脈動直流電壓u3轉變為平滑的直流電壓u4;穩壓電路清除電網波動及負載變化的影響，保持輸出電壓uo的穩定。
圖1 直流穩壓電源框圖
3.單元電路設計
3.1 變壓器降壓和整流電路
220V交流電首先要降壓，以得到合適的電壓值，其降壓和整流電路如圖2所示。根據設計任務，需要降壓電路具有2路輸出，電源變壓器可選一次輸入220VAC，二次輸出2個繞組均為20V，其A點仿真波形如圖3所示，圖中兩條曲線分別為輸入交流電壓波形和降壓后的波形，A點相位與輸入相同，B點相位與輸入相反。
圖2 降壓和橋式全波整流電路
圖3 輸入波形和A點降壓波形
利用整流二極管的單向導電性，將降壓后雙向變化的交流電變成單向脈動的直流電，常用的整流電路有單相半波整流電路與單相橋式整流電路兩種，本設計采用單相橋式整流電路，其仿真結果如圖4所示，圖中上面曲線為C點整流波形，下面曲線為D點整流波形。
圖4 整流電路仿真波形
設變壓器副邊電壓為：
（1）
整流輸出電壓平均值Uo：
（2）
由于每個周期內，D1、D4串聯與D2、D3串聯各輪流導通半周，所以每個二極管中流過的平均電流只有負載電流的一半，二極管截止時，每個二極管承受的最高反向電壓就是變壓器次級交流電壓u2的最大值。
3.2 濾波
整流輸出的直流電壓脈動分量比較大，為減小脈動，在整流電路之后加上濾波電路。本設計采用電容濾波，電容在高頻時容抗小，和負載并聯，從而達到減小紋波的目的，電容濾波電路如圖5所示。
圖5 整流濾波電路
若濾波電路負載開路，則輸出電壓為。接入負載后，其輸出電壓取決于時間常數RLC，RLC 越大，Uo越高，脈動越小，同時負載電流的平均值越大，整流管導電時間越短，二極管 iD的峰值電流越大，當時，工程上常?。?/p>
（3）
仿真波形如圖6所示，濾波后輸出電壓的脈動程度大大減少，而且輸出電壓平均值U0提高了，上面曲線是C點波形，此時C為10μF電容，下面近乎直線是D點波形，C為4700μF電容濾波波形。
圖6 10μF和4700μF電容濾波波形
3.3 穩壓電路
穩壓電路采用三端集成穩壓器，三端集成穩壓器只有三個引腳，即輸入端、輸出端、公共端。輸出電壓固定的三端集成穩壓器有正輸出（LM78××）和負輸出（LM79××）兩個系列，以上各型號中的××表示輸出固定電壓值，一般有5V、6V、8V、12V、15V、18V、20V、24V等8種。輸出電壓可調的三端集成穩壓器有LM317、LM117（輸出正電壓），LM337、LM137（輸出負電壓），其最大輸入電壓40V，輸出電壓范圍為⒈25～37V。
4.整體電路設計實現
整體電路設計如圖7所示，輸出±可調電壓由LM317和LM337的E、F輸出，其通過調節滑動變阻器RW，輸出電壓可調，其輸出電壓計算公式：
（4）
LM7812和LM7912輸出G、H分別為±12V，LM7805和LM7905輸出M、N分別為±5V，其正電壓E、G、M點輸出仿真如圖8所示，負正電壓F、H、N點輸出仿真如圖9所示，由仿真可見，實現了預期的設計。
圖7 多路輸出穩壓電源電路
圖8 分別為E、G、M點輸出電壓
圖9 分別為F、H、N點輸出電壓
5.結論
基于multisim的實現了直流穩壓電源的降壓、整流、濾波和穩壓設計，實現了多種穩壓輸出，其設計調試方便，達到理想設計。該設計已經使用到我們電子技能實訓的各種電子系統中，使用方便，效果很好。
參考文獻
[1]卞文獻，何秋陽.Multisim10仿真軟件在《模擬電子技術》理論課教學中的應用[J].電子世界，2012.13：162-163.
[2]雷躍，譚永紅.用Multisim10提升電子技術實驗教學水平[J].實驗室研究與探索，2009（4）：24-27.
穩壓電源設計原理范文6
電源是一切電子設備的基礎，沒有電源就不會有如此種類繁多的電子設備。中職學校電工電子專業的同學作為初學者首先遇到的就是要解決電源問題，否則電路無法工作、電子制作無法進行，學習就無從談起。
【關鍵詞】
直流穩壓電源 設計 優化 測評
【正文】
電子設備對電源電路的要求就是能夠提供持續穩定、滿足負載要求的電能，而且通常情況下都要求提供穩定的直流電能。另外，很多中職學校的電工電子專業初學階段首先遇到的就是要解決電源問題，否則電路無法工作、電子制作無法進行，學習就無從談起。下面我們就直流電源的基本設計問題進行探索。根據中職學生在校學習階段的實際需要，提出以下的設計任務和要求：
一、設計要求
1．輸出電壓可調：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. 穩壓系數：SV≤3×10-3
二、設計方案和論證
穩壓電源由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩壓電路四個部分組成，基本設計：
方案一：單相半波整流電路
傳統單相半波整流簡單，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較大，無濾波電路時，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多一倍，整流電壓脈動與全波整流相同，每個元件所承受的反向電壓為電源電壓峰值。根據實際情況，綜合3種方案的優缺點:決定選用方案二。
三、各電路設計和參數估算
整流電路采用橋式整流電路，電路所示。在u2的正半周內，二極管D1、D2導通，D3、D4截止；u2的負半周內，D3、D4導通，D1、D2截止。
在設計時，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，將電容器和負載電容并聯或電容器與負載電阻串聯，以達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。），穩壓電路可選集成三端穩壓器電路。
3．1集成三端穩壓器的選擇
三端可調式集成穩壓器內部含有過流、過熱保護電路，具有安全可靠，性能優良、不易損壞、等優點。其電壓調整率和電流調整率均優于固定式集成穩壓構成的可調電壓穩壓電源。LM317系列和lM337系列的引腳功能相同。
輸出電壓表達式為:
在式中，1.25是集成穩壓塊輸出端與調整端之間的固有參考電壓 ，此電壓加于給定電阻 兩端，將產生一個恒定電流通過輸出電壓調節電位器 ，電阻 常取值 。電路加入了二極管D，用于防止輸出端短路時10µF大電容放電倒灌入三端穩壓器而被損壞。
LM317其特性參數：
輸出電壓可調范圍：1.2V～37V
輸出負載電流：1.5A
輸入與輸出工作壓差ΔU=Ui-Uo：3～40V
能滿足設計要求,故選用LM317組成穩壓電路。
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，
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設計總原理圖，然后由軟件自動生成的元件清單。
2． 元件需要三極管、二極管、電解電容、電阻、穩壓管、電位器若干。
五、安裝與調試(使用Multisim10調試)
按PCB圖，制作好電路板。安裝時，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。模擬實驗中：
1. 電位器R2取最大值時，Uo=9.088V
2. 同理電位器R2取最小值時,Uo=2.983V
3. 電位器在0到10K之間，輸出電壓連續可調：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，穩壓器正常工作時，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 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，先使 ，交流輸入電壓為220V，用數字電壓表測量的電壓值就是Uo。然后慢慢調小 ，直到Uo的值下降5%，此時流經 的電流就是 ，記下 后，要馬上調大 的值，以減小穩壓器的功耗。當R5（RL）=20歐姆，Uo=8.78V, Io=438.979mA，同理Uo下降5%（8.332V）時，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Y通道輸入信號采用交流耦合AC），測量ΔUop-p
的值（約幾mV）。由示波器得出：ΔUop-p=106。845uV
3．穩壓系數的測量
按實際連接電路， 在 時，測出穩壓電源的輸出電壓Uo。然后調節自耦變壓器使輸入電壓 ，測出穩壓電源對應的輸出電壓Uo1 ；再調節自耦變壓器使輸入電壓 ，測出穩壓電源的輸出電壓Uo2。則穩壓系數為：
因為，在調試中，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，Uo=8.72V Ui=13.2V時，Uo=8.740V
所以，穩壓系數： =0.0022
結論：誤差在允許的范圍內，本設計已達到要求。