1、合肥通用職業技術學院畢業論文（設計)題目 直 流 穩 壓 電 源 設 計 教 學 系 信息工程系 專業班級 自動化1002 學生姓名 汪楠 學生學號 06100226指導教師 何 目錄1 前言12總體方案設計22。1 方案一22.2 方案二32.3方案選擇43單元模塊設計53.1單元模塊功能介紹53.1。1輔助電源部分設計53。1.2主要電源部分設計63。1。3保護電路部分設計73.1.4繼電器驅動部分設計73。1.5輸出電壓比較部分設計83.1。6編碼譯碼部分設計93.2電路參數計算103。3特殊器件介紹：113.4各單元模塊連接164系統功能175設計總結17【參考文獻】186 系統原理圖

2、191 前言 可以說，有電器的地方就有電源。所有的電子設備都離不開可靠的電源為其供電?，F代電子設備中的電路使用了大量的半導體器件，這些半導體需要幾伏到幾十伏的直流供電，以便得到正常工作所必需的能源。這些直流電源有的屬于化學電源，如采用干電池和蓄電池,但這些不能持久性的供電.大多數電子設備的直流供電方法都是將交流電源經過變壓、整流、濾波、穩壓等變換為所需的直流電壓。完成這種變換任務的電源成為“直流穩壓電源”?，F代電子設備中使用的直流穩壓電源有兩大類：線性穩壓電源和開關性穩壓電源。線性穩壓電源亦稱串聯調整式穩壓電源。它的穩壓性能好，輸出紋波很小，缺點是需要使用體積和重量都比較大的工頻變壓器,而且穩

3、定效率較低。開關型穩壓電源效率高,體積小,重量輕，缺點是輸出的紋波及產生的電磁干擾比較大.開關電源和線性電源的成本都隨著輸出功率的增加而增長，但二者增長速率各異.通常，當輸出功率較小時，線性電源的成本較低。但是，當線性電源成本在某一輸出功率點上時,反而高于開關電源,這一點稱為成本反轉點.本設計就是針對線性穩壓電源，只是對普通穩壓電源進行一些增加，使穩壓電源更智能化更安全。該電源主要在普通電源后增加一個LED數碼顯示電路、過電流保護電路和自動換檔電路。2總體方案設計2。1 方案一該方案是通過變壓器變壓,再經過整流電路、濾波電路進而將交流電變為直流電，在通過穩壓器的穩壓得到較穩定的電壓,由于穩壓器

4、當輸入電壓固定時只能在它的電壓差范圍內調節輸出電壓,、所以要在調出電壓差的范圍時自動調檔，這是通過兩個比較器將輸出電壓和基準電壓進行比較,再通過計數器的計數功能控制繼電器控制器的輸入情況來判斷輸出電壓的大小在哪個范圍，然后進行自動調檔。最后將穩壓器的輸出電壓流經保護電路,最后輸出。如圖2.1。變壓器整流濾波穩壓保護電路兩個比較器交流電220V/50HZ計數器繼電器控制器圖2。1在橋式整流電路中，每個二極管都只在半個周期內導電，所以流過每個二極管的平均電流等于輸出電流的平均值的一半，即 。電路中的每只二極管承受的最大反向電壓為 (U2是變壓器副邊電壓有效值)。在設計中，常利用電容器兩端的電壓不能

5、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=(1.11.2)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。原理電路見圖2.1。1圖2。1.12。2 方案二 該方案也是通過變壓器變壓，再經過整流電路、濾波電路進而將交流電變為直流電，在通過穩壓器的穩壓得到較穩定的電壓，主要是自動換檔這一單元有所改變，該方案的這一單元的原理是:將穩壓器輸出的電壓通過六個比較器和基準電壓進行比較，將得出的結果通過編碼器、譯碼器得出有效的二進制碼,接著通過繼電器控

6、制器控制繼電器自動調節檔位。最后將穩壓器的輸出電壓流經保護電路輸出,如圖2.2。交流電220V/50HZ變壓器整流濾波繼電器控制器穩壓保護電路六個比較器編碼器譯碼器 圖2.2 2.3方案選擇方案一的優點在于所用的器件較少,但由于用計數器給繼電器控制器有一個缺點:當電源一開始就往下調，要是不置數的話,往下就不能計數,但如果置數的話,在方案上有點困難；方案二雖然元器件多點但它能完整的完成自動調檔功能，并且思路簡單明了,容易讓人理解并不會出什么錯誤,元器件又好解決。所以我選用第二中方案。3單元模塊設計3。1單元模塊功能介紹3。1.1輔助電源部分設計 該部分的功能是提供主要電源部分所使用的芯片的驅動電

7、壓和用來作為基準電壓。 圖3.1。1 輔助電源+5V該電源提供穩定的直流電源+5V，它的主要功能是提供給比較器、譯碼器和編碼器的驅動電壓+5V。如圖3。1.1。 圖3。1。2 輔助電源+12V該電源提供穩定的直流電源+12V，它的主要功能是提供給2803驅動電壓+12V和提供比較器的基準電壓.如圖3。1。2.該電源主要通過整流、濾波和穩壓三部分構成,起部分功能如下：橋式整流電路：在U2的正半周，a點的電位高于b點的電位,D1、D3導通，D2、D4截止，電流自a端經D1,RL和D3回到電源的b端;在U2的負半周，b點的電位高于a點的電位，D2、D3導通，D1、D3截止，電流自b端經D2、RL和D

8、4回到電源的a端。與半波整流電路相比，在U2、RL相同條件下，輸出的只電流、電壓都提高一倍；電流脈動程度減小；變壓器在正、負半周都有對稱的電流流過，既得到充分利用,又不存在單磁化的問題，但需要4個整流二極管，線路稍復雜。與全波整流相比,雖然多用了2個整流二極管，但反向耐壓低了一倍,變壓器次級少了一圈,綜合成本低于全波整流電路。電容濾波電路電容濾波電路的特點:（1)電流的有效值和平均值的關系與波形有關，在平均值相同的情況下，波形越尖，有效值越大。在純電阻負載時，變壓器副邊的有效值I2=1.11IL，而有電容濾波時I2=（1。52）IL。（2）負載平均電壓VL升高，紋波（交流成分）減小，且RLC越

9、大，電容放電速率越慢,則負載電壓中的紋波成分越小，負載平均電壓越高。為了得到平滑的負載電壓,一般取RL*C（3-5)T/2（式中T為電源交流電壓的周期).(3）負載直流電壓隨負載電流增加而減小。VL隨IL的變化關系稱為輸出特性或外特性，如圖所示。電容濾波電路簡單,負載直流電壓VL較高,紋波也較小，它的缺點是輸出特性較差，適用于負載電壓較高，負載變動不大的場合.3。1.2主要電源部分設計圖3。1.3可調電源部分該部分通過三端可調集成穩壓器實行對電壓的調節,當調節電位器R2時，電壓就會隨著電阻的阻值變化而變化。3.1.3保護電路部分設計圖3.1。4 保護電路如圖3.1。3,該保護電路采用場效應管的

10、功能,其工作原理如下：當電源輸出短路時，場效應管VT2的柵源極變成等電位而導通，其漏源極就會分去調整管VT1的基極電流達到減小調整管導通過電流的作用，R2為場效應管柵極的保護電阻。選用場效應管時應使其導通電壓降（漏源極間的電壓）小于調整管發射結導通電壓降。3。1。4繼電器驅動部分設計 圖3。1.4繼電器驅動該部分的設計主要利用繼電器的特殊功能：當繼電器兩端有電壓時，繼電器則導通，反之繼電器就斷開.繼電器用2803芯片驅動,如圖3.1.4所示，可知A，B兩端接到整流部分，2803輸入端接譯碼部分。當譯碼信號傳給2803時,它即將判斷那端輸出高電平，接到這端的繼電器導通，即與變壓器的一檔位接通，起

11、到換擋作用. 3。1。5 輸出電壓比較部分設計 圖3.1。6 電壓比較該部分的原理主要是利用對輸出電壓與基準電壓進行比較從而判斷輸出電壓在哪個范圍，由此得出比較信號，將它傳給編碼器編碼。如圖3。1。5可知，六個比較器的輸出端接編碼器，輸入端接的基準電壓.此基準電壓是通過+12V的輔助電源供給的.比較器的原理是:當輸入電壓比基準電壓高時輸出高電平，而當輸入電壓比基準電壓低時則輸出低電平。3。1.6 編碼譯碼部分設計 圖3。1。7 編碼譯碼 如圖3。1。6所示,編碼器的輸入端接比較器的輸出端，在此編碼器通過對輸入信號的編碼并傳給譯碼器,通過譯嗎器的譯碼將輸出信號傳給2803控制繼電器。3。2電路參

12、數計算3。2。1輔助電源參數計算1.因為Vi-Vo=2。5V，所以+5V穩壓電源Vi應大于2。5V+5V=7。5V，+12穩壓電源Vi應大于2。5V+12V=14.5V。2。因為Vi=(1.11.2）Vj，所以Vj=Vi/（1.11。2）.那么+5V穩壓電源Vj6。25V, +12穩壓電源Vj12。08V。3.考慮到電解電容并不是非常大，穩壓輸出的穩定，+5V穩壓電源交流電壓應大于6.6V，+12穩壓電源交流電壓應大于12。6V.4.因為二極管有正向壓降，+5V穩壓電源交流電壓應大于6。6+0。7×2=8V，+12穩壓電源交流電壓應大于12。6+0。7×2=14V.5.考慮

13、到交流電源電壓的波動，在市網電壓為200V時也能正常工作，則有200/220+Vj,所以+5V穩壓電源交流電壓應大于8。8V,+12穩壓電源交流電壓應大于14。8V。6。交流變壓器副邊應選取的電壓為：+5V穩壓電源交流電壓為9V，+12V穩壓電源交流電壓為15V.3.2。2主要電源參數計算1。ViVo2.53V且ViVo40V。2.Vo=Vre（1+R2/R1）+Iadj×R2,其中Vre=1.25，Iadi=100uA非常小可以忽略，所以Vo=1.25（1+R2/R1）。3.R2的取植范圍為120240歐姆之間.4.1.25VVo37V,電流小于1。5A，保護電流為2。2A，最大耗

14、散功率為20W。3。2.3元器件的選擇1。假設負載電流為500mA,電源電壓的頻率為50HZ,則T=0.02S，電容C【（35）T/2】/RL，耐壓植應大于1。42×Vj,即1.42×Vj×250/220。（250/220為市網電源電壓過高時的情況）當輸出電壓為5V時C30005000uF，耐壓值應大于14.5V.當輸出電壓為12V時C12502083uF,耐壓值應大于24。1V。2。二極管應承受的最大反向電壓均為V2的最大植，即Vrm=1。414V當輸出電壓為5V時，二極管承受的電壓為1。414×9=12.726V當輸出電壓為12V時，二極管承受的電壓

15、為1.414×15=21.21V。3。3特殊器件介紹：LM317器件介紹它的內部電路有比較器、偏置電路（圖中未畫出）、恒流源和帶隙基準電壓Vref等，它的公共端改接到輸出端，器件本身無接地端。所以消耗的電流都從輸出端流出，內部的基準電壓(約1.2V）接至比較放大器的同向端和調整端之間。若接上外部的調整電阻R1、R2后,輸出電壓為V0=Vref+(Vref/R1+Iadj）R2=Vref（1+R2/R1)+IadjR2LM317的Vref=1。2V,Iadj=50uA,由于調整端電流IadjI1,，故可以忽略，上式又可簡化為 VO=Vref(1+R2/R1)ULN2803器件介紹I1I

16、2I3I4I5I6I7I8O1O2O3O4O5O6O7O810000000011111110100000010111111001000001101111100010000111011110000100011110111000001001111101100000010111111010000000111111110當輸入段IN1為高電平，其余為低電平時，輸出端OUT1為低電平,其余威高電平,以此類推，輸入端為高電平時，對應的輸出端為低電平,以此就可以控制變壓器的檔位。CD4208編碼器 原理圖編編碼器該編碼器有8個信號輸入端,3個二進制碼輸出端。此外，電路還設置了輸入使能端EI，輸出使能端EO和

17、優先編碼工作狀態標志GS。當EI=0是編碼器工作；而當EI=1時，則不論8個輸入端為何狀態，2個輸出端均 74148優先編碼器為高電平，且優先標志端和輸出使能端均為高電平，編碼器處于非工作狀態。這種情況被稱為輸入低電平有效，輸出高電平有效的情況。當EI為0，且至少有一個輸入端有編碼要求時，優先編碼工作狀態標志GS為0，表明編碼器處于工作狀態,否則為1。由功能表可知，在8個輸入端均無低電平輸入信號和只要輸入0端有低電平輸入時，A2A1A0均為111，出現了輸入條件不同而輸出代碼相同的情況,這可由GS狀態加以區別,當GS=1時，表示8個輸入端均無低電平輸入，此時A2A1A0=111為非編碼輸出;G

18、S=0時，A2A1A0=111表示響應輸入0端為低電平時的輸出代碼。 輸入 輸出EI01234567A2A1A0GSEOH××××××××HHHHHLHHHHHHHHHHHHLL×××××××LLLLLHL××××××LHLLHLHL×××××LHHLHLLHL××××LHHHLHHLHL×××LHHHHHLLLHL××LHHHHHHLHLHL×LHHHHHHHHLLHLLHHHHHHHHHHLH功能表 3.4各單元模塊連接輔助電源部分主要電源部分繼電器驅動部分保護電路部分電壓比較部分編碼譯碼部分主要電源部分提供可調穩定電壓，通過自動控制部分控制主要電源部分的電壓檔位，再通過保護電路部分保護電路的可靠性,當電路過流時可以起到保護作用.其中輔助電源部分則是提供自動控制部分和保護電路部分所用到的芯片的驅動電壓.4系統功能可以輸出穩定的直流電壓；精度高且在調節范圍內連