直流稳压电源的设计

1、直流稳压电源电路的设计摘要: 如今电子及其电气自动化等高新技术在日益的发展，其中直流稳压电源起着十分重要的作用。本设计简单的介绍了直流稳压电路的设计以及利用LM317三端可调稳压器设计了一个简单的可调稳压电路，它包括了变压器、滤波电路、整流电路、稳压电路，并且简单介绍了LM317三端可调稳压器在LED显示电路中能替代限流电阻，这样的接法在驱动数目合适的LED上显示时，还是具有一定的优点。关键字：直流稳压电源电路； 稳压器； 可调稳压电源目 录引言11.变压器11.1变压器的定义11.2变压器的分类22.整流电路23.滤波电路44.稳压电路44.1稳压器LM31754.1.1芯片的介绍54.1.

2、2工作的原理54.1.3 LM317的参数及其性能指标54.2利用LM317稳压芯片制作可调稳压电路54.2.1MULTISIM的仿真64.2.2集成稳压器的自我保护原理84.2.3过流保护的原理85.稳压电路在LED显示器中的应用95.1LED的简介95.2 稳压电路设计在LED上的应用9结束语10参考文献10致谢1112引言 二十一世纪是一个电子科技时代，而电子的设备离不开电路，例如手机、电脑等电子产品必须在通电的情况下才能正常的工作。要使电子产品通电，它们内部必须有导通的电路，这些电子电路几乎都是直流稳压电路，由此可见直流稳压电源电路的设计在我们的生活中占有相当高的地位。并且这些电源电路

3、的设计也各不相同，大到超级计算机的电源电路，它有自己复杂的电源电路系统，通过这套电源电路系统，计算机的各部分才能够得到符合各种要求并且具有持续、稳定等优点的电源供应。小到袖珍计算器，此类计算器也有许多自己简单的电池电源电路，这些电池电源的供电电路，比较新型的电路完全具备了电池能量提醒以及掉电保护等高级功能。所以说我们进行电源电路的设计是为创造出其他一切电子设备而做的基础工作，也就是说电源电路的设计孕育了现在种类繁多的电子设备。试想，若是不存在这些设计，我们的生活会像今天这样多姿多彩吗？正因为是电子技术的这种特性，电子设备对电源电路的设计才要必须保证能够提供持续的、稳定的而且能够满足负载要求的电

4、能，另外，通常情况下都是要求能够提供稳定的直流电能。而直流稳压电源满足这些性能，因而对它的讨论时顺应时代发展和人民需求的必然举措。所以电源电路设计的关键在于对可调节的直流稳压电路的设计，因为它要满足在正常的工作情况下调节出不同的电压来满足大家需求。直流稳压电源有四类：电源变压器，整流电路，滤波电路，稳压电路。如图1：图1直流稳压电源1.变压器1.1变压器的定义 假如在同一骨架或铁芯上绕两个线圈就构成了一个变压器。在电子电路中，变压器是利用互耦线圈的原理来实现升压或降压功能，如果对于变压器一侧的线圈（初级线圈）施加一个变化的电压，在互感原理的作用下在线圈的另一侧（次级线圈）就会得到一个相应电压。

5、1.2变压器的分类 变压器的种类有很多，根据线圈之间使用的耦合材料的不同，我们可将变压器分为空芯变压器、磁芯变压器和铁芯变压器三种类型；按照工作频率的不同又可将变压器分为高频变压器、中频变压器、低频变压器和脉冲变压器四种类型。2.整流电路单相半波整流电路被称为最简单的整流电路，是由于其电路设计简单，含有比较少的二极管。因为它利用了交流电压的半个周期，即削掉半个周期，保留半个周期，才造就了这种输出电压低、效率低、交流分流大的电路。如图2：图2 单相半波整流 相对于电路简单，二极管数目少的单相半波整流电路而言，单相全波整流电路的电路就稍显复杂，二极管数目也增多。它的交流分量较小（即整流脉动较小）。

6、输出电压与滤波电路输出电压不同，与半波整流电路相比较，这种变压器的滤波利用率更高一些。单相桥式整流电路：单纯的单相半波整流电路有效率太低的特性，而这一特性致使它会在电路的应用中被淘汰。所以为了避免单相半波整流电路的缺点，再利用二极管单向导通的原理，利用四个二极管组成了像立交桥似得电路，这就是单相桥式整流电路。如图3，假设经过变压器变压作用后上端为正极，下端为负极，电流就会经由a点流向二极管V1，假定电流为在流过负载电阻，最后经过d点流入二极管V3，电流变为为。当交流电在周期内变换方向时，线圈变压器也就会改变电流的方向，此时就和上述的相反。上端为负极，下端为正极，电流会从正极流过两个二极管和负载

7、电阻最后到达负极。因为二极管是单向导通，所以应该将两个二极管的阴阳两极分别连接a点，b点也是如此，如图3，这样就充分利用了交流电改变方向也不会导致电路的效率降低。这就是单相桥式整流电路。图3 单桥整流电路电路的工作原理：如果设变压器副边电压的有效值为,那么它的瞬时值为。假设的上半端为正极，电流从a点流出，经过二极管和负载电阻，由于二极管的压降作用非常的低，所以，电流最后再经过第二个二极管流入b点，这就是半个周期的输出电压。当交流电变换方向时，电流会流向与，相反的二极管，由于方向不同，所以有不同的负载电压，。得到如下波形如图4：图4 单桥整流波形图综上，由于，和，在电流方向改变时依然能够导通，也

8、就是说电阻RL在整个周期内都有方向不变的电流流过，所以输出电压。 3.滤波电路 交流电通过整流电路整流后仍然不能用，整流电路只是将交流电转化为直流电，且该直流电的大小等于，所点不能直接用来给电子设备供电。所以说滤波就是把这种直流电转化成可以给电子设备供电的电源。也就是说滤波就是把整流电路输出电压中波动的部分改造成了接近于稳恒平滑的直流电。针对这个问题我们设计了滤波电路。我们初步把滤波电路分为两类：电容滤波和电感滤波。电容滤波是利用电容两端的电压不能突变的特性，而电感滤波则是由于交流电感的电流不可以突变的特性。利用滤波电路会尽可能的变为电源电流。图5为电容滤波电路，将滤波电容与负载电阻RL并联后

9、，就可以起到滤波的效果。这样输出电压就变得平滑，达到了直流电源用电的要求，而且输出的电压平均值也会随之增大。的大小与滤波器件电容C及负载电阻的R大小有关，C的容量一定时，RL越大，C由于放电常数大，放电就很慢。放电越慢，就会越大。当 RL开路时，。为了使滤波效果理想化，一般取，其中，T为输入交流电压的周期。这时候输出电压的平均值可以近似为 。图5 单相滤波电路4.稳压电路 最简单的稳压电路是由稳压二极管和限流电阻R构成的。其工作原理是随着电网的电压的升高，稳压电路的输入电压也会随之而增大；因为，根据稳压管伏安特性，的增大将会使的急剧增大，由于，一定会随着急剧增大，会同时随着而急剧增大，由于，的

10、增大会使输出电压减小。所以需要稳压电路通过限流电阻R上的电压的变化来抵消的变化，即，这样就能使保持基本不变。4.1稳压器LM3174.1.1芯片的介绍 LM317作为一种串联型集成稳压器它的使用非常的广泛，经过简单的电路设计就可以作为直流稳压电源。之所以能够得到广泛的实际应用，是因为这种可调稳压器在稳压精度、过流电路保护等方面能够达到需求者的理想要求。4.1.2工作的原理稳压器的输出电压公式为。仅仅从公式来看，电阻R1、R2可为任何值，但是随意设值却是不对的。首先稳压块的输出电压变化范围是，所以R2/R1的比值范围只能是。其次是LM317稳压器调整端有最小稳定工作电流为的电流值，由于型号不同其

11、值也就会不同，但是最大不超过。电流小于1.5时，电路不能正常工作，超过5时，器件就会损坏。4.1.3 LM317的参数及其性能指标 此芯片是集成稳压芯片，它的作用是正电压调压器，它的额定电压选择仅仅需要一个电阻性的分压器，十分简单。它的特性： (1) 输出电压范围:到 (2) 输出电流可超过 (3) 的输入和负载调节率 4.2利用LM317稳压芯片制作可调稳压电路改变和的比值可使输出电压在之间连续可变。普通用电为220V的交流电压经过变压器降压，再经过整流电路后得到了直流电压，直流电压最后通过滤波电路输入到集成稳压器的输入端这样就可以使集成稳压器的输出端得1.2V-37V的电压。如图6：图6

12、可调稳压电路图4.2.1MULTISIM的仿真图7 电路仿真连接图图8 输出电压示波器仿真图图9 输入电压示波器仿真图4.2.2集成稳压器的自我保护原理 本电路中为了得到比较高精度的电压值，可在调节端R5电阻两端并联一个的电容，这样就能够减少输出端的纹波，同时提高电压值的精度。若把输出电压调节为1.25V，且负载的电压滞后，LM317稳压器可能出现自激振荡，所以可在稳压器的输入端接入的电容，输出端接入的电解电容，这样可以防止自激振荡的发生并且可以减小高频噪声和改善负载的瞬态响应。当输入端短路时，可在稳压器输入端和输出端并联一个续流二极管为，通过放电，保护了稳压器。4.2.3过流保护原理图6为分

13、流式过流保护，电阻为采样电阻。当负载上的电流小于或者等于额定输出电流时，在上产生的压降就会较小，三极管的集电极没有电流流入，始终处于截止状态，电源能够正常的工作，稳压器的输出端输出正向直流电压。当输出电流超过额定电流时，上的压降就会随着输出电流的增加而增加，三极管就会处于导通状态，那么和三极管形成的分流电路就为负载分流，使负载电流降低，达到了过流保护的目的。5.稳压电路在显示器中的应用5.1 LED的简介 发光二极管，英文简写为，在低电流工作的情况下具有损耗功率小，光输出反应快的特点，并且具有体积小，抗冲击和抗震性能好以及可靠性高和寿命长等诸多优点，所以在数字仪表、数控装置、计算机中有广泛的用

14、途.由一个结组成，具有单向导电性的特点，电流就越大，发光的亮度就会越强。的发光颜色与它的材料有关。型号不同，它的额定电压和工作电流也会不同。显示器分为数码管和符号管,共阴极和共阳极就是数码管的两种最常用的种类。5.2 稳压电路设计在上的应用 不管显示电路是什么组合结构，要达到既能显示亮度适中，又能够做到不损坏原器件，就需要在驱动电路和每个之间加上限流电阻。电阻的阻值是电路中各个器件的值共同决定，例如二极管的管压等。但是这样做的缺点就是当二极管比较多的情况下会使电路变得更加复杂，生产商制作起来也会麻烦，同时增加功耗。还可以根据显示管的动态显示还是静态显示接不同的电阻，如果利用这种接法达到了减少了

15、限流电阻数目,但同时会造成数码管亮度不稳的现象,甚至不够亮的现象。实际应用中如果要达到LED全亮或者部分亮的效果是，这种接法就不行了。这种接法会出现显示管的亮度不均匀的现象，因为由于电阻的接法时二极管中的电流不稳定或者过大，最严重时可能烧坏原器件，发生火灾。然而，可调直流稳压电路就可以代替多个限流电阻，这样不仅电路简单，还能够能解决数码管亮度不稳定的问题。例如用稳压器作为限流电阻驱动数码管，为了使数码管能够长期工作，可以在稳压器上装一块散热片，能够起到散热的作用。 并不是在任何情况下都可以用直流稳压器代替限流电阻的，实际应用时还要考虑与显示器的匹配问题。如果数目太少，用这种方法就可能造成电流过

16、大烧坏显示器。但是发光二极管的数目过多的话，流过它的电流也就会降低，就会出现亮度太暗，甚至不显示的现象。实际应用时，直流稳压器能驱动多少二极管，应该根据可调直流稳压器的输出电流的范围和二极管的工作电流范围计算得出最后的选择，就是说所选取的二极管工作电流之和应小于的输出电流范围之内，如果电流过大还要更换驱动能力大的驱动电路。把二极管组装有规律的灯光矩阵，再经过单片机编程，可以显示各种灯光图案。如果用可调直流稳压器代替多个灯段的限流电阻，例如稳压器，显示效果十分理想，但是利用稳压器替代二极管中的限流电阻只适合共阳极接法。图10 LM317稳压器代替限流电阻结束语 直流稳压电源在很多方面都有着重要作

17、用，经过自己的努力利用三端可调稳压芯片设计的小型可调稳压电路，在此期间，我感谢我的论文导师马孟森老师给予我的帮助，帮我分析解决问题，使我进步。每一步前进都能让我学到更多的知识，学会了自己独立研究，我很高兴，虽然不是完美的，但我内心很是欣慰。参考文献：1陈大钦.电子技术基础实验M.北京：高等教育出版社，2000.98，87.2童诗白,华成英.模拟电子技术基础M.北京：高等教育出版社，2006.3秦曾煌.电工学M. 北京: 高等教育出版社, 1999.4穆兰.单片微型计算机及接口技术M.北京：机械工业出版社，1997.5王增福，魏永明.新编线性直流稳压电源M.北京：电子工业出版社，2005.6余道

18、衡，徐承和.电子电路手册M.北京：化学工业出版社，1996.7王岚.机电接口技术M.北京:中央广播电视大学出版社,2003.8"LM317 3-Terminal Positive Adjustable Regulator. "Fairchild Semiconductor Crop.June 2005.9Rentyuk .Vladimir . "The simple Temperature-Stabilized Constant-Current Source , "Electronics Wold .November.2006.10"LM350

19、 3-Terminal 3A Positive Adjustable Voltage Regulator ."Fairchild Semiconductor Crop.2001.11 Adel SSedra and KennethSmithMicroelectronic CircuitsMOxford university press, 199812 Tiina Havana.2003 April.Communication in the Software Vulnerability Reporting Process.M.A.thesis.University of Jyvaskyla,J2002,3(7):33-37.致谢 此次毕业设计能够完成，我首先要感谢马老师，在本设计进行的自始至终，都得到了老师的耐心细致的指导，在马老师的辛勤指导下，使我纠正了在设计和制作中出现的一些问题，并且精益求精趋于完美。其次我还要由衷的感谢我的父母对我的支持，他们用自己的方式给了我莫大的鼓励，父母用无言的爱教会了我人生的真谛。最后我还要感谢我的舍友们，他们不仅在毕业设计