简易直流稳压电源

简易直流稳压电源简易直流稳压电源 摘要摘要：系统由 直流稳压电源部分、数控部分及显示部分组成，电源输出由不可调直流电压 -12V 和以 0.01V 为步进的 0V～+12V 可调直流电压两路组成。其中直流稳压电源的可调部分电路利用LM317 和电压补偿电路较 好的解决了输出电压从 0V 起调到 12V。另外核心部分为：采用数字电路实现输出电压的控制。采用加减计数 器，通过加减键实现加计数或减计数。 将计数器的输出通过开关管驱动继电器的电磁线圈， 通过继电器的动作 实现电压检测电阻的切换，实现输出电压的控制。同时通过计数器和译码-驱动器，最终电压值显示到数码管 组上。 关键字关键字：整流；滤波；稳压；数控；可调；显示 1 1 设计要求设计要求 主要技术指标与要求 1. 输出电压12V； 2. 输出电流 400mA； 3. 输出电压数字显示，显示精度优于 4. 输出电压在 0～12V 之间连续可调。 发挥部分 1 电压调节方式为：以 0.01V 为步进加或减； 2 通过按键对可调电压输出一路进行预置数，0V～12V 的整数电压值可作为预置数。 0.1％。 2 2 整体方案设计整体方案设计 2.12.1 设计思路设计思路 直流稳压电源一般由电源变压器、整流滤波电路、及稳压电路组成，其基本原理框图如图2.1 所示。 （1）首先选用合适的电源变压器将电网电压降到所需要的交流电源。 （2）降压后的交流电压， 通过整流电路整流变成单项脉动直流电压。 直流脉动电压经过滤波电路变成平滑的、 脉动小的直流电压，即滤除交流成分，保留直流成分，滤波电路一般有电容组成，其作用是把脉动直流电压中 的大部分纹波加以滤除，以得到较平滑的直流电压。 word 文档 可自由复制编辑 （3）稳压电路：稳压电路的作用适当外界因素（电网电压、负载、环境温度）发生变化时，能是输出直流电 压不受影响而维持稳定的输出。 图图 2.12.1 直流稳压电源基本原理框图直流稳压电源基本原理框图 2.22.2 总体方案论证与选择总体方案论证与选择 该系统总体方案设计主要在可调电压输出部分，其要求是输出电压从0V 开始连续可调。因此，以下主要对三 种方案进行论证与选择 方案 1： 晶体管串联式直流稳压电路。电路框图如图 2 所示，该电路中，输出电压经取样电路取样后得 到取样电压，取样电压与基准电压进行比较得到误差电压， 该误差电压对调整管的工作状态进行调整， 从而使 输出电压发生变化， 该变化与由于供电电压发生变化引起的输出电压的变化正好相反， 从而保证输出电压为恒 定值（稳压值）。因输出电压要求从0V 起实现连续可调，因此要在基准电压出设计辅助电源，用于控制输出 电压能够从 0V 开始调节。 图图 2.22.2方案方案 1 1————串联式稳压电路的框图串联式稳压电路的框图 word 文档 可自由复制编辑 单纯的串联式直流稳压电源很简单， 但增加辅助电源后，电路比较复杂，由于都采用分立元件，电路的可 靠性难以保证。 方案 2：采用三端可调集成稳压器电路。它采用输出电压可调且内部有过载保护的三端集成稳压器，输出 电压调整范围宽，设计一电压补偿电路可实现输出电压从0V 起连续可调。该电路所用器件较少，成本低 且组装方便、可靠性高。 电压连续可调可通过与稳压器相连的可调电阻来实现。 而改变该电阻有两种方法： 一种是采用滑动变阻器 的方式，另一种则通过数字电路控制一个电阻网络， 使相应电阻按要求接入电路。 考虑到后者可以使本系 统的设计与模数电相结合， 且有以步进方式连续调节电压并实时显示的优势， 故采取数控方式。 其主要特 点在于使用一套加减可逆十进制计数器完成控制功能、 十进制计时器通过译码后驱动数码管显示输出电压 值。框图如图 3 所示。 图图 2. 32. 3 方案方案 2 2 的框图的框图 word 文档 可自由复制编辑 方案 3：此方案的控制部分采用单片机，输出部分不再采用调整管或稳压器方式，二十载D/A 转换之后， 经过问低昂的功率放大得到输出电压。 采用单片机编程， 一定程度上增加了系统的灵活性。 此方案框图如 图 4 所示。 图图 2. 42. 4方案方案 3 3 的框图的框图 该电源稳定性好、精度高，且能够输出可调的直流电压，其性能由于传统的可调直流稳压电源， 但是电路比 较复杂，成本较高，适用于要求较高的场合。在实际中，多为对电路要求不太高的情况，故采用第二种设计方 案。 3 3 单元电路的方案选择与论证单元电路的方案选择与论证 3.13.1 整流电路模块整流电路模块 该模块主要利用二极管的单向导电性组成整流电路， 将交流电压变换为单方向脉动电压。 实现方法主要有以下 三种。◆方案一：单相半波整流电路 （（a a）电路图）电路图 word 文档 可自由复制编辑 U2U0Ud tt t （（b b）波形图）波形图 图图 3.13.1 单相半波整流电路单相半波整流电路 在变压器次级电压 u2 为正的半个周期内（如图 3.1（a）中所示上正下负），二极管导通，在 RL 上得到 一个极性为上正下负的电压；而在 u2 为负的半个周期内，二极管反向偏置，电流基本上等于 0。所以在负载 上的电压的极性是单方向的（如图 3.1（b）所示）。正半周内 Uo=U2，Ud=0；负半周内 Uo=0。Ud=U2。 由此可见，由于二极管的单向导电作用，把变压器次级的交流电压变换为单向脉动电压，达到了整流的目的。 其优点是结构简单，使用的元件少，但也有明显的缺点：输出电压脉动大，直流成分比较低；变压器有半 个周期不导电，利用率低；变压器含有直流部分，容易饱和。只能用于输出功率较小，负载要求不高的场合。 ◆方案二：单相全波整流 (a)(a)电路图电路图 U2IoUo OtOt O (b)(b)波形图图波形图图 3.23.2 全波整流电路全波整流电路 word 文档 可自由复制编辑 全波是利用具有中心抽头的变压器与两个二极管配合， 使两个二极管在正、 负半周轮流导电， 而且二者流 过 RL 的电流保持同一方向，从而使正、负半周在负载上均有输出电压。电路如图3.2（a）所示。 正半周内 D1 导通，D2 截止，在负载 RL 上得到的电压极性为上正下负；负半周内，D1 截止，D2 导通， 在负载上得到的电压仍为上正下负，与正半周相同。全波整流波形如图3.2（b）。全波整流的输出电压时半波 整流的两倍，输出波形的脉动成分比半波整流时有所下降。 全波整流电路在负半周时二极管承受的反向电压较高，其最大值等于 半时间通过电流，所以变压器利用率不高。 ，且电路中每个线圈只有一 ◆方案三：单相桥式整流 单相桥式整流电路如图 3.3（a）。由图可见，U2 正半周时 D1、D4 导通，D3、D2 截止，在负载电阻RL 上形成上正下负的脉动电压；而在U2 负半周时，D2、D3 导通，D1、D4 截止，在RL 上仍形成上正下负的脉 动电压。如果忽略二极管内阻，有Uo≈U2 。桥式整流电路波形如图3.3（b）所示。正负半周均有电流流过负 载，而且电路方向是一致的，因而输出电压的直流成分提高，脉动成分降低。 单相桥式整流电路主要参数：输出直流电压 反向峰值电压 U。 ,脉动系数 S，二极管