工程训练报告--直流稳压电源.docx

*题 目：直流稳压电源 学生姓名： xxxx 院 系： 电气信息工程系 专业年级： 2009级电子信息工程1班 指导教师： xxx 2013年1月目录摘要1前言1第一章 直流稳压电源设计任务及要求1第二章 系统的组成及工作原理52、1直流稳压电源的实现原理52、2直流稳流电源的实现原理9 2、3 DC-DC变换器的实现原理10第三章 设计程序11第四章 参考文献14摘要：该设计主要利用可调式稳压器LM317实现直流稳压电源的正负输出可调性。整个电源主要由变压器、整流电路、滤波电路，以及稳压电路几部分组成。其体积小，稳定性好且性价比较高。主要介绍其具体实现及原理，并分析具体硬件电路的工作原理及具体实现方法。结合单片机原理以及其他相关集成电路模块的相关原理实现了直流稳压电源的显示等具体功能。经反复实验，结果表明其具有灵活的可调性，控制效果良好。该电源可广泛运用于电力电子、仪表、控制等实验场合。引言：在电子线路的相关应用中，电源是其必不可少的部分，电源系统质量的优劣和性能的可靠性直接决定着整个电子设备的质量。直流稳压电源作为直流能量的提供者，在各种电子设备中有着极其重要的地位，它的性能良好与否直接影响到电子产品的精度、稳定性和可靠性。随着电子技术的日益发展，电源技术也得到了很大的发展，它从过去一个不太复杂的电子线路发展到今天具有较强功能的模块。人们对电源的质量、功能和性能要求也随之变得越来越高。本文介绍一种以可调式稳压器为核心组成的正负输出可调的直流稳压电源。该电源主要由电源变压器、单相桥式整流电路、滤波电路和稳压电路等部分所组成。单向交流电经过这几部分电路后即可转换成正负输出可调的稳定直流电压。在本电源设计中，不仅制作了实用的稳压电源，更是结合单片机原理、汇编语言等学科，提高电源的性能和功能，使电源设备功能更加完善，使用方便，显示直观。初步实现了电子产品的体积小、功能多、性能高、价格智能化等方面的功能。第一章 直流稳压电源设计任务及要求一、任务设计并制作交流变换为直流的稳定电源。二、要求1、基本要求（1）稳压电源在输入电压、电压变化范围条件下：a.输出电压可调范围为b.最大输出电流为1.5A；c. 电压调整率 （输入电压220V变化范围下，空载到满载）；d.负载调整率（最低输入电压下，满载）；e.纹波电压（峰-峰值）（最低输入电压下，满载）；f.效率（输出电压9V、输入电压220V下，满载）；g.具有过流及短路保护功能。（2）稳流电源在输入电压固定为+12V的条件下：a.输出电流：可调；b.负载调整率（输入电压+12V、负载电阻由变化时，输出电流为20mA时的相对变化率）；（3）DC-DC变换器在输入电压为条件下：a.输出电压为+100V，输出电流为10mA;b.电压调整率（输入电压变化范围）；c.负载调整率（输入电压+12V下，空载到满载）；d.纹波电压（峰-峰值）（输入电压+9V下，满载）；1、 发挥部分（1）扩充功能a.排除短路故障后，自动恢复为正常状态；b.过热保护；c.防止开、关机时产生的“过冲”；（1）提高稳压电源的技术指标a.提高电压调整率和负载调整率；b.扩大输出电压调节范围和提高最大输出电流值；（1）改善DC-DC变换器a.提高效率（在100V、100mA下）b.提高输出电压；（4）用数字显示输出电压和输出电流。第二章 系统的组成部分及工作原理一、直流稳压电源的实现原理本设计电路主要采用三端可调式集成稳压器LM317，构成正负输出可调的稳压电源电路。本电源电路的原理框图如图1所示，其主要由变压器、整流、滤波、稳压、等部分所组成。电路工作原理分析（1）电源变压器由于电源变压器的副边电压有效值将决定后面电路的需要，所以在此应选择输出电压有效值为12V的电源变压器。（2）整流部分 该设计采用单相桥式整流电路(桥式KBP307)。其由四只二极管组成，其构成原则就是保证在变压器副边电压u：的整个周期内，负载上的电压和电流方向始终不变。为达到这一目的，需要在Uz的正、负半周内正确引导流向负载的电流，使其方向不变，设变压器副边两端分别为a和b，则a为“+”b为“一”时应有电流流出a点，a为“一”b为“+”时应有电流流入a点；相反，a为“+”b为“一”时应有电流流入b点，因而a和b点均应接两只二极管，以引导电流，具体电路原理如图2所示。（3）滤波电路经过整流后的直流电幅值变化很大，会影响电路的工作性能。可利用电容的“通交流，隔直流”的特性，在电路中并人两个并联电容作为电容滤波器，滤去其中的交流成分。电容滤波电路是最常见也是最简单的滤波电路，在整流电路的输出端(即负载电阻两端)并联一个电容即构成电容滤波电路。滤波电容容量较大，因此一般均采用电解电容，在接线时要注意电解电容的正负极。电容滤波电路利用电容的充、放电作用，使输出电压趋于平滑。如果将两个滤波电容相连接，且连接点接地，就可同时得到输出电压平滑的正负电源。在理想情况下，变压器副边无损耗，二极管导通电压为零，所以电容两端电压相等。而当其上升到峰值后开始下降，电容便通过负载电阻放电，其电压也开始下降，趋势与电容两端电压基本相同。但是由于电容按指数规律放电，所以当其下降到一定数值后，电容将继续通过负载放电，电容两端电压按指数规律缓慢下降。总之，在电容充电时，回路电阻为整流电路的内阻，即变压器电阻和二极管的导通电阻，其数值很小，因而时间常数很小。电容放电时，回路电阻为RL，放电时间常数R。C通常远大于充电的时间常数。因此滤波效果取决于放电时间。电容愈大，负载电阻愈大，滤波后输出电压愈平滑，并且其平均值愈大。换言之，当滤波电容容量一定时，若负载电阻减小(即负载电流增大)，则时间常数RLC减小，放电速度加快，输出电压平均值即下降，且脉动变大。故在此选择一个滤波电容2200。输出电压的平均值U似蝴与放电时间常数RLC有关。RLC越大，电容器放电速度越慢，则输出电压所包含的纹波成分越小，U驭越大。为获得平滑的输出电压，一般取放电时间常数为：式中：T为交流电的周期，在滤波电路放电时间常数满足上式的关系时，可用下式对输出电压的平均值约为电容两端电压的12倍。滤波电路输出电压波形难于用解析式来描述，近似估算时，其波形近似为锯齿波，此时脉动系数S可按下式近似估算，其中T为电网电压的周期。当滤波电容选定后，输出电压平均值U0和输出电流平均值I0的关系称为输出特性，脉动系数S和输出电流平均值I0的关系称为滤波特性。电容滤波电路如图3（1）。输出特性和滤波特性如图3（2）所示。图3（1）电容滤波电路图图3（2）输出特性级滤波特性曲线表明，电容愈大电路带负载的能力愈强，滤波效果愈好；电流平均值愈大(即负载电阻的RL愈小)，电压平均值愈低，S的值愈大。为减小输出电压的脉动成分，采用的滤波电容器的容值越大越好，交流电源的频率越高越好。目前在计算机、电视机等电子设备中采用了高频整流电源，它的滤波电容的容量就比50赫兹工频交流电的滤波电容小得多。如果桥式整流电路变压器副边中点接地，就应将两个负载电阻相连接且连接中点接地。根据桥式整流电路的工作原理，当a点为“+”b点为“一”时，Dl、D3导通，D2、D4截止，U01=U2，U02=一U2；而当b点为“+”a点为“一”时，D2、D4导通，D1、D3截止，U01=一U2，U02=U2，这样两个负载上就分别获得正、负电压。若设变压器副边电压u2=U2sinwt，U2为其有效值。当u2为正半周时，电流由a点流出，经Dl、RL、D3流入b点，因而负载电阻RL上的电压等于变压器副边电压，即uo=u2，D2和D4管承受的反向电压为一u2。当u2为负半周时，电流由b点流出，经D2、RL、D4流入a点，负载电阻RL上的电压等于一u2，即uo=一u2，D1、D3承受的反向电压为u2。这样，由于D1、D3和D2、D4两对二极管交替导通，致使负载电阻RL上在u2的整个周期内都有电流通过，而且方向不变，则输出电压uo=| U2sinwt|。（3）稳压部分集成串联型稳压电路有三个引脚，分别为输入端，输出端和公共端，因而称为三端稳压器。按功能可分为固定式稳压电路和可调式稳压电路；前者的输出电压不能进行调节，为固定值；后者可通过外接元件使输出电压得到很宽的调节范围。便于实时控制，此设计采用可调式三端稳压器LM317。LM317可调式三端稳压器有三个引出端，分别为输入端、输出端和电压调整端(简称调整端)。调整端是基准电压电路的公共端，其典型值为125V。其典型线性调整率为0.01，负载调整率为0.1，80dB的纹波抑制比，其工作温度范围为o至+125。LM317可调式三端稳压依靠外接电阻来调节输出电压的，为保证输出电压的精度和稳定性，要选择精度高的电阻，同时电阻要紧靠稳压器，防止输出电流在连线上产生误差电压。为了减小电位器上的纹波电压，可在其上并联了一个lo的电容，由于电容容量较大，一旦输入端断开，电容将从稳蘸器输出端向稳压器放电，易使稳压器损坏，因此在稳压器的输入端和输出端之间跨接一个二极管，并置在输出短路时，曦套将向稳压器调熬端放电，并使调整管发射结反偏，为了保护稳压器，故加一个二极管。利用电容可以抵消输入线较长时的电感效应，以防止电路产生壹激振荡，其容量较小，一般小于1，故在此选择0.1。LM317可调稳压电路图:LM317是普通的可调集成稳压器，最大输出电流为2.2A，输出电压范围为1.2537V。电路图如下： 1，2脚之间为1.25V电压基准。为保证稳压器的输出性能，R1应小于240欧姆。改变R2阻值即可调整稳压电压值。D1，D2用于保护LM317。计算公式为：Uo=(1+R2/R1)*1.25详细资料可见LM317 datasheet。二直流稳流电源本电路的稳流电源模块采用了LM317集成稳压电源构成的可调式稳流电路，将上一级产生的12V稳定电压转换为输出端的4-20mA的稳定电流。由稳压源供电，仍然是依靠LM317的带隙电压，通过R3与RV2电阻的调节控制输出端电流，实现稳定输出可调电流的题目要求。三DC-DC converter定义：将一种直流电压变换成另一种(固定或可调的)直流电压的过程称为DC-DC 变换.DC to DC converters are important in portable electronic devices such ascellular phonesandlaptop computers, which are supplied with power frombatteriesprimarily. Such electronic devices often contain several sub-circuits, each with its own voltage level requirement different from that supplied by the battery or an external supply (sometimes higher or lower than the supply voltage). Additionally, the battery voltage declines as its stored power is drained. Switched DC to DC converters offer a method to increase voltage from a partially lowered battery voltage thereby saving space instead of using multiple batteries to accomplish the same thing.Most DC to DC converters also regulate the output voltage. Some exceptions include high-efficiencyLED power sources, which are a kind of DC to DC converter that regulates the current through the LEDs, and simple charge pumps which double or triple the input voltage.DC-AC-DC转换升压电路如图表7所示，这一电路依靠Q1、Q2、Q3组成的自激震荡电路，将直流电源输入的电能转化为交流电压，经变压器升压后再恢复为直流。此种电路结构简单，设计合理，且升压范围比较大，能够达到设计要求。详细资料可见模块化DCDC实用电路第三章 设计程序ADC0809模数转换并在数码管显示数据因proteus中ADC0809不能仿真，故用ADC0808代替。有关ADC0809的详细资料可见ADC0809 datasheet。程序：#includeunsigned char code dispbitcode=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f;unsigned char dispbuf4;unsigned int i;unsigned int j;unsigned char getdataV1 ;bit flag;unsigned int temp;sbit ST=P30; /启动信号 一个下下降沿sbit OE=P31;/OE=1的时候 取数据sbit EOC=P32; /判断是否转换完毕sbit CLK=P33; /时钟脉冲sbit P34=P34;sbit P35=P35;sbit P36=P36;/A B C 通道选择sbit P20=P20;sbit P21=P21;sbit P22=P22;sbit P23=P23; /数码管选择sbit P17=P17; /数码管的DPsbit K1=P26;sbit K2=P27;void TimeInitial();void Delay(unsigned int i);void TimeInitial() TMOD=0x10; TH1=(65536-200)/256; /0.2ms TL1=(65536-200)%256; EA=1; ET1=1; TR1=1; void Delay(unsigned int i) unsigned int j; for(;i0;i-) for(j=0;j125;j+); void Display() P1=dispbitcodedispbuf3;/P2=0X0E;P20=0;P21=1;P22=1;P23=1;Delay(5); P1=0x00; P1=dispbitcodedispbuf2;P17=1; /小数点/P2=0X0D;P20=1;P21=0;P22=1;P23=1; Delay(5); P1=0x00; P1=dispbitcodedispbuf1; / P2=0X0B;P20=1;P21=1;P22=0;P23=1; Delay(5); P1=0x00; P1=dispbitcodedispbuf0; /P2=0X07;P20=1;P21=1;P22=1;P23=0