电子电路CAD课程设计基于protues的可调直流稳压电源设计

1、题实科救J:孽乂FAN UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY电控学院电子电路CAD（程设计题 目： 利用 Proteus 实现直流稳压电源仿真院（系）：电气与控制工程学院专业班级：12级测控技术与仪器02班姓名：梁培煜学号: 1206070216指导教师：咎宏洋 彭倩2015年1月9日利用 Proteus 实现直流稳压电源仿真1 . 功能要求与技术指标1.1 功能要求直流稳压电源的作用是通过把 50Hz的交流电变压、整流、滤波和稳压从而使电路变成恒定的直流电压，供给负载，设计出的直流稳压电源应不以电网电压的波动和负载的变换而改变。所以本设计应包含电源变压器、

2、整流电路、滤波电路、稳压电路四个部分组成。1.2 技术指标基本要求：短路保护，电压可调。若用集成电路制作，要求具有扩流电路。输出电压调节范围：0-29V 可调；最大输出电流：1.5A；输出电阻Ro：小于1欧姆。其他：纹波系数越小越好（5%Vo ） ，电网电压允许波动范围（10% ）2 . 工作原理直流稳压电源是将频率为50Hz、有效值为220V的单相交流电压转换为幅值稳定、输出电流为几十安以下的直流电源，其基本组成直流稳压电源的输入为220V的电网电压，一般情况下，所需直流电压的数值和电网电压的有效值相差较大，因而需要通过电源变压器降压后，再对交流电压进行处理。变压器副边电压有效值决定于后面电

3、路的需要。变压器副边电压通过整流电路从交流电压转换为直流电压，即正弦波电压转换为单一方向的脉动电压，半波整流电路和全波整流电路的输出波形如图所示。可以看出，他们均含有较大的交流分量，会影响负载电路的正常工作。为了减小电压的脉动，需通过低通滤波电路滤波，使输出电压平滑。理想情况下，应将交流分量全部滤掉，使滤波电路的输出电压仅为直流电压。然而，由于滤波电路为无源电路，所以接入负载后势必影响其滤波效果。对于稳定性要求不高的电子电路，整流、滤波后的直流电压可以作为供电电源。交流电压通过整流、滤波后虽然变为交流分量较小的直流电压， 但是当电网电压波动或者负载变化时，其平均值也将随之变化。稳压电路的功能是

4、使输出直 流电压基本不受电网电压波动和负载电阻变化的影响，从而获得足够高的稳定 性。3 .方案选择电网一|电源 电压变压器厂负 我图3-1直流稳压电源的组成3.1 变压器的选择在变压电路中，变压器把220V、50Hz的单相交流电先降压，变成所需的交 流电。然后经整流电路、整流电路、滤波电路、稳压电路得到稳定的输出（如图3-1所示）。根据桥式整流电路和电容滤波电路的输出与输入电压的比例关系，从输出电压的最大值41V倒推，可以算出所使用的降压变压器的副边电压有效值 应为29V左右。故原、副边电感比值为1:0.033。3.2 整流电路的选择整流桥作为一种功率元器件，非常广泛。应用于各种电源设备整流。

5、全波整流桥的内部主要是由四个二极管组成的桥路来实现把输入的交流电压转化为输出的直流电压。在整流桥的每个工作周期内，同一时间只有两个二极 管进行工作，通过二极管的单向导通功能，把交流电转换成单向的直流脉动电压。半波整流电路中的二极管安全工作条件为：二极管的最大整流电流必须大于实际流过二极管平均电流，即If Ido = Ulo/Rl = 0.45U2/Rlb）二极管的最大反向工作电压 UR必须大于二极管实际所承受的最大反向峰值电压URM ,即UrUrm = U2单相半波整流电路简单易行，所用二极管数量少。但是由于它只是利用了交 流电压的半个周期，所以输出电压低，交流分量大，效率低。因此，这种电路仅

6、 适用于整流电流较小，对脉动要求不高的场合。综合分析，选择单相半波整流更为适宜。3.3 可调式稳压器件LM317集成稳压器与简单稳压电路相比其电路结构简单， 它可以通过外接元件使输 出电压得到很宽的调节范围。并且内部有过热保护、过流保护等保护电路，可以 很安全的保护电路的正常工作。由 LM317组成的基准电压源电路，电容 Co用 于消除输出电压中的高频噪音，可取小于 1仙F的电容。输入端和调整端之间的 电压时非常稳定的电压，具值为 1.25V。输出电流可达1.5A。LM317的输出电 压范围是1.25V至37V,负载电流最大为1.5A。它的使用非常简单，仅需两个 外接电阻来设置输出电压。股设R

7、2为10020OQ ,典型值为120Q ,这里设为200Q。在实际接线时,这个电阻应尽可能地靠近 LM317元件来接，因为本应是 LM317内部电阻。R2 2001.25RV 4 RV 437 RV 4592k由上面的公式算出滑动变阻器的最大值为 4.92kQ,取典型值4.1kQ,这样 最大值达不到37V,理论上只有32V左右，仿真时显示为33.5V,有些误差，并 且最小值也比1.25V小。电容C2和C3分别为去抖和滤波作用。C2并联在滑动变阻器两端，可防止 滑动变阻器在调节过程中由于抖动而产生的谐波，一般经验值为10Fo C3为输出侧二次滤波，其目的是去掉输出电压波形中细小的波纹。C1与C3

8、的关系一股为22倍。4 .具体模块设计4.1 变压电路在变压电路中，变压器把220V、50Hz的单相交流电先降压，变成所需的交 流电。根据桥式整流电路和电容滤波电路的输出与输入电压的比例关系，从输出电压的最大值41V倒推，可以算出所使用的降压变压器的副边电压有效值应为 29V左右。故原、副边电感比值为1:0.033。此处的39V为交流电最大值，经整 流、滤波、稳压后可得到29V直流输出。ACVoits+39.4十AG Volts/+220TRAN-2P2S :ifedrIFR122050Hz39V50Hz图4-1 变压电路的仿真图4.2 整流及滤波电路整流采用常用的是二极管桥式整流电路（如图4

9、-2）。要详细计算滤波所需的 电容值，则可采用以下公式:fRVy式中，VM为滤波之后的最大电压，Vy为滤波之后的波纹电压，即最大电压 与最小电压的差值，R为负载电阻，f为工频50Hz。4-2整流及滤波电路仿真4.3稳压电路集成稳压电路的核心器件是 LM317,在实际应用中要注意加装散热片。为了保护集成器件在接反的状态下不被烧毁， 在输入、输出端之间以及输出与调节4-3稳压电路仿真5 .电路仿真5.1 软件绘图5-1直流稳压电路仿真5.2 仿真结果通过Proteus对直流稳压电源的仿真，最终得到了稳定的直流输出，并且在 0-29V范围内可调。用示波器分别测出变压电路、整流电路、滤波电路、稳流电

10、路的输出波形。5-2-1原副边输出波形5-2-3滤波后波形5.3 讨论(1) C1变化对输出波形的影响C1为电解电容，电容的数值越大，输出波形的纹波就越小，有利于抑制高频和脉冲的干扰。(2) C2变化对电路的影响C2 的作用是去抖和滤波，当没有 C2时，在调节滑动变阻器过程中由于抖 动会产生谐波，使输出电压波形产生细小的波纹。(3) D2 D3对电路的影响没有D2时，当LM317输入端元件短路时，出现U0大于U1,则会产生一个 由其输出端经LM317流输入端的泄放电流。这个电流将可能损坏LM317接入D2 后，D2提供一个泄放电流的通路(D2正偏)，从而保护了 LM317没有D3时，LM317

11、的1端产生电流会使其损坏。6 .结论在Proteus ISIS 界面中，调节电位器 RV1,可以看到输出电压随着电位器 的调节相应发生变化，发光二极管点亮，测得输出电压在1.2537V可调，从而实现了设计的技术指标。6.附录一一4X4矩阵式键盘识别技术6.1 电路原理图：JO1 2 3 4 5 J JEEEFIP1IU;阿：TALffRT而年:咫 n w PSaMTlF： C - . Fi.r:?二-I三-Ip - -1. F3 1?D F . - -II. -.1 Ii - -HF3 iir6-1电路原理图6.2源程序清单：ORG0000HAJMPMAINORG0030HMAIN:MOVP2

12、,#0F0HLCALLDelayMOVA,P2ANLA,#0F0HCJNEA,#0F0H,lAJMPMAINl:LCALL DelayMOV A,P2JBACC.4,l1;给列送高电平;延时，使电路稳定; 取P2 口的值;屏蔽行线的影响;如果有键按下，就跳转到;延时去抖; 取P2 口的值P2.4这一列有键按下？没有则跳转到1MOV R3,#00H; 如果有则将值0存入 R3AJMP Q111: JB ACC.5,l2MOV R3,#01HAJMP Q112: JB ACC.6,l3MOV R3,#02HAJMP Q113: JB ACC.7,MAINMOV R3,#03HAJMP Q1; 给行

13、送高电平; 延时，使电路稳定取值; 屏蔽高四位判断是不是第0 行，不是则跳转如果是则将0 送给 R4; 调用加法程序，取得键盘的值Q1:MOV P2,#0FHLCALL DelayMOVA,P2ANLA,#0FHJBACC.0,Q2MOV R4,#00HAJMP JIAQ2:JB ACC.1,Q3MOV R4,#04HAJMP JIAQ3:JB ACC.2,Q4MOV R4,#08HAJMP JIAQ4:JB ACC.3,MAINMOV R4,#0CHAJMP JIA6-1添加asm文件JIA:MOV A,R3;行号加列号就是该键的值ADD A,R4DA A；十六进制调整为十进制MOV P1,A;数码管静态显示AJMPMAINDelay: MOV R6, #20HQ6:MOV R5, #0BBHQ5:DJNZ R5,Q5DJNZ R6,Q6RETEND6.3讨论经过直流稳压电源的训练，设计电路倒没有太大问题，只是有些地方连线错 误会使按键一直处于常开或者常闭状态。给单片机添加程序有两种方法，一种是 直接以asm格式直接导入（右键点单片机“添加源代码文件”）;另一种是双击 芯片”编辑元件属性”添加hex文件。6-2添加hex