直流穩(wěn)壓電源電路的設計精選(九篇)

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第1篇：直流穩(wěn)壓電源電路的設計范文

關鍵詞：直流穩(wěn)壓電源；電路設計；工作原理

1 電路設計背景和目的

通過多年的教學經(jīng)驗和對中職院校的學生進行的調(diào)研情況來看，中職院校的學生普遍文化基礎薄弱，對文化課、理論課不感興趣，但是大部分中職學生對實訓課程感興趣，喜歡動手操作，能夠嘗試動手去做一些實驗，有的甚至能獨立完成一些電子產(chǎn)品的安裝與調(diào)試。例如，簡單的門鈴電路，流水燈電路等。因此，針對中職院校學生的實際情況，結合我學院電氣工程系的學生學習情況，今年，我系領導決定對學生的課程安排進行了大膽改革，去掉純粹的理論課，所有專業(yè)課程都變?yōu)橐惑w化課程，讓學生通過動手操作掌握理論知識，真正做到在做中學，在學中做，在這樣的背景下，我嘗試了將所擔任學科《電子技術基礎》這門理論課程融入到《電子電路的安裝與調(diào)試》這門實訓課程中去，變理論課實訓課程為一體化課程。依托這樣的改革前提，我嘗試對直流穩(wěn)壓電源的電路進行了以下設計，目的就是為了更好的適應電氣工程系的改革實踐，同時也能夠使學生在實際動手操作過程中深刻理解相應的電子專業(yè)理論知識，能夠培養(yǎng)學生掌握理論知識的能力，激發(fā)學生熱愛電子專業(yè)的熱情，提高了學生學習的積極性，最重要的是讓學生學會了技能，一技在手，更好地走上工作崗位，盡快地適應社會。

2 電路設計實驗設備及器件

所謂巧婦難為無米之炊，電路設計同樣需要必要的實驗設施和工具，而實驗條件的好壞和選擇工具的正確與否是設計的關鍵和前提。下面我來具體闡釋我的設計思路中所需要的實驗條件、實驗工具和必要的原材料：

2.1 電路所需實驗設施和工具

本次設計的完成需要在專業(yè)的電子試驗臺上進行，需要的工具如下：示波器、萬用表、變壓器（12v）、電烙鐵、鉗子和鑷子等，另外需要必要的焊錫和連接線。

2.2 電路所需元器件清單

元器件清單如下：

1A二極管IN4007，V1、V2、V3、V4，4只；發(fā)光二極管V5，1只；熔斷絲FU 參數(shù)為1A1只；100uF 50 V電容C1，1只；10uF25V電容C2，1只；500uF 16V電容C3，1只；2200uF電容C4，1只；開關SW，1只；2.7KΩ電阻R1，1只；190Ω電阻R2，1只；280Ω電阻R3，1只；1KΩ電位器R4，1只；三端集成穩(wěn)器CW7812 U（可調(diào)范圍1.25V～12V），一只；可調(diào)電阻RW，1只。

3 電路設計思路

直流穩(wěn)壓電源又稱為直流穩(wěn)壓器，其作用就是將交流電轉化成相應用電器所需要的穩(wěn)定電壓的直流電。其關鍵是輸出直流電壓的穩(wěn)定性，所以我們設計電路的著眼點就是電路轉化的穩(wěn)定性。

3.1 直流穩(wěn)壓電源的工作原理

直流穩(wěn)壓電源一般由電源變壓器、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路組成，其組成框圖如圖1：

直流穩(wěn)壓電源各部分的作用

（1）電源變壓器：主要是降壓器，用于把220V的交流電轉換成整流電路所需要的交流電壓Ui。（2）整流電路：利用整流二極管單向?qū)щ娦?，把交流電U2轉變?yōu)槊}動的直流電。（3）濾波電路：利用濾波電容將脈動直流電中的交流電壓成分過濾掉，濾波電路主要有橋式整流電容濾波電路和全波整流濾波電感濾波電路。（4）穩(wěn)壓電路：利用穩(wěn)壓管兩端的電壓稍有變化，會引起其電流有較大變化這一特點，通過調(diào)節(jié)與穩(wěn)壓管串聯(lián)的限流電阻上的壓降來達到穩(wěn)定輸出電壓的目的，用于將不穩(wěn)定的直流電壓轉換成較穩(wěn)定的直流電壓。

3.2 直流穩(wěn)壓電源的設計方法

直流穩(wěn)壓電源的設計，是根據(jù)其輸出電壓UO、輸出電流IO等性能指標的要求，確定出變壓器、集成穩(wěn)壓器、整流二極管和濾波電路中所用元器件的相關性能參數(shù)，選擇出這些元器件。

具體設計方法分為三個步驟：第一步：根據(jù)直流穩(wěn)壓電源的輸出電壓UO、最大輸出電流IOMAX，確定出穩(wěn)壓器的型號及電路形式。第二步：根據(jù)穩(wěn)壓器的輸入電壓Ui，確定出電源變壓器二次側電壓U2；根據(jù)穩(wěn)壓電源的最大輸出電流IOMAX，確定出流過電源變壓器二次線圈的電流I2和電源變壓器二次線圈的功率P2；再根據(jù)P2，確定出電源變壓器一次線圈的功率P1。然后根據(jù)所確定的參數(shù)，選擇合適的電源變壓器，一般為12v。第三步：確定整流二極管的正向平均電流ID、整流二極管的最大反向電壓URM和濾波電容的容量值以及耐壓值。根據(jù)所確定的參數(shù)，選擇合適的整流二極管和濾波電容。

4 電路設計步驟

電路設計思路想出后，考慮實際電路具體設計步驟，完整的設計步驟是整個電路的核心部分，因此在設計過程中實際設計步驟顯得尤為重要，具體步驟為以下幾步：

4.1 電路圖設計方法

電路圖設計使用PCB制圖軟件制作

4.2 電路原理圖的設計

電路原理設計使用Protel2000制圖軟件設計電路原理圖如圖2。

4.3 直流穩(wěn)壓電源實物設計

如圖3所示安裝直流穩(wěn)壓電源電路的前半部分整流濾波電路，然后從穩(wěn)壓器的輸入端加入直流電壓UI？燮12V，調(diào)節(jié)RW，如果輸出電壓也跟著發(fā)生變化，說明穩(wěn)壓電路工作正常。用萬用表測量整流二極管的正、反向電阻，正確判斷出二極管的極性后，先在變壓器的二次測線圈接上額定電流為1A的保險絲，然后安裝整流濾波電路。安裝時要注意，二極管和電解電容的極性不能接反。經(jīng)檢查無誤后，才將電源變壓器與整流濾波電路連接，通電后，用示波器或萬用表檢查整流后輸出電壓UI的極性，若UI的極性為正，則說明整流電路連接正確，然后斷開電源，將整流濾波電路與穩(wěn)壓電路連接起來。然后接通電源，調(diào)節(jié)RW的值，如果輸出電壓滿足設計指標，說明穩(wěn)壓電源中各級電路都能正常工作。

5 電路設計總結

通過論述直流穩(wěn)壓電源電路的設計過程，強化了本人所教學科《電子技術基礎》中模擬電路部分知識和《電子電路的安裝與調(diào)試》實驗部分知識。所設計的直流穩(wěn)壓電源電路，廣泛運用于生活中，例如手機的充電電源、冰箱的穩(wěn)壓電源等。同時，也通過查閱參考書，網(wǎng)上資料等拓寬了自己專業(yè)方面的知識面。論述過程中，通過邊教學邊調(diào)研邊實踐的方式使本人對直流穩(wěn)壓電源電路設計過程有了一些新的認識，特別是強化了自己的教學能力，增強了所教專業(yè)學生掌握理論知識的能力，提高了其動手操作的能力。通過一段時間的教學效果來看，我所教授專業(yè)的學生對學院的此種教學改革適應快，容易接受，對教師所設計的教學模塊感興趣，并且激發(fā)了繼續(xù)探究這一教學模塊的動力，這也充分證明了學院提出的此種教學改革是可行的。

參考文獻

[1]郭S.電子技術基礎（第四版）[M].北京：中國勞動社會保障出版社.

[2]王建.維修電工技能訓練（第四版）[M].北京：中國勞動社會保障出版社.

第2篇：直流穩(wěn)壓電源電路的設計范文

提出了一種直流穩(wěn)壓電源及其輸出功率測量系統(tǒng)，系統(tǒng)以單片機為核心，采用DC-DC直流變壓電路進行電壓轉換，使用單片機及其集成的A/D轉換器完成功率測量及顯示功能，同時在功率測量中使用了專用的集成檢流放大器。通過對試驗板進行測試與分析，證明系統(tǒng)主要技術指標符合設計要求，具有一定的實用價值。

【關鍵詞】直流穩(wěn)壓電源 功率 檢流放大器 單片機

直流穩(wěn)壓電源及其輸出功率測量系統(tǒng)在生產(chǎn)、生活中被廣泛使用，其中5V直流穩(wěn)壓電源普遍應用于各類數(shù)碼設備充電、小型儀器儀表供電等，因此一種性能優(yōu)良，運行穩(wěn)定的5V直流電源具有很高的實用價值。這里以2013年全國大學生電子設計競賽L題“直流穩(wěn)壓電源”所列基本要求為基礎，設計了一種5V直流穩(wěn)壓電源及其輸出功率測量系統(tǒng)，系統(tǒng)能夠提供最大1A的電流，適用于各種不同的應用場合。

1 總體設計

系統(tǒng)以單片機為核心，采用DC-DC直流變壓芯片進行電壓轉換，將輸入的直流電壓轉換成5V，并使用采樣電阻與AD轉換器完成功率測量，采用液晶屏顯示系統(tǒng)相關信息。系統(tǒng)結構框圖如圖1所示。這里單片機采用的是宏晶科技生產(chǎn)的STC15F2K60S2，該單片機是一款高速、低功耗的8051改進型單片機，內(nèi)部集成高精度時鐘及復位電路，可以省去外部時鐘與復位電路，更重要的是該單片機內(nèi)部集成了一個8路高速10位A/D轉換器，在本系統(tǒng)中用于功率測量。

系統(tǒng)設計主要技術指標如下：

負載電阻為5Ω時，當直流輸入電壓在7～25 V變化時，要求輸出電壓為5±0.05V，電壓調(diào)整率≤1%；

直流輸入電壓固定在7V，當直流穩(wěn)壓電源輸出電流由1A減小到0.01A時，要求負載調(diào)整率≤1%；

功率測量與顯示電路能實時顯示穩(wěn)壓電源的輸出功率。

2 直流變壓部分設計

這里直流變壓芯片采用的是LM2596。LM2596系列是美國國家半導體公司生產(chǎn)的3A電流輸出降壓開關型集成穩(wěn)壓芯片，它內(nèi)含固定頻率振蕩器（150KHZ）和基準穩(wěn)壓器（1.23v），并具有完善的保護電路、電流限制、熱關斷電路等。該芯片電路簡單，只需要4個元器件就可以完成基本電路的搭建，直流變壓部分原理圖如圖2所示。

根據(jù)芯片手冊與系統(tǒng)所要求的技術指標，硬件各部分元器件參數(shù)取值如下：C1為680?F電解電容，C2為470?F電解電容，D1為肖特基二極管SK54，L1為33mH電感。

該部分電路結構雖然簡單，但由于模擬電路受電路板步線及元器件特性影響較大，故在設計時應注意以下一些問題：由于開關電流與環(huán)線電感密切相關，這種環(huán)線電感所產(chǎn)生的暫態(tài)電壓往往會引起許多問題，要使這種感應最小、地線形成回路，這里D1與LM2596引腳2，C2與L1，C1與LM2596之間的連線在PCB 板上要印制得寬一點，且要盡可能地短，并且C1、C2、D1、L1 這4個元器件要盡可能地靠近LM2596。

3 功率測量電路設計

這里采用MAX4070完成系統(tǒng)對輸出功率的測試，MAX4070是MAXIM公司出品的一款低價的雙向、高側、電流檢測放大器，性能優(yōu)良，適用范圍廣，該芯片共模輸入電壓可高達24V，且與電源電壓無關，供電電流低于100?A （關斷狀態(tài)電流降至10?A），總的輸出誤差小于1.5%。為了增加設計的靈活性，芯片需要外接一個確定阻值的檢流電阻，并且還可通過一個引腳選擇芯片的增益為50V/V或100V/V。芯片通過單一輸出引腳輸出與電流成正比關系的電壓信號，便可連續(xù)監(jiān)視電流變化。這里由于輸出電壓是確定的，只要對輸出電流進行測量便能實現(xiàn)功率測量。功率測量部分的原理圖如圖3所示。

4 性能測試與分析

5 結論

這里提出了一種直流穩(wěn)壓電源及其輸出功率測量系統(tǒng)，并給出了具體的設計，按照設計制作了實物并進行了性能測試，通過測試與分析，證明系統(tǒng)主要技術指標符合設計要求，具有一定的實用價值。

參考文獻

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[5]曲光陽，吳曉波.高精度高邊電流檢測放大器的研究與設計[J].機電工程，2008，11（38）：1-4.

第3篇：直流穩(wěn)壓電源電路的設計范文

關鍵詞：直流，穩(wěn)壓電源，設計

Abstract: power supply is designed in this paper is composed of two parts, respectively, step voltage output power group and the positive and negative double power group. AT89S52 microcontroller as the core of the design of the control device, with the help of DAC series of digital-analog conversion chip, LM317 and LM337 regulator and CD4051 as the transform of the output voltage. DC regulated power supply design has certain protective function, and can be conveniently on the voltage display, each with 0.1V step increasing or decreasing voltage, enough to satisfy many experimental situations.

Keywords: DC, DC power supply, design

中圖分類號：S611 文獻標識碼：A文章編號：

一、引言

直流穩(wěn)壓電源是電子及電氣中常用的設備之一。傳統(tǒng)的直流穩(wěn)壓電源功能簡單、難控制、可靠性低、干擾大、精度低且體積大、復雜度高。普通直流穩(wěn)壓電源品種很多，但均存在以下問題：當輸出電壓需要精確輸出，困難較大。另外，常常通過硬件對過載進行限流或截流型保護，電路構成復雜，穩(wěn)壓精度也不高?，F(xiàn)設計精度簡易直流電源，克服了傳統(tǒng)直流電壓源的缺點，具有較高的應用價值。

二、本系統(tǒng)功能特點

(1)一組電源最大輸出電流可達2.5A，輸出電壓從0.0V～＋12.0V以0.1V步進連續(xù)可調(diào)（遞增或遞減），在輸出電壓在小于＋3V時，短路保護；當輸出電壓為＋3V～＋12V時輸出電流超過2.5A時保護。另一組電源最大輸出電流為1A，輸出電壓為：0.0V、±3.0V、±4.5V、±5.0V、±6.0V、±12.0V、±15.0V、±24.0V八種電壓依次可調(diào)。

(2)輸出端無論是過流還是短路，保護電路的動作都是以切斷輸出回路的方式工作，且當輸出短路不再存在或負載足夠輕時電路會自動恢復正常工作狀態(tài)。保護動作時兼有聲光報警信號。

(3)電路能夠?qū)山M電源的輸出電壓幅值實時直觀地顯示出來。

本文以AT89S52單片機為本設計的核心控制器件，借助于DAC系列數(shù)模轉換芯片將數(shù)字量轉換成模擬量，并通過I/U的轉換以電壓的形式輸出；運用LM317與LM337結合的方式作為穩(wěn)壓器，用CD4051作為輸出電壓的變換。

三、系統(tǒng)硬件的設計與實現(xiàn)

系統(tǒng)硬件的結構框圖如下圖所示。主要由單片機、兩組電源、顯示、檢測與保護電路、報警電路及鍵盤輸入電路組成。

3.1、步進電壓輸出電源組工作原理

在這部分電路中主要的器件有單片機AT89S52、D/A轉換器DAC0832、運放OP07和電流放大所用三極管。其電路原理框圖如下圖所示。

工作原理：首先給各芯片正常工作的條件，先利用單片機產(chǎn)生一組8位二進制代碼并從P0口輸出，可以通過按鍵來調(diào)整單片機輸出二進制代碼的加1和減1。8位二進制范圍在00000000～11111111有效,再用此組二進制碼送到DAC0832的數(shù)據(jù)輸入端（DI0～DI7）,本系統(tǒng)是因D/A轉換簡單，故采用直通方式工作。與單片機電路連接如下圖所示。

在電流/電壓轉換之后用運算放大電路進行了4倍的電壓放大電路。電路連接如下圖所示。

3.2、常用正負雙電源組工作原理

該電源組輸出正負對稱的直流電壓，電壓值為8組實驗最為常用的電源：0.0V、±3.0V、±4.5V、±5.0V、±6.0V、±12.0V、±15.0V、±24.0V。為了確保用電安全，電路在開機狀態(tài)下必須能有0V的輸出功能。電路原理圖如下圖所示。

圖中二極管D1、D3的作用是輸入開路時，防止C13、C23通過LM317、LM337放電。D2、D4的作用是輸出端短路時，防止C12、C22向穩(wěn)壓器的調(diào)整端放電。在LM317穩(wěn)壓電路中，它的基準電壓為＋1.25V，輸出電流可達1.5A。圖中R1、R2為泄放電阻，其輸出電壓的改變通變換調(diào)整端的電阻予以實現(xiàn)。

3.3、保護電路工作原理

保護環(huán)節(jié)的硬件電路主要由取樣電路、A/D轉換電路、單片機、保護控制與報警電路四部分構成。構成框圖如下圖所示。

它能在輸出端短路或是負載過重導致的過流現(xiàn)象存在時動作，以切斷輸出回路保護電源本身不致?lián)p壞。其取樣電路采用阻值極小的大功率電阻，這里取值為0.1Ω，如下圖所示。

串聯(lián)電阻R2、R3的作用為了防止輸出端短路是的高電壓反饋到A/D轉換器的模擬量輸入端而導致其損壞。當輸出端連接上負載時，在取樣電阻就會有電流流過，并產(chǎn)生一定的壓降，并作為取樣信號送到A/D轉換電路進行模數(shù)轉換。

3.4、顯示電路工作原理

顯示電路運用了最為常用的1/3位A/D轉換集成電路ICL7107，由于該芯片要求正負雙電源供電。以ICL7107本身38腳產(chǎn)生振蕩信號作為資源，用一個六非門集成電路CD4069（或74LS04）與電阻電容構成負壓產(chǎn)生電路。而芯片參考電壓（36腳）仍用TL431提供。如下圖所示。

3.5、數(shù)控部分

數(shù)控部分是穩(wěn)壓電源實現(xiàn)數(shù)字化控制的核心。以AT89S51單片機為控制核，采用DAC模塊實現(xiàn)穩(wěn)壓電路的輸出控制，并由ADC模塊實現(xiàn)輸出電壓的測量，利用鍵盤和顯示模塊實現(xiàn)人機交互。鍵盤模塊采用4×4 矩陣鍵盤，實現(xiàn)輸出電壓的數(shù)字化設定和步進調(diào)整。而DAC模塊和ADC模塊都采用串行控制芯片，減少了單片機IO口的使用。

四、系統(tǒng)軟件設計

本系統(tǒng)的軟件用C語言編寫而成。包含主程序、D/A轉換程序、A/D轉換程序、保護動作程序幾個模塊組成。主程序流程圖如下圖所示。

由于設計使用的51系列單片機沒有SPI接口，故采用軟件模擬SPI的操作方法實現(xiàn)串行控制。在ADC采樣時，對輸出電壓進行多次采樣(如100次)，取其平均值作為采樣結果，否則采樣過于頻繁，測量不準確。而預設DAC輸出時，根據(jù)設定值預設一個DAC控制字，使輸出接近設定值。在微調(diào)DAC輸出時，只需對DAC控制字進行增1或減1操作即可。在鍵盤掃描時，如果按下的是數(shù)字鍵，則儲存數(shù)字; 如果按下的是單位鍵，則組合之前按下的各數(shù)字鍵，使之成為一個數(shù)值，作為新的設定值; 如果按下的是步長鍵，則可設置步長值; 如果按下的是步進鍵，則對DAC設定值按所設置的步長增或減，使輸出電壓步進變化。

五、結果分析

（1）由于選擇A/D與D/A轉換器精度遠高過指標要求的精度，且電路中所用的電阻均采用精密電阻，所以可以保證設定值和實際測量值的精度要求經(jīng)過測試，誤差最大為0.06V。

（2）輸出端并聯(lián)大容量的電容濾波與優(yōu)質(zhì)高頻吸收電容（突波電容）,進一步降低輸出電壓的紋波系數(shù)。

六、結束語

本文介紹的電源以AT89S52單片機為核心控制器件，此電源不僅擁有完善的過流保護功能、直觀的電壓顯示、良好的穩(wěn)定性和較大的輸出電流，而且能同時輸出常用正負雙電源和以0.1V步進遞增或遞減電壓，足以滿足眾多實驗場合的需求。

參考文獻

[1] 王春梅.實驗室簡易數(shù)控直流穩(wěn)壓電源的設計[J].化工自動化及儀表.2011(01)

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第4篇：直流穩(wěn)壓電源電路的設計范文

關鍵詞：Multisim12.0 電子線路 實驗教學 設計初探

中圖分類號：G712 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）09（a）-0170-03

當前由于部分學生創(chuàng)新意識弱、知識掌握不牢固和缺乏毅力，導致他們創(chuàng)新能力偏低，學習的效果不盡人意[1]。為改變這一狀況，引入Multisim12.0仿真軟件模擬實際電路，將多媒體及屏幕廣播應用于電子線路課程設計教學中，充分激發(fā)學生學習的興趣，調(diào)動他們的主觀能動性，使學生了解到模擬電子技術這門課程并不抽象，而是與工程實際緊密聯(lián)系著的，有著十分重要的實用價值。

電子線路課程設計是為配合模擬電子技術基礎課程的教學而開設的。首先采用EDA（電子設計自動化）技術中的Multisim12.0軟件來對模擬電路進行仿真運行，讓學生完成EDA技術方面的初步訓練，然后搭接出實際電路[2]。通過這一環(huán)節(jié)，對培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維、綜合能力素質(zhì)與工程實踐能力等方面均能進行全面的檢驗[3]。

1 Multisim12.0軟件簡介

電子線路課程設計所用的Multisim12.0是美國NI（國家儀器有限公司）推出的以Windows為基礎的仿真工具，適用于板級的模擬/數(shù)字電路板的設計工作，12.0是目前該軟件的最高版本。它具有更加形象直觀的人機交互界面，包含了Source庫、Basic庫、Diodes等15個元件庫，提供了我們?nèi)粘３Ｒ姷母鞣N建模精確的元器件，比如：電阻、電容、電感、三極管、二極管、繼電器、可控硅、數(shù)碼管等等。模擬集成電路方面有各種運算放大器、其他常用集成電路。采用圖形方式創(chuàng)建電路，再結合軟件中提供的虛擬儀器：數(shù)字萬用表、函數(shù)信號發(fā)生器、四蹤示波器等對電路的工作狀態(tài)進行仿真和測試，設計者可以輕松地擁有一個元件設備非常完善的虛擬電子實驗室。

2 Multisim12.0軟件應用實例

為了培養(yǎng)學生在電子線路課程設計中對電路的分析能力、發(fā)現(xiàn)規(guī)律并驗證結果的綜合創(chuàng)新實踐能力，使學生掌握科學的學習方法，選擇了一些既實用又有代表性的課題：常用波形轉換發(fā)生器、雙電源共射極耦合差分放大電路（動、靜態(tài)分析）、微積分運算電路等。下面以直流串聯(lián)型穩(wěn)壓電源仿真為例，說明 Multisim12.0軟件的具體應用。

2.1 直流串聯(lián)型穩(wěn)壓電源總體結構

當前絕大多數(shù)設備及裝置都需要直流電源進行供電。這些直流電除了少數(shù)直接利用干電池和直流發(fā)電機外，大多數(shù)是采用把交流電（市電）轉變?yōu)橹绷麟姷闹绷鞣€(wěn)壓電源。直流串聯(lián)型穩(wěn)壓電源原理框圖如圖1所示。

直流串聯(lián)型穩(wěn)壓電源由電源變壓器、整流、濾波和穩(wěn)壓電路四部分組成。電網(wǎng)供給的交流電壓（220 V，50 Hz）經(jīng)電源變壓器降壓后，得到符合電路需要的交流電壓，然后由整流電路變換成方向不變、大小隨時間變化的脈動電壓，再通過濾波電路濾去交流分量，得到比較平直的直流電壓，但這樣的電壓會隨著交流電網(wǎng)電壓的波動或負載變化而變化，故在對直流供電要求較高的場合，還需要穩(wěn)壓電路，使輸出電壓更加穩(wěn)定。

2.2 直流串聯(lián)穩(wěn)壓電源原理圖輸入

利用Multisim12.0軟件友好的操作界面，建立新文件，新建項目，創(chuàng)建電路圖，連接電路。直流串聯(lián)型穩(wěn)壓電源仿真電路如圖2所示，圖中虛框標注了四部分模塊組成。采用橋式整流，電容濾波電路，穩(wěn)壓電路是一個閉環(huán)的負反饋控制系統(tǒng)。

（1）原理分析。

假設由于負載電阻的變化（輸入電壓不變）引起輸出電壓瞬時降低時，通過R4、R5，調(diào)節(jié)的取樣電路，引起三極管基極電壓（）B成比例下降，由于三極管的，所以發(fā)射結電壓（）BE將減小，于是與構成的復合管的基極電流（IQ1）B減小，發(fā)射極電流（I）E隨之減小，管壓降（UQ1）CE增加，由于輸入電壓不變（），這樣輸出電壓就上升，反之，輸出電壓則下降。通過以上的負反饋控制，最終使輸出電壓穩(wěn)定，達到穩(wěn)壓效果。

2.3 輸出電壓調(diào)節(jié)范圍

調(diào)節(jié)取樣電路中的值可改變輸出電壓。輸出電壓的最大值為：

輸出電壓的最小值為：

通過計算可以看出，調(diào)節(jié)的阻值就可以控制輸出電壓的范圍。這里，以保證調(diào)節(jié)到合適的阻值時，穩(wěn)壓輸出6 V。

3 仿真驗證

在Multisim12.0 軟件右側欄的仿真儀表中選擇Multimeter（萬用表）XMM1和XMM2分別測量三極管的集電極與發(fā)射極管壓降VCE和輸出電壓，選擇四蹤示波器XSC1方便測試各點輸入輸出波形。

3.1 負反饋穩(wěn)壓仿真

改變負載阻值，分別調(diào)整為330、100和1K，萬用表XMM1和XMM2測量三極管的集電極與發(fā)射極管壓降VCE和輸出電壓的值如表1所示。

由表1中的測量值可以看出，當負載變大時（330調(diào)整為1000），引起輸出電壓瞬時降低，三極管的集電極與發(fā)射極管壓降VCE變大（39.12 V變?yōu)?9.25 V），導致輸出電壓由6.097V增至6.099V；當負載變小時（330 調(diào)整為100 ），引起輸出電壓瞬時升高，三極管的集電極與發(fā)射極管壓降VCE變大（39.12 V變?yōu)?8.68 V），導致輸出電壓由6.097 V降至6.089 V，穩(wěn)壓6 V得以驗證。

3.2 穩(wěn)壓系數(shù)測量

衡量穩(wěn)壓電源穩(wěn)壓的主要質(zhì)量指標有輸出電阻，穩(wěn)壓系數(shù)和紋波系數(shù)。這里選取了穩(wěn)壓系數(shù)進行動態(tài)測試。在輸出端接入負載=330 ，當負載不變時，輸出電壓和輸入電壓的相對變化之比，即（式1），調(diào)節(jié)電源輸出值，模擬電網(wǎng)電壓波動10%，測得數(shù)據(jù)和如表2所示。將數(shù)據(jù)帶入（式1），得，可見輸出電壓相對穩(wěn)定。

3.3 仿真值與理論值對比

當電源電壓為220 V時，將仿真電路圖2中的滑頭調(diào)整為0%，用數(shù)字萬用表測量，得=3.628 V（理論值=3.77 V）；滑頭調(diào)整為100%，用數(shù)字萬用表測量，得=8.546 V（理論值=8.87 V）。與理論計算值對比，相對誤差為0.038%。

3.4 仿真波形

在仿真儀表中選擇四蹤示波器XSC1，測得直流穩(wěn)壓電源電路各點電壓波形如圖3所示。電源電壓正弦波經(jīng)整流橋整流輸出為，再經(jīng)濾波得到紋波，最后在負反饋穩(wěn)壓電路作用下輸出比較平滑的直流電壓。通過觀測仿真波形，比較直觀地驗證了直流串聯(lián)穩(wěn)壓電源原理的正確性。

4 結語

模擬電子技術是電力工程類包括電子信息專業(yè)的一門技術基礎課，它是研究各種半導體器件的性能、電路及其應用的學科，只要與電子行業(yè)有關的都要用到模擬電路，晶體管，集成運放，反饋，直流穩(wěn)壓電源是我們常用的器件和電路。通過Multisim12.0 仿真軟件在電子線路實習中的應用，使概念原理多、理論性強、比較抽象、學生理解起來很費勁的模電課程學起來更輕松，學生能夠獲得成就感，提高了學生的學習興趣，對后續(xù)課程的學習打下了良好的基礎。

參考文獻

[1] 苑廣軍，孫繼元.工程對象教學法培養(yǎng)創(chuàng)新能力的應用研究[J].實驗技術與管理，2014，31（2）：21-22.

第5篇：直流穩(wěn)壓電源電路的設計范文

關鍵詞：項目化；整流；濾波；穩(wěn)壓

1.制作要求

1.1任務

設計直流穩(wěn)壓電源，電源輸出電壓1.25~30V可調(diào)，最大輸出電流為1.5A，輸出紋波電壓小于5mV，穩(wěn)壓系數(shù)小于5×10-3；輸出電阻小于0.1Ω。

1.2要求

①選擇電路形式，畫出電路原理圖；②合理選擇電路元器件的型號及參數(shù)，并列出材料清單；③畫出安裝布線圖；④進行電路安裝；⑤進行電路調(diào)試與測試，擬定調(diào)試測試內(nèi)容、步驟、記錄表格，畫出測試電路。

1.3裝配電路板

在通用電路板上進行電路布局圖的安裝，電路裝配的工藝流程說明，調(diào)整測試內(nèi)容與步驟，數(shù)據(jù)記錄，測試結果分析等。

2.學習要求

1、了解直流電源的基本組成和性能指標。2、掌握線性直流電源中整流、濾波、穩(wěn)壓電路的選擇、電路元件的參數(shù)計算、選擇等。3、掌握線性直流電源設計的方法和步驟。4、掌握直流電源的裝配、調(diào)試和測試的操作技能。5、具有安全生產(chǎn)意識和預防措施。6、能與他人合作、交流，完成電路的設計、電路的組裝與測試等任務，具有團結協(xié)作、敢于創(chuàng)新的精神和解決問題的能力。

3.分析過程

3.1電路原理圖

如圖1所示，T1為自耦變壓器，T2為電源變壓器，V1～V4為整流二極管，C1為濾波電容，CW7812為三端穩(wěn)壓器，R和RP組成負載RL，兩塊電壓表分別接在整流濾波電路的輸出端及穩(wěn)壓電路的輸出端。

3.2操作過程及數(shù)據(jù)分析

1、按圖示電路先連接變壓器和整流電路，T2用18V，用示波器觀察輸入、輸出端的波形，并用萬用表測試輸入、輸出電壓的值（注意輸入是交流，輸出是脈動直流），并作好記錄。變壓器輸入電壓Ui整流后輸出電壓Uo118V16.2V

2、在第1步的基礎上，接入濾波電容，用示波器觀察濾波后輸出的波形，并用萬用表測試輸出電壓，作好記錄。變壓器輸入電壓Ui整流后輸出電壓Uo1濾波后輸出電壓Uo218V16.2V21.6V

可以看出經(jīng)過整流濾波后，交流變成平滑的直流電，輸出電壓值得到提高，變?yōu)?.2Ui。

3、完全按圖1接好電路，再按以下操作測試和觀察。

①負載電阻RL保持不變，調(diào)節(jié)自耦變壓器在一定范圍內(nèi)220(1±10%)V變化，觀察整流濾波電路輸出端的電壓表及負載兩端的電壓表的變化，會發(fā)現(xiàn)濾波電路輸出端的電壓表指針發(fā)生了變化，而負載兩端的電壓表讀數(shù)12V卻不變。

②輸入電壓（自耦變壓器調(diào)到AC220V）不變，調(diào)節(jié)RP，觀察負載兩端的電壓表，讀數(shù)12V仍不變。

可以看出:該電路在電源電壓及負載RL變化時，負載兩端電壓值均不變，即實現(xiàn)了穩(wěn)壓功能。

由以上演示看出：直流穩(wěn)壓電源就是一種把交流電變?yōu)橹绷麟?，能輸出穩(wěn)定直流的一種電子設備。它一般由變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路四部分組成，其框圖如圖2所示：圖2直流穩(wěn)壓電路框圖

圖中，電源變壓器的作用是為電設備提供所需的交流電壓，主要起降壓的作用；整流器的作用是實現(xiàn)交流電變成脈動直流電；濾波器的作用是將整流后的脈動直流變換成平滑的直流電；穩(wěn)壓器的作用是克服電網(wǎng)電壓、負載及溫度變化所引起的輸出電壓的變化，提高輸出電壓的穩(wěn)定性。

根據(jù)以上內(nèi)容，學生通過制作項目電路既加深了對電路結構的認識，又增添了學習興趣。使這部分枯燥的理論轉化為先觀察現(xiàn)象，再通過測試的數(shù)據(jù)，反推各部分數(shù)據(jù)之間的關系。簡化了理論數(shù)據(jù)的推導過程，學生學起來更加容易，這一點在我系學生學習的過程中得到普遍的認可。（作者單位：瀘州職業(yè)技術學院）

參考文獻

［1］《電子技術》;編著者,付植桐;高等教育出版社;2000年第1版

第6篇：直流穩(wěn)壓電源電路的設計范文

Huang Baorui； Dong Juntang

（College of Physics and Electronics Information，Yan'an University，Yan'an 716000，China）

摘要：以數(shù)字實驗室常用設備DSG-5B型數(shù)字邏輯EDA系統(tǒng)中電源為例，介紹開關型穩(wěn)壓電源原理，并對三種常見故障進行分析及維修。

Abstract: This article takes the electric power source of DSG-5B digital logic EDA system commonly used in digital laboratory for example, introduces the principle of switching voltage regulator, and analyzes three common failure and their maintenance.

關鍵詞：直流穩(wěn)壓電源 故障 維修

Key words:D. C. regulated power supply；fault；maintenance

中圖分類號：TM93 文獻標識碼：A文章編號：1006-4311（2011）26-0052-01

引言

數(shù)字實驗室中大量使用了DSG-5B型數(shù)字邏輯EDA實驗系統(tǒng)，由于設備使用頻率較高，而且實驗系統(tǒng)對外漏電源部分沒有做相應處理，實驗過程中容易造成電路短路，因此系統(tǒng)的電源故障率較高。本文選擇了三種典型故障，對其進行原理分析并介紹了維修方法。

1直流穩(wěn)壓電源工作原理

DSG-5B型數(shù)字邏輯EDA系統(tǒng)中電源原理如圖1所示，它由整流濾波、高頻隔離變壓器、輸出整流濾波、輔助電路和控制邏輯電路組成。市電經(jīng)過單相橋式整流、濾波后成為含有脈動成分的直流電壓，之后輸入DC-DC變換器的初級繞組，經(jīng)過變換器次級繞組的電壓被整流、濾波后就產(chǎn)生了低壓直流。為了使得在輸入交流和輸出負載發(fā)生變化時，輸出電壓能保持穩(wěn)定，這里采用了脈沖寬度調(diào)制（PWM）電路，控制電路把輸出的5V電壓與基準電壓進行比較，根據(jù)比較結果來控制高頻功率開關的占空比，達到調(diào)整輸出電壓的目的[1]。在控制邏輯電路中采用了光電隔離器件，完全實現(xiàn)了輸出部分與輸入部分線路隔離。

2直流電源故障分析及維修

2.1 故障一現(xiàn)象：接入220V交流電，打開儀器電源開關，無電壓輸出。

故障分析與維修：通過觀察發(fā)現(xiàn)，在交流電源插座下部有保險管標示，拔掉交流電源插頭并取出保險管，用肉眼觀察，保險絲已熔斷。用一個1.5A的保險管更換，接通交流電源后，打開開關，電源穩(wěn)定，輸出正常。

2.2 故障二現(xiàn)象同故障一。

故障分析與維修：有了對故障一的處理，我們首先也檢查了電源的保險管，發(fā)現(xiàn)保險熔斷，同樣更換了保險管，但更換后輸出任無電壓。參照原理圖我們分析，由于開關型穩(wěn)壓電源中的開關功率管工作在高反壓和大電流的條件下，所以開關功率管損壞幾率較大。本電路中的開關功率管集成在脈沖寬度調(diào)制器（TOP223Y）中，所以初步判斷為脈沖寬度調(diào)制器損壞[2]。由于脈沖寬度調(diào)制器是集成元器件，不易用萬用表檢測其好壞，所以直接用同型號的脈沖寬度調(diào)制器進行更換。接通交流電源后，打開開關，電源穩(wěn)定，輸出正常。

2.3 故障三現(xiàn)象：輸出電源指示燈閃爍。

故障分析與維修：從現(xiàn)象看，該電源間斷輸出，參照原理圖路分析，當電路負載很大時，由于TOP223內(nèi)部有限流電路，所以振蕩器停止工作，電路無輸出電壓。電路停止輸出后，TOP223內(nèi)部的自啟動電路，使得振蕩器重新開始工作，電路輸出電壓，由于電流過大又停振，如此往復，從現(xiàn)象上看就是輸出電源指示燈閃爍。根據(jù)分析很可能是變壓器次級繞組后的某處元器件被擊穿或者短路。此時利用觀察法看電阻有沒有燒焦，電容有沒有鼓泡、漏液等現(xiàn)象。若觀察到元件都正常，可用排除法對可能引起故障的元件逐級檢查[3]，對于在路無法判斷其好壞的元件，可以脫錫取下檢測。經(jīng)過檢查發(fā)現(xiàn)電路中整流二極管D4被擊穿，跟換同型號的整流二極管后，接通交流電源后，打開開關，電源穩(wěn)定，輸出正常。

3結束語

DSG-5B型數(shù)字邏輯EDA系統(tǒng)中電源常見的故障可以歸結為：保險絲熔斷、開關管損壞、整流二極管損壞、濾波電容開路或擊穿等。本文介紹了一些在工作中常見故障及維修方法，然而在實際工作中，開關穩(wěn)壓電路故障現(xiàn)象及原因是千差萬別的，尤其是隨著現(xiàn)代電子技術的快速發(fā)展，電路不斷更新的情況下，要簡潔，完善的維修電源，必需在實踐中不斷摸索、總結、提高。

參考文獻：

[1]童詩白，華成英.模擬電子技術基礎[M].北京：高等教育出版社，2001：546-549.

第7篇：直流穩(wěn)壓電源電路的設計范文

關鍵詞 STM32單片機；控制；無線遙控；直流減速電機

中圖分類號：TP87 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）01-0031-02

目前在政府部門、學校、企業(yè)，商場等場所在一些特定時候都會懸掛條幅，然而懸掛條幅一般都采用人工懸掛的方法具有一定的危險性。隨著信息時代的飛速發(fā)展，特別是自動控制與單片機控制的發(fā)展，可以應用自動控制系統(tǒng)來完成對條幅的懸掛。本文基于stm32單片機設計了一種可遙控自動條幅懸掛系統(tǒng)，采用STM32F103C8作為主控芯片，該芯片性能高、成本低、功耗低，保證了所設計系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠。

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，人們生活水平的提高，人們也越來越追求物質(zhì)的使用方便安全，本文所設計的可遙控自動條幅懸掛機，通過無線遙控器來控制條幅的升降，它集成了機械，電子，計算機控制于一體。通常人們懸掛條幅時都是人工操作，不僅工作效率低，而且還就具有高風險，操作不當，人們就會受到傷害。因此我們研究設計了可遙控自動條幅懸掛機，它代替了人工懸掛條幅，降低了危險，提高了工作效率。

1 系統(tǒng)總體結構

圖1 自動控制升降條幅系統(tǒng)框圖

系統(tǒng)框圖如圖1所示，stm32單片機是核心控制芯片，最高工作頻率為72 MHz，滿足本系統(tǒng)處理速度和實時性需求。工作過程通過無線遙控，由單片機發(fā)出指令，對控制電機的繼電器進行驅(qū)動，讓電機正轉或反轉，控制條幅升降。直流穩(wěn)壓電源部分設計采用LD3985，WRB1205ZP實現(xiàn)隔離穩(wěn)壓電源為電路板中數(shù)字部分供電，K7805為非隔離穩(wěn)壓電源為模擬部分供電；報警系統(tǒng)部分設計采用霍爾電流檢測的方法，當電機沒有正常工作或條幅超重時，通過電流傳感器采集電機電流信號，以實現(xiàn)負載過高、電機異常等狀態(tài)的判斷與報警；無線遙控模塊，采用433M頻率傳輸芯片實現(xiàn)10 m內(nèi)的控制信號傳輸；直流減速電機控制部分設計采用單片機控制繼電器的開閉，進而控制直流減速電機的轉動。

2 系統(tǒng)主要硬件設計

2.1 直流穩(wěn)壓電源設計

本系統(tǒng)的內(nèi)部電路供電電源為12 V，但是由于一些芯片的工作電壓為5 V和3 V所以設計以下降壓電路如圖2所示，12 V電源給直流減速電機供電，5 V給光耦原件、繼電器、電流傳感器供電，3 V給stm32主控芯片及蜂鳴器供電。

2.2 報警系統(tǒng)設計

此報警系統(tǒng)是通過基于霍爾感應原理的電流檢測芯片輸出一個線性的電壓信號給單片機，來判斷電機是否正常工作。如果橫幅超重電機超負荷工作則常蜂鳴器報警、黃色指示燈亮。當電機正常工作時，電流檢測芯片輸出一個合理的電壓信號，此時綠燈亮；當電機遇故障或嚴重超負運行，則電機會自動斷電保護并發(fā)出聲光報警，進而達到報警和保護的目的。設計選用的是ACS712一種線性電流傳感器，該器件內(nèi)置有精確的低偏置的線性霍爾傳感器電路，能輸出與檢測的交流或直流電流成比例的電壓。具有低噪聲，響應時間快。

圖3 電流傳感器電路圖

2.3 直流減速電機的控制設計

直流減速電機為條幅升降系統(tǒng)提供動力，本設計通過stm32單片機來控制繼電器的開閉從而改變直流減速電機兩端電壓極性，即控制電機的正反轉，實現(xiàn)條幅的升降。在單片機與繼電器之間，采用了光電隔離技術，能夠有效地避免在電機轉動時對主控芯片的干擾。

圖4 繼電器控制電路

2.4 無線遙控模塊

本模塊采用433M頻率傳輸芯片，通過遙控器發(fā)出指令，由傳輸芯片傳給單片機，再通過單片機來控制電機轉動，達到條幅升降的效果。433 MHz無線收發(fā)模塊，低功耗，低速率，低成本，準確有效，安全可靠。當電壓變化時發(fā)射頻率基本不變，和發(fā)射模塊配套的接收模塊無需任何調(diào)整就能穩(wěn)定地接收。

3 系統(tǒng)軟件設計

本設計利用的是keil4編譯環(huán)境，通過J-LINK把程序下載到stm32單片機中。具體的程序框圖如圖5所示。

3.1 硬件調(diào)試

硬件調(diào)試采用單獨模塊調(diào)試，然后系統(tǒng)整體運行調(diào)試的思路。

1）直流穩(wěn)壓電源調(diào)試：通過系統(tǒng)內(nèi)部供電12 V，依次用萬用表測得LD3985的輸出電壓是否為5 V，WRB1205ZP的輸出電壓是否為5 V，K7805的輸出電壓是否為3 V，若滿足要求的則直流穩(wěn)壓電源工作正常。

2）報警系統(tǒng)與直流減速電機控制模塊調(diào)試：通過單片機控制繼電器，能否控制電機的正轉反轉，若能則直流減速電機控制模塊工作正常；當電機正正轉時，卡住電機使電機不能正常工作，此時蜂鳴器是否報警，若報警則報警系統(tǒng)工作正常。

3）無線遙控模塊調(diào)試：通過無線模塊調(diào)試，當按下“A”鍵時，電機正轉；當按下“D”鍵時，電機停止轉動；當按下“B”鍵時，電機反轉；當電機在堵轉的情況下，電機停止工作并且蜂鳴器和黃色指示燈報警，按下“D”鍵時確認取消報警。若各個功能均能正常工作則無線模塊調(diào)試成功。

圖5 具體程序框圖

3.2 軟件調(diào)試

采用模塊化設計，結構清晰，各個模塊對應功能明確，在調(diào)試采用逐步的方法，先對各個模塊在線調(diào)試，當各部分功能實現(xiàn)后，再對整個系統(tǒng)主程序完整調(diào)試。全部采用C語言編寫，除語法與邏輯差錯外，當確認程序沒問題是，可下載到單片機運行調(diào)試。

4 實施效果

將制作好的條幅掛在條幅懸掛機上，接通電源，手持遙控器按“A”鍵，則條幅將隨著電機的轉動向上運動，此時綠燈亮電機運行正常；當條幅上升到目標位置時，通過該位置的接近開關使橫幅自動停止綠燈熄滅，如果在特定場合需臨時調(diào)整高度也可以手動調(diào)節(jié)；當活動或會議結束，需要撤下條幅時，通過“B”鍵控制電機反轉使條幅降下來，按“D”鍵橫幅停在指定位置；當電機堵轉時電機會自動停止工作并發(fā)出聲、光報警，經(jīng)工作人員確認故障后按“D”鍵取消報警；當條幅超過一定重量產(chǎn)生安全隱患時，則蜂鳴器和黃色指示燈報警。

該裝置實現(xiàn)了以下功能。

1）實現(xiàn)對條幅的自動懸掛和自動降落功能。

2）實現(xiàn)無線遙控器對條幅懸掛機進行控制。

3）實現(xiàn)具有超重自動報警、電機異常報警功能。

因此我們所設計的基于stm32單片機的可遙控自動條幅懸掛機的優(yōu)點，代替人工手動升降條幅，縮短會場布置時間，降低危險；懸掛機體積小，具有防雨功能，適用與室內(nèi)以及室外場合，安裝更加方便。

5 結論語

此可遙控自動條幅懸掛機經(jīng)過我們多次的實踐和檢測，可以實現(xiàn)對條幅的可遙控懸掛，滿足在各種條件下對條幅正常懸掛的要求。同時具有結構簡單、牢固、操作靈活省力、性能可靠并便于養(yǎng)護維修的特點。因此，基于stm32單片機的可遙控自動條幅懸掛機有著很好的應用前景，在生產(chǎn)生活中會用廣泛的應用。

參考文獻

[1]STM32F10X數(shù)據(jù)手冊[M].2001.

第8篇：直流穩(wěn)壓電源電路的設計范文

關鍵詞:電渦流測功機;直流線性穩(wěn)壓;二級電壓控制;模擬故障

中圖分類號:TP274文獻標識碼:B

文章編號:1004-373X(2009)10-189-04

New Type of High-power Linear DC Voltage-stabilized Power

Source in Eddy Current Dynamometer

ZHANG Xukai,ZHANG Wenming,ZHOU Haiyong

(Shanghai Internal Combustion Engine Research Institute,Shanghai,200438,China)

Abstract:A new type of power source used for excitation voltage control in eddy current dynamometer in designed.Based on the SCR rectification circuit and analog technology,using the fully three phase position controlled bridge of SCR and power MOSFET regulation to output linear DC voltage.Over-load protection circuit,open-phase protection circuit and thermal-shutdown circuit are designed for equipment reliability.Experimental results show that the equipment can output linear DC voltage and the voltage stablilty fulfil the needs of eddy dynamometer.The equipment also can quickly shutdown when at fault status such as over-loads,open-phase and overheat.The power source designed by the fully three phase position controlled bridge of SCR and power Mosfet regulation can fulfil the needs of voltage of eddy dynamometer.

Keywords:eddy dynamometer;DC linear voltagecd

stabilized;secondary voltage control;analog fault

測功機是發(fā)動機臺架檢測系統(tǒng)中重要的組成部分,用于測量發(fā)動機的有效功率。對測功機來講,為了滿足發(fā)動機所有轉速和負荷范圍內(nèi)都保持穩(wěn)定運轉工況,并且可以平順且精細地調(diào)節(jié)負荷,需要一個穩(wěn)定的加載器來滿足發(fā)動機實驗的要求,需要對加載器提供穩(wěn)定且可線性變化的電源。在電渦流測功機中,需要對勵磁電機提供的直流電源進行驅(qū)動,以完成發(fā)動機臺架檢測。

由于電渦流測功機勵磁電機要求磁場恒定,故要求電源提供的負載電壓恒定不變,而且磁場一般都是穩(wěn)定的,還要求有較好的電壓穩(wěn)定度,即要求即使輸入電壓發(fā)生一定變化時,輸出電壓應保持不變。

為了達到平順調(diào)節(jié)負荷的目的,輸出電壓應有適當?shù)木€性調(diào)節(jié)范圍,并且還要有一定的保護措施。根據(jù)設計需要,該電源輸出電壓的變化范圍為0～180 V,要求最大負載功率為5.4 kW,輸出電壓穩(wěn)定度應優(yōu)于1%。

1 工作原理

由于要求的電壓調(diào)節(jié)范圍較寬,要求的功率較大,目前電渦流測功機勵磁加載電源采用較多的方法是可控整流器,在此通過控制晶閘管的導通角進行調(diào)壓。其工作原理是對晶閘管的控制極進行控制,通過改變晶閘管的導通角,可以在輸出端獲得平均值和有效值都隨導通角變化而變化的直流脈動電壓。采用該原理設計的電源可以達到很高的輸出功率,但是電壓穩(wěn)定性差,而且控制呈顯著的非線性,不適合電渦流測功機對電壓的要求。因此,該電源采用晶閘管三相橋式移相控制和功率MOSFET調(diào)整兩個控制環(huán)聯(lián)合控制的方法,使輸出電壓可以滿足大功率、高穩(wěn)定度和可寬范圍線性調(diào)節(jié)的要求。

1.1 系統(tǒng)方框圖

由于該電源要求功率較大,并且對電壓穩(wěn)定度也有較高的要求,所以采用如圖1所示的電源方框圖。

1.2 可控整流原理

如圖2所示,通過控制晶閘管的導通角,可以在整流電路輸出端獲得隨控制電壓變化的電壓。

可控整流電路是指在輸入交流電壓的波形和幅值一定時,輸出電壓的平均值可以通過調(diào)節(jié)晶閘管的導通角進行調(diào)節(jié)。采用可控整流電路可以提高變壓器的初、次級利用率,具有較大的功率因數(shù)和較小的脈動率,因此選作為主回路。

由于采用整流濾波電路以及穩(wěn)壓電路構成兩級控制環(huán)。因此選擇對整流濾波電路要考慮兩點:考慮調(diào)整管的工作狀態(tài),確保調(diào)整管能工作在線性放大區(qū);考慮交流電網(wǎng)波動的影響。交流電網(wǎng)的波動會反映到整流濾波電路的輸出電壓上。按照國家有關規(guī)定,在沒有特定說明的情況下,一般按變化±10%來考慮。這就要求當電網(wǎng)電壓變化±10%時,調(diào)整管要處于線性放大區(qū),從而使穩(wěn)壓電路能保持正常工作。在該電源設計中,由于負載容量較大,使用單相電源會造成三相電網(wǎng)的不平衡,影響電網(wǎng)中其他設備的正常工作,所以采用的是三相橋式全控整流調(diào)節(jié)方式。三相可控整流的脈動頻率比單相高,紋波因數(shù)顯著低于單相。三相全控橋式整流電路電路可以在負載上得到比三相半控橋式整流電路更為均勻的波形。

采用市場上常見的三相整流功率模塊,集成了晶閘管三相橋式整流電路以及觸發(fā)電路,通過對模塊的輸入電壓進行控制,即可完成整流與調(diào)相功能。通過在功率模塊輸入端連接三相隔離變壓器,將輸出電路與交流輸入隔離。隔離變壓器具有電壓變換功能及有源濾波抗干擾功能。隔離變壓器在交流電源輸入端的特點為: 若電網(wǎng)三次諧波和干擾信號比較嚴重,采用隔離變壓器,可以去掉三次諧波和減少干擾信號;

采用隔離變壓器可以產(chǎn)生新的中性線,避免由于電網(wǎng)中性線不良造成設備運行不正常;非線性負載引起的電流波形畸變(如三次諧波)可以隔離而不污染電網(wǎng)。

隔離變壓器在交流電源輸出端的特點為:防止非線性負載的電流畸變影響到交流電源的正常工作及對電網(wǎng)產(chǎn)生污染,起到凈化電網(wǎng)的作用;在隔離變壓器輸入端采樣,使得非線性負載電流的畸變不影響取樣的準確性,得到能反應實際情況的控制信號。

對于小功率或者中等功率的使用場合,可以采用單相橋式半控的方法作為其整流主回路。電路組成可以選擇晶閘管模塊作為主回路,使用KC04芯片作為晶閘管模塊的移相觸發(fā)電路。通過調(diào)節(jié)KC04的控制電壓控制晶閘管的導通角,從而得到隨控制電壓變化的直流脈動電壓。

1.3 串聯(lián)反饋晶體管電路

可控整流輸出的電壓經(jīng)電容整形濾波后的電壓仍然具有較大的紋波,波動很大,而且很容易受電網(wǎng)電壓的影響,并且單純控制晶閘管的導通角得到的輸出電壓呈明顯的脈動和非線性。這就要求系統(tǒng)在可控整流電壓輸出端添加串聯(lián)反饋調(diào)整電路,使輸出電壓達到設計要求。其穩(wěn)壓原理是調(diào)整元件的動態(tài)電阻,它是隨輸出電壓的變化而自動變化的。當負載電阻變小使輸出電壓降低時,調(diào)整元件的動態(tài)電阻便會自動變小,從而使調(diào)整元間兩端的壓降降低,確保輸出電壓趨近原來的數(shù)值。串聯(lián)反饋調(diào)整電路的框圖如圖3所示,包括調(diào)整管、取樣電路、基準電壓源和比較放大器等部分。輸入電壓經(jīng)過調(diào)整元件調(diào)節(jié)后,變成穩(wěn)定的輸出電壓,取樣電路與基準電壓相比較,并把比較后的誤差信號送入放大器,增強反饋控制效果。采用串聯(lián)反饋調(diào)整型穩(wěn)壓電路,輸出電壓范圍不受調(diào)整元件本身耐壓的限制,而且各項技術指標均可以做得很高。但是過載能力差,瞬時過載會使調(diào)整元件損壞,需要添加過載保護電路。

1.4 調(diào)整元件控制電路設計

在該電源系統(tǒng)中,采用大功率MOSFET作為調(diào)整元器件,與三相橋式移向控制一起組成輸出電壓控制環(huán)。

1.4.1 三相調(diào)壓模塊的控制

由于采用三相調(diào)壓模塊,所以只需對調(diào)壓模塊進行控制,即可完成整流輸出功能。盡管三相模塊中控制電壓與晶閘管的導通角呈線性關系,如圖2所示,晶閘管的輸出電壓與晶閘管導通角的變化卻呈非線性關系;同時,為了保證電源功率輸出調(diào)整管集-射級之間的電壓差基本穩(wěn)定,便于控制功耗,提高電源安全性,需要使電源功率調(diào)整管的輸入電壓基本呈線性變化。這里采用對控制電壓進行非線性處理后,再輸入到三相整流模塊控制端的方法?？刂戚斎腚妷航?jīng)過二極管后作用到運算放大器,利用二極管的非線性特性與三相模塊的非線性進行匹配,基本上可以使計算機輸出的控制電壓與晶閘管整流輸出的電壓呈現(xiàn)線性比例關系。電壓輸入/輸出特性如圖4所示,線路如圖5所示。

1.4.2 功率MOSFET的控制

該電源選用功率MOSFET作為調(diào)整元件,為電壓控制型器件,在驅(qū)動大電流時無需驅(qū)動級,具有高輸入阻抗,工作頻率寬,開關速度高以及優(yōu)良的線性區(qū)。為了保證電源的可靠性與安全性,需要將強電控制部分與弱電控制部分進行隔離。在此采用光電耦合器完成地的隔離,具體過程如圖6所示。

MOSFET的控制電壓由計算機提供,經(jīng)過F/V變換器、光電耦合器、V/F變換器變換后與取樣電路取來的電壓信號同時作用在比較放大器的輸入端,通過與基準電壓進行比較,比較放大器將輸出相應的電壓去控制MOSFET,以穩(wěn)定輸出電壓。由于負載電流較大,因此MOSFET需采用并聯(lián)連接方式,增加輸出電流,確保在大電流情況下電源的正常工作。并聯(lián)運用時,各管的參數(shù)盡量一致,可以在發(fā)射極串聯(lián)均流電阻,利用負反饋減小電流分配的不均勻。電路如圖7所示。

2 監(jiān)控管理設計

2.1 電源保護電路

由于采用串聯(lián)反饋型穩(wěn)壓電路作為電壓控制環(huán),因此在測功機發(fā)生短路或者過載時會有很大的電流流過調(diào)整管MOSFET,并且所有輸入電壓幾乎都加在調(diào)整管的集-射級之間,很容易將其燒壞,因此添加保護電路是必需的。常用的過電流保護電路有限流型、截止型和減流型。這里采用晶體管截止型保護電路,其原理是當負載電流達到限流值,過電流保護電路使穩(wěn)壓電源進人截止狀態(tài),并不再恢復,使穩(wěn)壓電源與負載得到有效的保護。其優(yōu)點是:這時的電源調(diào)整管功耗為零,最大缺點是:屬沖擊性負載時,容易誤動作,使穩(wěn)壓電源進人過流保護

狀態(tài),且一旦進入過電流保護狀態(tài)后,即使過電流狀態(tài)解除,也不能自動復位。具體線路如圖8所示,當電流超過額定負載時,采樣電阻R4兩端電壓上升,使晶閘管SCR導通,晶體管NPN1導通,NPN2截止,這時MOSFET的柵級輸入電壓(即R3處的電壓)被強制拉底,使MOSFET輸出為零;同時,串聯(lián)在過載保護線路中的光耦導通,使三相功率整流模塊的控制信號輸入端接地,串聯(lián)反饋穩(wěn)壓線路的輸入電壓為零,起到保護元件的作用。

由于電網(wǎng)自身原因或者電源輸入接線不可靠,電源有可能會運行在缺相的情況下,而且掉相運行不易被發(fā)現(xiàn)。當電源缺相運行時,整流橋上的電流會不平衡,容易造成損毀,因此必須加入缺相保護電路,以進行缺相保護。電路原理圖如圖9所示,當ABC三相有一相發(fā)生缺相時,其對應的電源指示燈熄滅,缺相指示燈亮起,并且通過光耦輸出信號到繼電器驅(qū)動,此時繼電器吸合,將三相功率模塊的控制輸入與地短接,使可控整流輸出為零,起到保護電源的作用。

2.3 過熱保護

在電源處于長時間大電流工作狀態(tài)或者工作環(huán)境比較惡劣時,電源的內(nèi)部溫度很高,會影響電源的可靠性。有資料表明,電子元器件溫度每升高2 ℃,可靠性下降10%,這就意味著溫度升高50 ℃時的工作壽命只有溫度升高25 ℃時的1/6。因此,為了避免功率器件過熱損壞,必須對電源的溫度進行控制。通過控制MOSFET的管壓降可以控制MOSFET上的功率,從而減少發(fā)熱量,降低溫度的升高。

在電路設計中增加一個光電耦合器反饋可以完成這個目的,當MOSFET兩端管壓降過高時,光耦導通,光耦輸出信號反饋至三相調(diào)壓模塊的控制輸入,使其輸出的控制電壓降低,從而降低MOSFET兩端的管壓降,在保證電源正常工作的前提下,使MOSFET的功率保持在額定范圍以內(nèi)。

當使用環(huán)境較為惡劣或者出現(xiàn)電路故障時,即使對MOSFET兩端電壓進行控制,MOSFET的管芯也可達到很高的溫度,這就需要對MOSFET進行散熱處理,并在MOSFET附近安裝溫度繼電器;當溫度高于溫度繼電器的額定值時,溫度繼電器導通,通過一個光耦將導通信號傳遞到三相功率模塊的輸入端,使其輸入為零,從而使電源功率調(diào)整管的輸入電壓為零,起到保護調(diào)整元件的作用。當溫度回到正常時,電路可自動恢復工作。

各種保護電路與主回路的關系如圖10所示。

3 結 語

經(jīng)連續(xù)負載試驗,該設備各項指標均達到技術要求。經(jīng)過不斷的完善和改進,使其性能穩(wěn)定,工作可靠。采用晶閘管三相橋式移相控制和功率MOSFET調(diào)整兩個控制環(huán)聯(lián)合控制,可以有效提高電源的穩(wěn)定度,降低電源的紋波;采用三相隔離變壓器接入電網(wǎng),可以提高電源的安全性,降低對電網(wǎng)功率的要求;采用集成三相功率調(diào)壓模塊,減少了電路的復雜程度;通過添加各種保護電路,在設備出現(xiàn)不正常運轉時,及時切斷三相輸入,保護元件不受到損壞。由于采用截止型保護電路,電源不能自動復位,所以在環(huán)境條件允許的情況下,可以采用開關型過電流保護,解決了限流型的高功率損耗,減流型的鎖定效應和截止型的手動復位等問題。該電源主要用于需要大功率線性調(diào)壓的場合,也可用作大功率高穩(wěn)定度線性穩(wěn)壓電源使用。

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第9篇：直流穩(wěn)壓電源電路的設計范文

【關鍵詞】實踐操作興趣成功快樂自信心

當前中職生最突出的現(xiàn)象主要表現(xiàn)在惰性強、不自信、不求上進等方面。產(chǎn)生這些現(xiàn)象的原因有以下幾方面：首先是許多中職生都是單親或留守家庭的孩子，父母對孩子的教育管得太少或管得方法不對導致孩子自小成績較差、缺乏自信。其次是中職生年齡普遍較小，有的初中還沒畢業(yè)就來中職校學習了；有的還處在青春年少叛逆期，不能全面分析面對的問題和疑惑；有的對自己認識不足，沒有形成健康正確的自我意識；很多學生無法具備較強的自信心。再次是他們大多數(shù)都是獨生子女，嬌氣任性、自私冷漠、耐挫力差。一旦遭遇挫折或批評，便變得灰心喪氣，萎靡不正。第四是中職生基礎教育底子弱或自身努力不夠，甚至自暴自棄，導致老師和社會評價不高，加劇了他們自信心的缺乏。第五是當前教育體制或教育方法不當。有些孩子僅僅因為智力發(fā)育慢了半拍或?qū)W習的興趣有些差異，就被當作另類看待，結果導致成績越來越差，學習興趣越來越低，形成惡性循環(huán)。

現(xiàn)代社會，學習是終生任務，不可能一次完成，在學校幾年的學習，也沒辦法決定一個人終生的發(fā)展和成就。走出校門，只要堅持終生學習，相信他們就業(yè)后，從基層做起，就會更直接了解社會、接觸下層、熟悉國情，也將更有益?zhèn)€人的成長和成功，更利于未來的發(fā)展。所以，中職生一定要自信。“所謂自信，就是要在認識自我的基礎上充分相信自己：相信自己可以在面對困難與挑戰(zhàn)的時候，將自己最大的潛能釋放出來，相信自己可以在理想和興趣的引導下堅定不移地走向成功。”自信是潛能的放大鏡，自信是成功的推進器，自信是快樂的催化劑。下面就我在直流穩(wěn)壓電源小制作實訓課中，對學生學習自信心的培養(yǎng)談點幾認識和看法。

一、在新課導入明確課程的重要性，激發(fā)學生學習興趣

教師提出問題：現(xiàn)今學生每人都有一部手機，手機在使用當中如果沒電了，手機還能用嗎？多數(shù)學生不用思考就能快速回答：“不能用。但是手機電池一充電就可以用了”。聰明、表現(xiàn)好的學生教師要及時鼓勵他們、表揚他們，并告訴他們直流穩(wěn)壓電源的應用及其重要性。

直流穩(wěn)壓電源在電源技術中占有十分重要的地位，是為各種電子電路提供直流工作電壓，是電路的心臟。當今社會人們極大的享受著電子設備帶來的便利，但是任何電子設備都有一個共同的電路――電源電路?？梢哉f電源電路是一切電子設備的基礎，沒有電源電路就不會有如此種類繁多的電子設備。電子設備對電源電路的要求就是當電網(wǎng)電壓波動或者負載改變時，能保持輸出直流電壓基本不變的電源電路。提供這種穩(wěn)定的直流電能的電源就是直流穩(wěn)壓電源。其次在職業(yè)教育的電子技能訓練課程中，學生首先遇到的就是要解決電源問題，否則電路無法工作、電子制作無法進行，學習就無從談起。

“興趣是人對認識和活動需要的情緒表現(xiàn)，是積極探究事物的認識傾向”。學生一旦對學習發(fā)生了興趣，各種感官包括大腦都會處于一種活躍的狀態(tài)，從而為參與學習活動提供最佳的心理準備。

二、設計合理的教學案例，讓學生成為課堂的主人

對機電技術應用專業(yè)的中職學生，要根據(jù)學生的實際情況、學校培養(yǎng)學生的目標而設計的一套行之有效的教學案例，引導學生成為課堂的主人。一節(jié)課45分鐘，教師占用的時間一般不超過十五分鐘，其余的三十分鐘完全交給學生活動。葉圣陶先生曾說：“上課，在學生是報告和討論，不是一味地聽講；在老師是指導和糾正，不是一味的講解”。學生的知識不是靠老師“灌”出來的，而是靠學生在課堂主動思考，主動參與，動手實踐，課后查找資料，課堂熱烈討論的過程中，自己“掙”來的。老師在這個過程中更重要的是做好“導演”，設計好課堂教學過程，設計好案例、項目、問題、任務，激發(fā)學生參與的熱情。學生在學習電阻的讀數(shù)及其組成的簡單的串、并、混聯(lián)電路；有關的焊接知識；萬用表的應用、信號發(fā)生器、示波器等儀器儀表之后，結合已有的知識，對課本的內(nèi)容進行刪除、調(diào)節(jié)、設置。具體實訓步驟如下：

（一）按照電路原理圖一進行安裝。在安裝中，學生遇到新圖形符號時會

及時提問，此時老師就要教會學生認識元件、檢測元件，極性的判別等，如圖中的變壓器、二極管、電容、LM317、電阻、電位器等。引導學生按元件順序逐一安裝上電路板（因是用萬能板），當中遇到大的、重的元件可以在電路板上預留些地方最后裝上。把課堂的話語權還給學生，讓學生輕松地自主學習，并成為課堂的主角。教師是教學過程的策劃者、組織者、合作者，而學生是整個學習過程的主角，主要發(fā)揮掌控課堂，提示重難點，引導和適時糾錯的作用。

（二）用儀器儀表測量電路中的關鍵點。

（三）引導學生繪畫出穩(wěn)壓電源的整體方框圖

通過把課堂交給學生，激發(fā)學生學習熱情，能有效提高學習效率。成功制作直流電源，讓學生獲得了成功和快樂，讓學生自信起來，讓學生認識自我、充滿自信、充滿激情和熱情。創(chuàng)造自我、超越自我，是這個年齡段和這個學歷層次的學生們前行的方向。同時通過實訓課保證了理論知識的層次性、系統(tǒng)性、具有很好實踐培訓特點，突出培養(yǎng)和訓練學習者的學習能力、操作能力、應用設計能力、崗位工作能力、對學生走上工作崗位并適應崗位有很大幫助作用，從而改變了傳統(tǒng)教學中課堂上教者滔滔不絕，學者昏昏欲睡，效果不理想的現(xiàn)象。通過實訓課讓學生體會親力親為做實驗時，要將每個步驟，每個細節(jié)弄清楚；實驗后加強復習，思考，增強學習印象。同時做實驗時，老師可以根據(jù)自己的親身體會，將一些課本上沒有的知識教給學生，拓寬了學生的眼界，使學生認識到這門課程在生活中重要性。

三、引導學生通過各種渠道獲取學習資源，拓展知識面

在新課標指導下改革教學方法，將計算機技術，網(wǎng)絡技術，影視技術，多媒體課件引入教學中，使教學圖文并茂，聲樂并存，對學生理解抽象概念、熟悉實際電子線路、增加對電子技術的興趣、培養(yǎng)實際能力等諸方面應有很大的幫助。讓學生由“被動”學習變?yōu)椤爸鲃印睂W習。一節(jié)課教學的時間和空間是有限制的，教師在有限的教學時間內(nèi)，發(fā)揮好課堂教學向課外輻射的作用，引導學生通過各種渠道獲取學習資源，使有限的時間、空間獲得無限的延伸，使課內(nèi)外學習相結合，做到“取法于課內(nèi)，得益于課外”。在具體操作中教師要充分地分析教材，鼓勵學生通過各種渠道收集與課堂教學有關的資料。教師要親自弄清楚從何處可以收集到這些信息，并且給不同層次的學生推薦不同的途徑去獲取信息，同時還要引導學生對查獲的資料進行歸納、提煉。

課堂生活是要讓學生成為課堂的主人，使他們的想象力飛起來，思維動起來，語言活起來。這就要求教師要在不斷的實踐中反思，不斷地提高，與新課標一同成長！