1、毕业论文 - 本科 毕业论文 (设计 ) 题 目： 可调式直流稳压电源的设计 学 院： 学生姓名： 专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 指导教师： 起 止 日期： 毕业论文 - 可调式直流稳压电源的设计 摘要 本文设计的是 可调式直流稳压电源 ， 它主要由变压器、整流电路 、 滤波电路 、稳压电路等几部分所组成 。本文分别对直流稳压电源的各个部分做了详细的分析，并设计了相应得可实现的电路。对稳压部分的设计是难点，本文 详细地阐述了一种应用三端稳压集成电路 LM317 的电路设计方法 ,并且另外阐述了一种基于数模转换电路的可调式直流稳压电源，与传统的稳压电源相比，这种设计方法具有操作方便，电
2、压稳定度高的特点，其输出电压大小采用数字显示，主要用于要求电源精度比较高的设备，或科研实验电源使用。 而采用三端稳压集成器的电路利用 LM317 和电压补偿电路以及软启动电路较好地解决了输出电压从 0V 起调和输出软启动的问题，该电路具有精度 高 、 操作方便 、 成本低 、 性能可靠 、实用性强 、 调节方便等优点 ， 具有推广 价值 。在数字显示方面，本文，采用了 三位半 LED 显示 A/D 转换器 ICL7107 来实现输出 电压的数字显示， 它不仅外围简单，测量精度高，价格也非常便宜。 关键词： 连续可调；直流稳压电源；电压补偿；软启动；数字显示 毕业论文 - ABSTRACT Th
3、is study focuses on the design of 0-30 V adjustable Dc Voltage Stabilizer, which is mainly consisted of transformer, rectifier circuit, filter circuit and voltage circuit. Every individual components of Dc Voltage Stabilizer were introduced in detail. The relative realized circuit was designed. Acco
4、rdingly, the design of voltage was really a challenge faced in this research. This paper comprehensively demonstrated a design method of the three integrated circuit LM 317 voltage circuit. Additionally, it introduced a d/a transformation-based adjustable Dc Voltage Stabilizer which, compared to tra
5、ditional adjustable Dc Voltage Stabilizer, is easily operated and has high voltage stability. For this category, its output of voltage is through digital display and it is mainly applied for the equipment sophisticatedly required in power accuracy, or the research supply. The three terminal regulato
6、r applied circuit can more efficiently solve out the problems of the output voltage starting from 0V and the soft stat-up, according to use voltage circuit LM317, voltage compensation circuit, voltage compensation circuit and soft start-up circuit. This circuit is characterised with high accuracy, e
7、asy operation, low cost, reliable performance and strong practical, convenient adjustment and has promotion value. In digital display, this study applied three and A half LED display A/D converter ICL7107 to achieve the display of voltage output, where this approach is highlighted to be peripherally
8、 simple, highly accurate, and cost-benefit. Kyword:Continuing Adjust； DC Power Supply； Voltage compensation； Soft star；Digital display 毕业论文 - 目录 前言 . 1 第 1 章 绪论 . 3 1.1 绪论 . 3 1.2 设计思路 . 3 第 2 章 电源单元电路设计 . 4 2.1 电源变压器 . 4 2.2 整流电路 . 4 2.3 滤波电路 . 6 2.4 稳压电路 . 9 2.4.1 稳压电路的概况 . 9 2.4.2 稳压方案的选择 . 9 第 3
9、 章 采用三端集成稳压器设计的直流稳压电路 . 12 3.1 三端集成稳压器 . 12 3.2 电压补偿电路的设计 . 12 3.3 软启动电路设计 . 13 3.4 改进方案 . 14 3.5 整体电路图 . 14 3.6 元件的选择 . 15 3.7 数字显示电路 . 15 3.7.1 三位半 LED 显示 A/D 转换器 ICL7107 . 15 3.7.2 ICL7107 外围电路图 . 16 3.7.3 ICL7107 的工作原理与相关参数计算 . 16 3.8 整体电路 . 18 第 4 章 基于数模转换电路设 计的可调直流稳压电路 . 19 4.1 电源设计思路 . 19 4.2
10、 系统硬件设计 . 19 4.2.1 系统面板设计及控制原理图 . 19 4.2.2 “+”, “ -” 键控制的可逆计数器的设计 . 20 4.2.3 显示系统设计 . 22 毕业论文 - 4.2.4 D/A 转换电路 . 23 4.2.5 调整输出的设计 . 25 4.2.6 电路调试 . 25 4.3 电源供给 . 25 结论 . 27 致谢 . 28 参考文献 . 29 毕业论文 - 前言 电源技术尤其是电子电源技术是一门实践性很强的技术 ， 服务于各行各业 。 电子稳压电源与传统稳压电源电路相比 ， 具 有操作方便 、 电压稳定度高的特点 。 目前 ， 电子式直流稳压电源是电子技术常
11、用的设备之一 ， 广泛应用于我们生活 、 工作 、 科研及各个领域 。 电子电路要正常工作 , 电源必不可少 , 并且电源性能对电路、电子仪器和电子设备的使用寿命、使用性能等影响很大 , 尤其在带有感性负载的电路和设备如电机中 ,对电源的性能要求更高。在很多应用直流电机的场合中 ,要求为电机驱动电路提供个其输出能从开始连续可调一的直流电源 , 并且要求电源有保护功能。实际上就是要求设计一个具有足够调压范围和带负载能力的直流稳压电源电路。该电路的设计关键在于稳压电路的 设计 , 其要求是输出电压从开始连续可调所选器件和电路必须达到在较宽范围内输出电压可调输出电压应能够适应所带负载的启动性能。此外
12、 , 电路还必须简单可靠 , 能够输出足够大的电流。 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。 直流稳定电源按习惯可分为化学电源、线性稳定电源和开关型稳定电源，它们又分别具有各种不同类型： （ 1）化学电源：平常所用的干电池
13、、铅酸蓄电池、镍镉、镍氢、锂离子电池均属于这一类，各有其优缺点。随着科学技术的发展，又产生了智能化电池；在充电电池材料方面，美国研制员发现锰的一种碘化物，用它可以制造出便宜、小巧、放电时间，多次充电后仍保持性能良好的环保型充电电池。 （ 2）线性稳压电源：线性稳定电源有一个共同的特点就是它的功率器件调整管工作在线性区，靠调整管之间的电压降来稳定输出。由于调整管静态损耗大，需要安装一个很大的散热器给它散热 ,而且由于变压器工作在工频（ 50Hz)上 ,所以重量较大。该类电源优点是稳定性高，纹波小，可靠性高，易做成多路，输出连续可调的成品；缺点是体积大、较笨重、效率相对较低。 （ 3）开关型直流稳
14、压电源：电路型式主要有单端反激式，单端正激式、半桥式、推挽式和全桥式。它和线性电源的根本区别在于它变压器不工作在工频而是工作在几十千赫兹到几兆赫兹，功能管不是工作在饱和及截止区即开关状态，开关电源因此而得名。开关电源的优点是体积小，重 量轻，稳定可靠；缺点相对于线性电源来说纹波较大（一般 1% V )( PPo ，好的可做到十几 mV PP 或更小 )。它的功率可自几瓦几千瓦均有产品。 数控电源是从 80 年代才真正的发展起来 的，期间系统的电力电子理论开始建立。这些理论为其后来的发展提供了一个良好的基 础。在以后的一段时间里，数控电源技术有了长足的发展。但其产品存在数控程度达不 到要求、分辨
15、率不高、功 率密度比较低、可靠性较差的缺点。因此数控电源主要的发展 方向，是针对上述缺点不断加以改善。单片机技术及电压转换模块的出现为精确数控电 源的发展提供了有利的条件。新的变换技术和控制理论的不断发展，各种类型专用集成 电路、数字信号处理器件的研制应用，到 90 年代，己出现了数控精毕业论文 - 度达到 0.05V 的数控 电源，功率密度达到每立方英寸 50W 的数控电源。从组成上，数控电源可分成器件、主电路与控制等三部分。目前在电力电子器件方面，几乎都为旋纽开关调节电压，调节精度不高，而且经常跳变，使用麻烦 。 数字化智能电源模块是针对传统 智能电源模块的不足提出的，数字化能够减少生产
16、过程中的不确定因素和人为参与的环节数，有效地解决电源模块中诸如可靠性、智能化 和产品一致性等工程问题，极大地提高生产效率和产品的可维护性。 电源采用数字控制，具有以下明显优点 : （ 1） 易于采用先进的控制方法和智能控制策略，使电源模块的智能化程度更高，性能 更完美。 （ 2） 控制灵活，系统升级方便，甚至可以在线修改控制算法，而不必改动硬件线路。 （ 3） 控制系统的可靠性提高，易于标准化，可以针对不同的系统 (或不同型号的产品 )， 采用统一的控制板，而只是对控制软件做一 些调整即可。 （ 4） 系统维护方便， 一旦出现故障， 可以很方便地通过 RS232 接口或 RS485 接口或 U
17、SB 接口进行调试，故障查询，历史记录查询，故障诊断，软件修复，甚至控制参数的在线 修改、调试 ;也可以通过 MODEM 远程操作。 （ 5） 系统的一致性好，成本低，生产制造方便。由于控制软件不像模拟器件那样存在 差异，所以，其一致性很好。由于采用软件控制，控制板的体积将大大减小，生产成本下降 。 （ 6） 易组成高可靠性的多模块逆变电源并联运行系统。为了得到高性能的并联运行逆 变电源系统，每个并联运行的逆变电源单元 模块都采用全数字化控制，易于在模块之间 更好地进行均流控制和通讯或者在模块中实现复杂的均流控制算法 (不需要通讯 )，从而 实现高可靠性、高冗余度的逆变电源并联运行系统 。 随
18、着人们生活水平的不断提高 ,数字化控制无疑是人们追求的目标之一 ,它所给人带 来的方便也是不可否定的 ,其中数控制直流稳压电源就是一个很好的典型例子 ,但人们对 它的要求也越来越高 ,要为现代人工作、科研，生活、提供更好的，更方便的设施就需要 从数字电子技术入手，一切向数字化，智能化方向发展 . 本文分别介绍了基于数模转换电路设计的直流稳压电源和采用三 端集成稳压器设计的直流稳压电源，两种设计方法分别都有各自的优缺点。以可调式稳压器为核心组成的连续输出的可调的直流稳压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
19、直流电压。在本电源设计中 ,制作了实用的稳压电源 ,更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、价格低、智能化等方面的功能。 毕业论文 - 第 1 章 绪论 1.1 绪论 直流稳压电源一般由电源变压器、整流 电路、滤波电路、稳压电路组成。基本原理如图1.1 所示。 电源变压器是将交流电网 220V 的电压变为所需要的电压值，然后通过整流电路将电压变成脉动的直流电压。由于此脉动的直流电压还含有较大的纹波，必须通过滤波电路加以滤除，从而得到平滑的支流电压。 整流电路的功能是利用二极管的单向导电性，将正弦交流电压转换成单向脉动
20、电压。常见的整流电路有半波整流、全波整流和桥式整流三种类型。 滤波电路的作用是滤除整流电压中得纹波。常用的滤波电路有电容滤波电路、电感滤波电路、LC滤波电路、 RC-型滤波电路、 LC-型滤波电路等。 稳压电路是直流稳压电源中最关键的一部分，它的性能好坏对整个电源的影响很大。常用的稳压电路有四种类型：并联型稳压电路、串联型稳压电路、线性集成稳压电路和开关型集成稳压电路。 图 1.1 直流稳压电源基本原理 1.2 设计思路 设计直流稳压电源要完成以下工作： （ 1）设计变压电路：选用合适的电源变压器将电网电压降到所需要的交流电压值。 （ 2）设计整流滤波电路：降压后的交流电压，通过整流电路整流变
21、成单向脉动直流电压。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。滤波电路一般由电阻电容组成，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。 （ 3）设计稳压电路：稳压电路的作用是在外界因素（电网电压、负载、环境温度）发生变化时，能够输出不受 影响而维持 稳定的直流电压。 （ 4） 设计显示电路，以方便读数。 U1tOU2tOUotOU3tO电 源变 压 器稳 压 器滤 波 器整 流 器U i2 2 0 VU oU1U2U3毕业论文 - 第 2 章 电源单元电路设计 2.1 电源变压器 一般电网电压为交流 220V或 380V，而
22、各种用电设备和电子器件所需的电压又各不相同，所以需要将电网的电压做适当调整。变压器即是把电压升高或降低的一种电气装备， 变压器通常是由线圈、铁芯组成，线圈绕在闭合的铁芯上。它应用了电磁感应的理论，由交变的电场产生磁场，磁场通过闭合的铁芯耦合到次级绕组，从而在次级线圈中产生感应电动势，达到升降压得目的。 由于所需的直流电压比起电网的交流电压在数值上相差较大，考虑到稳压部分中的集成稳压器 LM317 须在输入电压 U1 28V 时才能使输出电压为 U0=1.25V 37.0V.所 以，降压后的电压设为 28V 30V，才能达到要求输出的电压为 0V 30V，即该部分电路采用变压器 TRANS4 把
23、220V 交流市电变为约 28V 的低压交流电，作 为电源的输入电压。 变压器原理示意图如图 2.1 所示，原辅线圈的匝数比为： 1/82/12/1 UUNN （ 2-1） U1 U0 图 2.1 电源变压器 2.2 整流电路 整流电路的功能是利用二极管的单向导电性，将正弦交流电压转换成 单向脉动电压。常见的整流电路有半波整流、全波整流和桥式整流三种类型 : (1)半波整流电路简单，容易操作，但利用率低，且输出脉动大，直流成份低，只能用在输出电流小，要求不高的小功率电路中。 (2)全波整流由半波整流发展而来，有效得提高了整流电路的效率、功率，且脉动小，但全波整流对二极管要求高，体积大，缺点明显
24、。 (3)桥式整流器是由多只整流二极管作桥式连接，外用绝缘塑料封装而成，大功率桥式整流器在绝缘层外添加金属壳包封，增强散热。桥式整流器品种多，性能优良，整流效率高，稳定性好。因此，本设计采用桥式整流器。 桥式整流器是利用二极管的单向导通性进行整流的最常用的电路。用来将交流电转变成直流电。 桥式整流器利用四个二极管，两两对接。输入正弦波的正半部分是两只管导通，得到正的输出；负半部分时，另两只管导通，由于这两只管是反接的，所以输出还是得到正弦波的正半输入正弦波的部分。桥式整流器对输入正弦波的利用效率比半波整流高一倍 。 桥式整流器是由多只整流二极管作桥式连接，外用绝缘朔料封装而成，大功率桥式整流器
25、在绝缘层外添加金属壳包封，增强散热。桥式整流器品种多，性能优良，毕业论文 - 整流效率高，稳定性好，最大整流电流从 0.5A到 50A，最高 反向峰值电压从 50V到 1000V。 本次设计的电路是采用桥式整流电路，把经过降压后的交流电变成单方向的直流电，相比于半波整流、全波整流电路，桥式整流电路的整流效率更高。 具体电路如图 2.2所示，输出波形如图 2.3所示，其主要参数有： （ 1）输出电压平均值 输出电压平均值即整流输出电压 U2 在一个周期内的平均值： VVUwtS in w tdUU 2.25289.029.0 22)(2212 0 （ 2-3） （ 2）脉动系数 S S 定义为整
26、流输出电压的基波峰值 UOLM 与平均值 UO(AV)之比，即： )(00AVLMUUS （ 2-3） 在计算 UOM 时，半波整流的 UO 表示为 当 22 wt 时， wtUU c o s220 当 2 wt 及 wt2 时， 00U 其中 , 22 0 )(c o s2 TT wtn w tdUTan 在桥式整流电路中， n = 2，所以有： 22 2 20 2232)(2222 Uwtw tdc o d w tUaU LM （ 2-4） 由以上几式可得到脉动系数： 67.032222232 22 UUS （ 2-5） （ 3）每个整流管的整流电流平均值 ID（ AV） 假设经过整流后的电流直接接入负载，在负载上得到的平均电流为 UO（ AV） /RL，而每个二极管都只是半周导通，流过的电流是平均电流的一半，即： LAVAVDAVDAVDAVDIAVD RUIIIII )(0)(4)(3)(2)()( 21 （ 2-6） （ 4）每个整流管的反向峰值电压 URM 以正半周时为例，由于 D1 导通，若忽略它的正向压降，则 a， c 两点为等电位，整流管D2 两端的最大电压就是 22U ， 其他三个管也可按同理分析。所以每个管的反向峰值 电压
