【文章內(nèi)容簡介】 的電池電源電路。不過你可不要小看了這個電池電源電路，比較新型的電路完全具備電池能量 提醒、掉電保護等高級功能?？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，我們的生活也就不會這么豐富多彩了。由于電子技術的特性，電子設備對電源電路的要求就是能夠提供持續(xù)穩(wěn)定、滿足負載要求的電能，而且通常情況下要求提供穩(wěn)定的直流電能。提供這種穩(wěn)定的直流電能的電源就是直流穩(wěn)壓電源。直流穩(wěn)壓電源在電源技術中占有十分重要的地位。 直流電源的簡介 線性電源 電源是電子設備的心臟部分，其質量的好壞直接影響著電子設備的可靠性，而且電子設備的故障 60%來自電源，因此作為電子 設備的基礎元件，電源受到越來越多的重視?，F(xiàn)代電子設備使用的電源大致有線性穩(wěn)壓電源盒開關電源兩大類。所謂線性穩(wěn)壓電源，是指在穩(wěn)壓電源電路中的調(diào)整管是工作在線性放大區(qū)。將 220V、 50HZ 的工頻電壓經(jīng)過線性變壓器降壓以后，經(jīng)過整流、濾波和穩(wěn)壓，輸出一個直流電壓。線性穩(wěn)壓源的優(yōu)點是：電源穩(wěn)定度及負載穩(wěn)定度較高；輸出紋波電壓小；瞬態(tài)響應速度快；線路結構簡單，便于維修；沒有開關干擾。缺點是：功耗大、效率低，其效率一般只有 35%~60%；體積大、質量重、不能微小型化；必須有較大容量的濾波電容。其中，交換效率低下是線性穩(wěn) 壓電源的重要缺點，造成了資源的嚴重浪費。在這種背景下，開關電源應運而生。 開關電源 湖南工業(yè)大學科技學院畢業(yè)設計（論文） 2 任何電子設備均需直流電源來供給電路工作。特別是采用電網(wǎng)供電的電子產(chǎn)品。為了適應電網(wǎng)電壓波動的電路的工作狀態(tài)變化，更需要具備適應這種變化的直流穩(wěn)壓電源。隨著電子技術的發(fā)展，人們對如何提高電源的轉換效率，增強對電網(wǎng)的適應性，縮小體積，減輕重量進入了深入的研究。七十年代，便應用于電視機的接收，現(xiàn)在已經(jīng)廣泛用于彩電，錄像機，計算機等行業(yè)。開關穩(wěn)壓的優(yōu)越性還體現(xiàn)在：功耗小、效率高。晶體管在激勵信號的激勵下，交替的工作在導通 截止的開關狀態(tài)，轉換速度很快，頻率一般為 50kHz 左右。開關晶體管的功耗很小，電源的效率可以大幅度的提高，達到 80%以上。體積小、重量輕。開關穩(wěn)壓電源里沒有采用笨重的工頻變壓器。調(diào)整管上的耗散功率大幅度降低以后，省去了較大的散熱片。穩(wěn)壓范圍寬。開關電源的輸出電壓是由激勵信號的占空比來調(diào)節(jié)的，輸入信號電壓的變化可以通過調(diào)頻或調(diào)寬來控制，在工頻電網(wǎng)電壓變化較大時，它仍能保證有效的穩(wěn)定輸出電壓。開關穩(wěn)壓電源實現(xiàn)穩(wěn)壓的方法也比較多，可以根據(jù)實際應用的要求，靈活的選用各種類型的開關穩(wěn)壓電源。電路形式靈活多樣。開關穩(wěn) 壓電源的主要問題是電路比較復雜。輸出紋波電壓較高，瞬態(tài)響應差，并且存在較為嚴重的開關干擾。當今，開關穩(wěn)壓電源的進一步推廣應用的困難是它的制作技術難度大，維修麻煩和成本高。開關穩(wěn)壓電源的效率是與開關管的變換速度成正比的。開光穩(wěn)壓電源中采用了開關變壓器，使之由一組輸入，得到極性，大小各不相同的多組輸出。要進一步提高效率，必須提高電源的工作頻率。但是，當頻率提高以后，對整個電路元器件的要求，有了進一步的提高。這是需要解決的第二個問題。工作在線性狀態(tài)的穩(wěn)壓電源，具有穩(wěn)壓和濾波的雙重作用，因而串聯(lián)線性穩(wěn)壓電源不產(chǎn)生開 關干擾 ，且紋波電壓輸出較小，但是，在開關穩(wěn)壓電源中的開關管工作在開關狀態(tài)，其交變電壓和輸出電流會通過電路中的元器件產(chǎn)生較強的尖峰干擾和諧振干擾。這些干擾會進入市電電網(wǎng)，影響鄰近的電子設備的正常工作?？朔@一缺點，進一步提高它的使用范圍，是要解決的第三個問題。 穩(wěn)壓電源的發(fā)展 說到穩(wěn)壓問題，可以追溯到 19 世紀，愛迪生發(fā)明電燈時，就曾考慮過穩(wěn)壓電源。到 20 世紀初，就已經(jīng)出現(xiàn)了鐵磁穩(wěn)壓電源及相應的技術文獻。電子管問世不久，就有人設計了電子管直流穩(wěn)壓電源。在 20 世紀 40年代后期，電子器件與磁飽和元件相結合 ，構成了電子控制的磁飽和交流穩(wěn)壓電源，全今還在應用。 20 世紀 50 年代，隨著半導體工業(yè)的飛速發(fā)展，晶體管的誕生使串聯(lián)調(diào)整型晶體管穩(wěn)壓電源構成了直流穩(wěn)壓電源的中心，這種局面一直維持到 20 世紀 60年代中期。這種電源雖然性能優(yōu)良，但它最大的缺點是由于功率調(diào)整管與負載串聯(lián)，并且 — 晶體管工作在線性區(qū)域，穩(wěn)壓電湖南工業(yè)大學科技學院畢業(yè)設計（論文） 3 源的輸出電壓調(diào)節(jié)與穩(wěn)定借助于功率晶體管上電壓降的調(diào)整來實現(xiàn)，因而在輸出電壓低、電流大的場合，效率非常低且功率晶體管發(fā)熱也很厲害，散熱便成了很大的問題。隨著半導體技術的進步，電子設備開始從分立元器件進入集成電路時代， 體積日益減小，裝機密度不斷提高，規(guī)模容量逐漸增大。這種晶體管串聯(lián)型常規(guī)電源難以滿足形勢發(fā)展的問題日益暴露。 20 世紀 60 年代后期，科技工作者對穩(wěn)壓電源技術進行了一次新的總結，使開關電源和可控硅電源得到了快速發(fā)展。于此同時，將穩(wěn)壓電源的大部分元器件都集成在一塊硅基片上的集成穩(wěn)壓電源也在不斷發(fā)展。從 1967 年美國BobWidlar 發(fā)明了第一塊集成穩(wěn)壓電源 uA723 至今，集成穩(wěn)壓電源品種之多、系列之全使人們刮目相看。目前，線性集成穩(wěn)壓電源已經(jīng)發(fā)展到幾百個品種，類型也多種多樣。按結構形式可以分為串聯(lián)型和并聯(lián)型集成穩(wěn)壓 電源；按輸出電壓類型可以分為固定式和可調(diào)式集成穩(wěn)壓電源；按管腳的引線數(shù)目可以分為三端式和多端式集成穩(wěn)壓電源；按制造工藝可以分為半導體式、薄膜混合式和厚膜混合式集成穩(wěn)壓電源；按輸入和輸出之間的壓差又可以分為一般壓差和低爪壓兩大類，等等。 課題的研究背景及意義 穩(wěn)壓電源是各種電子電路的動力源，被人譽為電路的心臟。人所皆知，所有用電設備，包括電子儀器儀表、家用電器等，對供電電壓都有一定的要求。例如：有些電視機要求 220V 的電網(wǎng)電壓變化不能超過正負 20%，即從 198V 到 242V 之間，如果超出這個范圍，電視機就 不能正常收看，甚至會因電壓過高而燒壞電視機。至于精密電子儀器，對供電電壓保持穩(wěn)定不變的要求就更加嚴格。為解決用電設備要求供電穩(wěn)定，而市電電網(wǎng)電壓又難以保證的供求矛盾，人們便研制了各種各樣的穩(wěn)壓電源。 事實上，穩(wěn)壓電源的輸出，是相對穩(wěn)定而并非絕對不變的，它只是變化很小，小到可以允許的范圍之內(nèi)。產(chǎn)生這些變化的原因主要有以下幾個方面： （ 1）由于電網(wǎng)輸入電壓不穩(wěn)定所導致。電網(wǎng)供電有高峰期和低谷期，不可能始終穩(wěn)定如初； （ 2）由于供電對象引起的，即由負載變化引起。如果負載短路，負載電流會很大，電源的輸出電壓會趨近于 零，時間一長還會燒壞電源；如果負載開路，沒有電流流過負載，輸出電壓將會升高。即使不是這兩種極端情況，負載電阻的變化也會引起穩(wěn)壓電源輸出電壓的變化； （ 3）由于穩(wěn)壓電源本身造成的，構成穩(wěn)壓電源的元器件質量不好，參數(shù)有變化或完全無效，就不可能有效的調(diào)節(jié)前兩種原因引起的波動； （ 4）由于元器件受溫度、濕度等環(huán)境影響而性能改變也會影響穩(wěn)壓電源輸出不穩(wěn)湖南工業(yè)大學科技學院畢業(yè)設計（論文） 4 定。 一般來說，穩(wěn)壓電源電路的設計首先考慮前兩種因素，并針對這兩種因素設計穩(wěn)壓電源中放大器的放大量等。在選擇元器件時，要重點考慮第三個因素。但在設計高精度穩(wěn)壓電源時，必 須要高度重視第四個因素。因為在高穩(wěn)定度電源中，溫度系素和溫漂這兩個關鍵的技術指標的好壞都由這個因素決定。 本論文所完成的內(nèi)容 本論文主要研究了以 LM317/LM337 芯片為核心的雙輸出可調(diào)穩(wěn)壓電源設計，畫出了雙輸出可調(diào)穩(wěn)壓電源的電路圖，并對其用 proteus 軟件進行仿真，本文的主要內(nèi)容安排如下： （ 1）第一章介紹了直流電源的發(fā)展，以及課題的研究背景和意義。 （ 2）第二章介紹了穩(wěn)壓電源的分類、組成及技術指標。 （ 3）第三章完成雙輸出可調(diào)穩(wěn)壓電源的結構和電路設計，給出了變壓電路、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓 電路的具體電路。 （ 4）第四章是用 proteus 仿真軟件對整個電路進行仿真和分析，并給出了仿真結果。 湖南工業(yè)大學科技學院畢業(yè)設計（論文） 5 第 2 章 穩(wěn)壓電源的分類、組成及技術指標 穩(wěn)壓電源的分類 穩(wěn)壓電源的分類沒有明確的含義和界限，一般都是按照習慣或通用的方法進行，在此簡單介紹幾種。以穩(wěn)壓電源穩(wěn)定的對象來分類，可以分為交流穩(wěn)壓電源和直流穩(wěn)壓電源兩種。交流穩(wěn)壓電源的輸出電壓是交流的，直流穩(wěn)壓電源的輸出電壓是直流的，兩者通常都用交流電網(wǎng)供電。 以穩(wěn)壓電源的穩(wěn)定方式來分類，可以分為參數(shù)穩(wěn)壓電源和反饋調(diào)整型穩(wěn)壓電 源兩種。參數(shù)穩(wěn)壓電源主要是利用元器件的非線性實現(xiàn)穩(wěn)壓。例如，僅用一只電阻和一只硅穩(wěn)壓管二極管就能夠參數(shù)穩(wěn)壓電源。反饋調(diào)整型穩(wěn)壓電源是一個負反饋閉環(huán)自動調(diào)整系統(tǒng)，它把穩(wěn)壓電源輸出電壓的變化量，經(jīng)過取樣、比較放大、再反饋給控制調(diào)整元器件，使輸出電壓得到補償而趨近于原值，從而達到穩(wěn)壓。 以穩(wěn)壓電源的調(diào)整元器件與負載的連接方式來分類，可以分為并聯(lián)穩(wěn)壓電源和串聯(lián)穩(wěn)壓電源兩種。調(diào)整元器件與負載并聯(lián)的叫做并聯(lián)穩(wěn)壓電源或分流式穩(wěn)壓電源。它通過調(diào)整元器件流過電流的多少來適應輸入電網(wǎng)電壓的變化及負載電流的變化，以保持輸出電壓的 穩(wěn)定。這種穩(wěn)壓電源效率較低，只有某些專用場合才適用。調(diào)整元器件與負載串聯(lián)的穩(wěn)壓電源叫做串聯(lián)穩(wěn)壓電源。在這種穩(wěn)壓電源中，調(diào)整元器件串接于輸入端和輸出端之間，輸出電壓就依靠調(diào)整元器件改變自身的等效電阻來維持恒定。調(diào)整元器件如果是晶體管，就是我們通常所說的晶體管串聯(lián)穩(wěn)壓型穩(wěn)壓電源。 以調(diào)整元器件的工作狀態(tài)來分類，可以分為線性穩(wěn)壓電源和開關穩(wěn)壓電源。調(diào)整狀態(tài)元器件工作在線性狀態(tài)的是線性穩(wěn)壓電源，調(diào)整狀態(tài)元器件工作在開關狀態(tài)的是開關穩(wěn)壓電源。開關穩(wěn)壓電源又有很多分類，例如自激式、它激式、斬波式、推挽式、半橋式和全橋式 等。 直流穩(wěn)壓電源的基本組成 直流穩(wěn)壓電源要將 220V 工頻交流電轉換成穩(wěn)壓輸出的直流電壓，它需要經(jīng)過變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓四個環(huán)節(jié)才能完成，基本框圖如圖 所示 : 湖南工業(yè)大學科技學院畢業(yè)設計（論文） 6 圖 四個環(huán)節(jié)工作原理如下： （ 1）電源變壓器：是降壓變壓器，它將電網(wǎng) 220V 交流電壓變換成符合需要的交流電壓，并送給整流電路，變壓器的變化由電壓器的副邊電壓確定。 （ 2）整流電路：整流電路將交流電壓變換成脈動的直流電壓。常用的整流電路有全波整流、橋式整流等。橋式整流電路是由四個二級管構成的一個整流電路， 電壓提供可以是一組交流電源輸出為全波的脈動直流電。其優(yōu)點是輸出電壓高，紋波電壓較小，管子所承受的最大反向電壓較低，同時因電源變壓器在正負半周內(nèi)部有電流供給負載，電源變壓器得到了允分的利用，效率較高。因此，這種電路在半導體整流電路中得到了頗為廣泛的應用。 （ 3）濾波電路：整流電路是將交流電變成直流電的一種電路，但其輸出的直流電的脈動成分較大，而一般電子設備所需直流電源的脈動系數(shù)要求小于 。故整流輸出的電壓必須采取一定的措施．盡量降低輸出電壓中的脈動成分，同時要盡量保存輸出電壓中的直流成分，使輸出電壓接近 于較理想的直流電，這樣的電路就是直流電源十的濾波電路。盡管經(jīng)過整流濾波后電壓接近于直流電壓，但是其電比值的穩(wěn)定性很差，它受溫度、負載、電網(wǎng)電壓波動等因素的影響很大，因此，還必須有穩(wěn)壓電路，以維持輸出直流電壓的基本穩(wěn)定。 （ 4）穩(wěn)壓電路：穩(wěn)壓電路的功能是使輸出的直流維持穩(wěn)定，基本不隨交流電網(wǎng)電壓和負載的變化而變化。 直流穩(wěn)壓電源的技術指標 穩(wěn)壓電源的技術指標可以分為兩大類：一類是特性指標，反映直流穩(wěn)壓電源的固有特性，如輸出電壓、輸出電流及電壓調(diào)節(jié)范圍；另一類是質量指標，反映一個直流穩(wěn)壓電源的優(yōu)劣，包括 穩(wěn)定度、等效內(nèi)阻 (輸出電阻 )、紋波電壓及溫度系數(shù)等。 湖南工業(yè)大學科技學院畢業(yè)設計（論文） 7 特性指標 （ 1）輸出電壓范圍 輸出電壓范圍是指符合直流穩(wěn)壓電源工作條件情況下，能夠正常工作的輸出電壓范圍。該指標的上限是由最大輸入電壓和最小輸入 — 輸出電壓差所規(guī)定，而其下限由直流穩(wěn)壓電源內(nèi)部的基準電壓值決定。 （ 2）最大輸入一輸出電壓差 該指標表征在保證直流穩(wěn)壓電源正常上作條件下，所允許的最大輸入一輸出之間的電壓差值，其值主要取決于直流穩(wěn)壓電源內(nèi)部調(diào)整晶體管的閘壓指標。 （ 3）最小輸入一輸出電壓差 該指標表征在保證直流穩(wěn)壓電源正常工作條件下， 所需的最小輸入 — 輸出之間的電壓差值。 （ 4）輸出負載電流范圍 輸出負載電流范圍