穩(wěn)壓電源的研究_畢業(yè)論文

1、穩(wěn)壓電源的研究摘 要直流穩(wěn)壓電源是各類電子設(shè)備的重要組成部分，為設(shè)備提供穩(wěn)定的電壓。目前，在大多數(shù)電子設(shè)備及儀器中，幾乎都必須用到直流穩(wěn)壓電源來使其正常工作，最常用的是能將有效值為220V、頻率為50Hz的交流電網(wǎng)的電壓轉(zhuǎn)換成一定幅值的穩(wěn)定的直流電壓。本文是基于Multisim仿真軟件研究利用可調(diào)式穩(wěn)壓器LM317實現(xiàn)將220V的市電轉(zhuǎn)變?yōu)?.25V12V可調(diào)性輸出的直流穩(wěn)壓電源。整個電源電路主要由變壓器、整流電路、濾波電路以及穩(wěn)壓電路四大部分組成。該類電源具有體積小,穩(wěn)定性好且性價比較高的優(yōu)點。本文主要介紹穩(wěn)壓電源的原理及其具體實現(xiàn)步驟,并分析具體硬件電路的工作原理及具體實現(xiàn)方法。經(jīng)反復(fù)仿真

2、,結(jié)果表明設(shè)計的電源具有靈活的可調(diào)性和良好的控制效果，此類電源可廣泛運用于電子儀器、儀表及其他電子控制電路等實驗場合。關(guān)鍵詞:Multisim；變壓器；整流電路；濾波電路；穩(wěn)壓電路AbstractDC regulated power supply is very important part which can support device to work steadily. Nowadays, almost every electric device must use DC regulated power supply. The way that can translate AC to DC

3、 was wide used in the life.This system which we design is based on Mutisim software. We use LM317 chip to design DC regulated power supply. This system consists of transformer, rectifier, filter and a voltage regulator. In this paper, we introduce the step of DC power supply design and analyze its p

4、rinciple. Thought analyzing many times, we found the result meet the demand. And this power is small and stable and cheap. Therefore, it can widely use in most electric devices.Key Words: Multisim; Transformer; Rectifier ;Filter circuit; Voltage regulator目 錄摘要IAbstractII1 引言11.1穩(wěn)壓直流電源的研究背景11.2穩(wěn)壓電源發(fā)展

5、現(xiàn)狀及前景11.2本文主要研究內(nèi)容及結(jié)構(gòu)安排22 直流穩(wěn)壓電源的實現(xiàn)原理23 穩(wěn)壓電源系統(tǒng)的研究33.1變壓器33.2整流電路43.2.1半波整流43.2.2全波整流53.2.3橋式整流63.3濾波電路83.4穩(wěn)壓電路103.5過流保護133.6直流穩(wěn)壓電源原理圖154 測試結(jié)果及分析154.1測試結(jié)果155 總結(jié)17參考文獻18致謝19181 引言1.1穩(wěn)壓直流電源的研究背景直流穩(wěn)壓電源一般由四大部分組成，它們分別是變壓器部分，整流濾波部分，濾波部分以及穩(wěn)壓器部分。通過變壓器把220V的市電變?yōu)殡娫此枰牡蛪航涣麟?，然后?jīng)過整流器，把交流電變成直流電，但是這時候的直流電并不穩(wěn)定，需要經(jīng)過濾

6、波后，再由穩(wěn)壓器穩(wěn)壓輸出穩(wěn)定的直流電。本設(shè)計采用LM317芯片作為集成穩(wěn)壓電路的芯片，不僅電路簡單，而且電壓可以在1.25V12V內(nèi)連續(xù)可調(diào)，而且它效率高，性能好，有較高的調(diào)整精度，各方面都適合設(shè)計的要求。本電源在市場上很有應(yīng)用前景，可以作為收音機或掌機的外接電源，也可以用作手機電池的充電器，功率高點的還作為小型電視或其他家用電器的電源。直流穩(wěn)壓電源是電子技術(shù)常用的儀器之一，它現(xiàn)在廣泛的應(yīng)用在學(xué)校教學(xué)，科學(xué)研究等領(lǐng)域，是電子設(shè)計人員進行實驗操作和科學(xué)研究必不可少的電子儀器。在日常的電子電路中，供電電源常常要用到穩(wěn)壓直流電源。所以，穩(wěn)壓直流電源具有非常重要的研究意義。在日常生活中，很多家用電器或

7、者IT產(chǎn)品都要用到穩(wěn)壓直流電源供電。但是在實際生活中，我們的家庭用電都是用到220V的交流電網(wǎng)。這就需要通過變壓，整流，濾波，穩(wěn)壓電路來將交流電轉(zhuǎn)換成穩(wěn)壓的直流電，供家用電器使用。變壓器可以將220V的交流電轉(zhuǎn)換成適合用電器的低壓交流電。整流器由二極管組成，用于濾去整流輸出電壓中的紋波。本文主要研究利用可調(diào)式穩(wěn)壓器LM317實現(xiàn)1.25V12V可調(diào)性輸出的直流穩(wěn)壓電源。整個電源電路主要由變壓器、整流電路、濾波電路以及穩(wěn)壓電路四大部分組成。該類電源具有體積小,穩(wěn)定性好且性價比較高的優(yōu)點。該類電源具有靈活的可調(diào)性和良好的控制效果，此類電源可廣泛運用于電子儀器、儀表及其他電子控制電路等實驗場合。1.

8、2穩(wěn)壓電源發(fā)展現(xiàn)狀及前景在電子線路的相關(guān)應(yīng)用中,電源是其必不可的部分,電源系統(tǒng)質(zhì)量的優(yōu)劣和性能的可靠性直接決定著整個電子設(shè)備的質(zhì)量，提供直流能量的就是直流穩(wěn)壓電源 ,在我們?nèi)粘Ｉ钪泻芏嗟胤蕉茧x不開電子設(shè)備，而電子產(chǎn)品的穩(wěn)定性，可靠性和精度與直流穩(wěn)壓電源的性能是否良好有很大的關(guān)系。當(dāng)今世界，科技水平相對以前，必然有巨大的改變，并且有了大提高，電源技術(shù)也隨之發(fā)展,以前它還是一個不太復(fù)雜的電子線路，現(xiàn)已經(jīng)發(fā)展成為具有強大功能的模塊。人們對電源的質(zhì)量、功能和性能要求也隨之變得越來越高。因此設(shè)計性能高，并且能穩(wěn)定工作的直流穩(wěn)壓電源是接下來的趨勢。1.2本文主要研究內(nèi)容及結(jié)構(gòu)安排本文主要研究利用可調(diào)式穩(wěn)

9、壓器LM317實現(xiàn)1.25V12V可調(diào)性輸出的直流穩(wěn)壓電源。整個電源電路主要由變壓器、整流電路、濾波電路以及穩(wěn)壓電路四大部分組成。具體內(nèi)容分為五節(jié)：第一節(jié)引言主要介紹了本課題的背景及研究意義、國內(nèi)外現(xiàn)狀及前景。第二節(jié)主要介紹了直流穩(wěn)壓電源實現(xiàn)的原理。第三節(jié)是本文的重點，分別依次介紹穩(wěn)壓電源系統(tǒng)中的四大模塊，接著將所有模塊連接在一起，完成穩(wěn)壓電源系統(tǒng)的設(shè)計。第四節(jié)根據(jù)設(shè)計的穩(wěn)壓電源系統(tǒng)，分三組測試，說明穩(wěn)壓電源的可調(diào)性。第五節(jié)總結(jié)本次設(shè)計。2 直流穩(wěn)壓電源的實現(xiàn)原理本設(shè)計電路主要采用三端可調(diào)式集成穩(wěn)壓器LM317設(shè)計的1.25V到12V輸出可調(diào)的直流穩(wěn)壓電源。使用時,只需調(diào)節(jié)電源電壓調(diào)節(jié)器,即可

10、得到所需的電壓,使用方便,適應(yīng)范圍較廣。變壓器整流電路濾波電路穩(wěn)壓電路市電220V012V直流電源本電源電路的原理框圖如圖2-1所示 ,其主要由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路四部分所組成。圖2-1 直流穩(wěn)壓電路系統(tǒng)圖u u u u u 0 t 0 t 0 t 0 t 0 t 圖2-2 直流穩(wěn)壓電路的波形變化圖直流穩(wěn)壓電源的電路組成：（1）變壓器電路：變壓器作用就是降壓，它將電網(wǎng)220V交流電壓變換成我們所需要的交流電壓，然后將此電壓送給整流電路。變壓器在選擇的時候，根據(jù)所需電壓和220的比值進行選擇變壓器的變比。（2）整流電路：整流電路是利用二極管的單向?qū)щ娦?，組成橋式整流電路，把5

11、0Hz的正弦交流電變換成脈動的直流電。（3）濾波電路：濾波電路是將整流電路輸出電壓中的交流成分加以濾除，但不是全部濾除，是大部分的交流成分得以濾除，從而得到相對比較平滑的直流電壓。（4）穩(wěn)壓電路：穩(wěn)壓電路的功能是使輸出的不太穩(wěn)定的直流電壓變得穩(wěn)定，不隨交流電網(wǎng)電壓和負載的變化而變化，通?？梢杂靡恍┚w管組成的電路進行穩(wěn)壓，也可以利用一些集成芯片加上一些外圍電路來實現(xiàn)穩(wěn)壓。3 穩(wěn)壓電源系統(tǒng)的研究3.1變壓器變壓器的作用是將來自電網(wǎng)的220V交流電壓變換為整流電路所需要的交流電壓，這部分電路非常簡單，常見的變壓器的結(jié)構(gòu)如圖3-1所示。變壓器的其入輸出電壓波形變化如圖3-2所示，其中U1是輸入信號的

12、電壓，U2是輸出信號的電壓，它們之間有一個比例關(guān)系，這個比例關(guān)系是根據(jù)變壓器的主副線圈匝數(shù)的比值得到的，也即為主副線圈匝數(shù)之比等于主副電壓之比。 圖3-1 變壓器 U1 U2 0 t 0 t圖3-2 變壓器電路波形變化3.2整流電路電源電路中的整流電路主要有半波整流電路、全波整流電路和橋式整流三種，下面將分別介紹這三種整流電路。3.2.1半波整流半波整流是利用二極管的單向?qū)щ娦詫崿F(xiàn)的，其電路如圖3-1所示。當(dāng)輸入信號處于正半周時，二極管處于導(dǎo)通狀態(tài)，輸出信號波形和輸入信號波形幾乎完全相同；當(dāng)輸入信號處于下半周時，二極管處于反向截止?fàn)顟B(tài)，這時沒有輸出信號，其輸入輸出波形如圖3-2所示。圖3-1

13、半波整流電路圖3-2 半波整流電路波形如上圖波形所示，其中，紅色為輸入電壓波形，藍色為輸出電壓波形，從圖中可以看出，半波整流電路將有一半的波形輸出，一般的波形被截止，這將會導(dǎo)致有一半的能量被浪費掉了，電流利用率比較低，因此不適合在電源中使用。3.2.2全波整流將上述的半波整流電流進行調(diào)整，就可以實現(xiàn)全波整流，如圖3-3所示。全波整流電路可以看成是兩個半波整流的合成，變壓器次級線圈中間要引出一個抽頭，這樣把次級線圈分成兩個對稱的線圈。圖3-3 全波整流電路由全波整流電路得到的信號，既有正半周的信號，也有負半周的信號，它將輸入信號的正負半周的信號全部都整成正半周信號，實現(xiàn)的整流的作用，其輸入輸出信

14、號如圖3-4所示，其中紅色波形為輸入信號，藍色波形為輸出信號。圖3-4 全波整流電路波形從全波整流電路原理圖可以看出，全波整流電路需要變壓器有一個使兩端對稱的次級中心抽頭，這將會帶來制作上的麻煩。此外，這種電路中的二極管承受的最大反向電壓是變壓器次級電壓的兩倍，因此必須選擇能承受較高電壓的二極管，這又將導(dǎo)致設(shè)計成本增加。3.2.3橋式整流橋式整流電路是使用最多的一種電路，橋式整流器是利用四個二極管，依次連接，構(gòu)成橋式形狀，當(dāng)輸入信號為正半周時，其中對稱的兩只二極管導(dǎo)通，得到正的輸出；當(dāng)輸入信號為負半周時，另外兩只二極管導(dǎo)通，這樣就可以將輸入信號的正負半周的信號全不輸出。橋式整流器對輸入正弦波的

15、利用效率比半波整流高一倍。圖3-5 橋式整流電路橋式整流電路的工作原理如下：當(dāng)變壓器的次級線圈電壓為正半周時，對V1、V3加正向電壓，V1、V3導(dǎo)通，電路中構(gòu)成次級線圈、V1、R1、V3通電回路，在R1上形成上正下負的半波整流電壓，次級線圈上電壓為負半周時，V2、V4導(dǎo)通。電路中構(gòu)成次級線圈、V2、R1、V4通電回路，也在R1上形成上正下負的另外半波的整流電壓。如此重復(fù)下去，就可以在R1上便得到全波整流電壓。其波形圖和全波整流波形圖是一樣的，如圖3-6所示，從圖中還不難看出，橋式電路比全波整流電路小一半。圖3-6 橋式整流電路波形二極管橋式整流電路輸入、輸出之間的數(shù)量關(guān)系：整流輸出電壓平值：

16、（3-1）二極管平均電流： （3-2）二極管最大反向壓： （3-3）橋式整流器對輸入正弦波的利用效率比半波整流高一倍。3.3濾波電路整流電路將交流電變?yōu)槊}動直流電，但其中含有大量的交流成分（稱為紋波電壓）。所以我們需要在整流電路之后加入濾波電路進行濾波，才能得到穩(wěn)定的直流電壓。對于濾波電路的選擇有兩種方案：方案一：采用電感濾波電路。由于電感在電路中有儲能的作用，所以在電路中可以串聯(lián)電感，當(dāng)電源供給的電流增加時，它能夠把能量儲存起來，在電流減小時，能量就會被釋放出來，這就讓負載電流比較平滑，有平波的作用。在電感濾波電路中，整流管的導(dǎo)電角度比較大，峰值電流很小，輸出特性比較平坦，但是由于鐵芯的存在

17、，比較笨重，體積比較大，會發(fā)生電磁干擾。一般的情況下只適用于大電流，低電壓的情況。電感濾波電路圖如圖3-7所示：圖3-7 電感濾波電路方案二：采用電容濾波電路。由于電容在電路中也是起到儲存能量的作用，并聯(lián)的電容器在電源供給的電壓升高時，能夠把部分能量儲存起來，而當(dāng)電源電壓減低的時候，就能把能量釋放出來，使負載電壓比較平滑穩(wěn)定，也就是電容也有平波的作用。電容濾波電路比較簡單，而且負載直流電壓比較高，紋波也比較少，適用于負載電壓較高，負載變動不大的場合，也減輕了電路設(shè)計和實際焊接的工作。電容濾波電路原理圖如圖3-8所示。圖3-8 電容濾波電路經(jīng)過分析，最終決定采用方案二。經(jīng)過濾波，電路的電壓、電流

18、波形如圖3-9所示。濾波電解電容C的選擇原則是：取其放電時間常數(shù)RL*C大于充電周期的35倍，其耐壓值必須大于脈動電壓峰值。對于橋式整流電路來說，脈動電壓峰值為2U2，C的充電周期等于交流電源周期T的一半，即C(35) T/2RL，式中RL為整流后的等效負載電阻，經(jīng)過考慮，本設(shè)計取C為2200uF的電解電容。設(shè)電容兩端初始電壓為零，并假定t=0時接通電路，輸入電壓U2為正半周，當(dāng)U由零上升時，V1、V3導(dǎo)通，C被充電，同時電流經(jīng)V1、V3向負載電阻供電。忽略二極管正向壓降和變壓器內(nèi)阻，電容充電時間常數(shù)近似為零，因此Uo=UcU2，在U2達到最大值時，Uc也達到最大值，然后U2下降，此時，Uc&

19、gt;U2，V1、V3截止，電容 C向負載電阻RL放電，由于放電時間常數(shù)=RLC一般較大，電容電壓Uc按 指數(shù)規(guī)律緩慢下降，當(dāng)下降到|U2|>Uc時，V2、V4導(dǎo)通，電容C再次被充電，輸出電壓增大，以后重復(fù)上述充電放電過程，其輸出電壓波形近似為一鋸齒波直流電壓，使負載電壓的波動大為減小。圖3-9 橋式整流電容濾波時的電壓3.4穩(wěn)壓電路在本次設(shè)計中，穩(wěn)壓電源設(shè)計的核心電路就是穩(wěn)壓電路，在當(dāng)今電子世界，幾乎任何的電子設(shè)備都離不開穩(wěn)定的直流電才能正常工作。因此，對穩(wěn)壓電源的研究以及熟悉穩(wěn)壓電路的組成和設(shè)計都是很有必要的。穩(wěn)壓電路最大的作用就是能提供相對比較穩(wěn)定的直流電，但是，和理想的直流電源相

20、比，整流濾波電路的輸出電壓還是有很大差別的，其中，主要是差別有：一是當(dāng)負載電流有變化的情況，由于整流濾波電路本身存在一定的內(nèi)阻，因此，經(jīng)過整流和濾波后輸出的直流電壓必然也會產(chǎn)生一定變化。二是因為我們平時用的電網(wǎng)電壓并是特別穩(wěn)定，當(dāng)電網(wǎng)上的電壓發(fā)生變化時，整流電路的輸出很有可能會隨著變壓器副邊電壓的變化而變化，所以會導(dǎo)致輸出直流電壓會產(chǎn)生一定的變化。因此，在設(shè)計中，我們需要利用三端集成穩(wěn)壓器LM317這款芯片來實現(xiàn)穩(wěn)定電壓的功能。當(dāng)我們用的電網(wǎng)電壓或負載電流產(chǎn)生變化時，LM317調(diào)整自身的集射壓降可以使輸出電壓不會受到此變化的影響。隨著放大倍數(shù)的增加，其穩(wěn)定性能會更好。采樣電路由兩個分壓電阻組成

21、，它將輸出電壓變化量的一步份送到放大電路的輸入端。其中，啟動電路的功能是在剛接通電流輸入電壓情況下，由放大電路、調(diào)整管以及基準(zhǔn)電源等建立各自的工作電路，當(dāng)啟動電路被斷開時，穩(wěn)壓電路才能正常工作，從而影響穩(wěn)壓電路的性能。保護電路主要是利用限流的方式來進行保護的，其中包括過壓保護和過熱保護的作用。另外，由輸出端得到的采樣電壓與放大短路的基準(zhǔn)電壓性對比后再放大，并將此信號送到調(diào)整管的基極即可。由于串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路是三端集成穩(wěn)壓器的一種，但是串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路的輸出信號的電壓跟基準(zhǔn)電壓是正比關(guān)系，因此，穩(wěn)壓電路的輸出電壓的穩(wěn)定性將會受到基準(zhǔn)電壓的穩(wěn)定性的影響。圖3-10 典型的穩(wěn)壓電路LM317是一

22、種帶有調(diào)節(jié)端的穩(wěn)壓塊，它的輸出電壓可通過調(diào)節(jié)端來調(diào)節(jié)其輸出大小，是一種使用特別廣泛集成穩(wěn)壓塊，而且性能相對比較穩(wěn)定。LM317有很多種型號，例如W317L、LM317HVH，等。我們最常用到的就是利用317穩(wěn)壓塊來制作直流穩(wěn)壓電源，而此電源的輸出是可調(diào)的。經(jīng)過LM317穩(wěn)壓塊的后得到的輸出電壓可用下式計算： （3-4）其中，V0是值輸出電壓，R2是調(diào)節(jié)端的電阻值，R3是輸出端和調(diào)節(jié)端的電阻值，如果只是從公式上來看，R3、R2的電阻值可任意設(shè)定。但是作為穩(wěn)壓電源的輸出電壓計算公式，R3和R2的阻值是不能任意設(shè)定的。LM317的1，2腳之間的電壓是1.25V電壓基準(zhǔn)。為保證穩(wěn)壓器的輸出性能，R3應(yīng)

23、小于240歐姆。改變R2阻值即可調(diào)整穩(wěn)壓電壓值。D5，D6用于保護LM317。首先LM317穩(wěn)壓塊的輸出電壓變化范圍是Vo1.25V37V（高輸出電壓的LM317穩(wěn)壓塊如LM317HVA、LM317HVK等，其輸出電壓變化范圍是Vo1.25V45V），所以R2/R3的比值范圍只能是028.6。LM317使用起來非常簡單，電路也是很簡單，在電路中，僅僅需要外接兩個電阻就可以設(shè)置輸出電壓的變化。LM317內(nèi)置有很多種保護電路，例如安全區(qū)過載保護、保護電路等。此外，它的負載調(diào)整率以及線性調(diào)整率也相對于一般標(biāo)準(zhǔn)具有很強的穩(wěn)定性。穩(wěn)壓電源中穩(wěn)壓電路原理圖如圖3-11所示。圖3-11 加過流保護的穩(wěn)壓電路

24、圖當(dāng)我們計算其輸出電壓是使用LM317穩(wěn)壓芯片的輸出電壓計算公式得到的，那么必須保證R10.83K和R223.74K同時成立，這樣才能保證在空載的情況下，LM317穩(wěn)壓芯片仍能夠穩(wěn)定地工作。此外，在LM317穩(wěn)壓芯片的輸出端并聯(lián)泄流電阻也可以為LM317穩(wěn)壓芯片提供最小工作電流。但是，由于并聯(lián)的泄流電阻并不能隨輸出電壓的變化而變化，因此，如果要保證LM317穩(wěn)壓芯片在輸出電壓為最低電壓時，得到的輸出電流大于其最小穩(wěn)定工作電流，則在LM317穩(wěn)壓芯片的輸出電壓為最大電壓是情況下，通過過泄流電阻的電流會變得比較大，這種情況，不但增加了LM317穩(wěn)壓芯片的負擔(dān)，也損耗了不少電能，因此，這中方法并不是

25、好的方法。LM317穩(wěn)壓芯片都有一個最小穩(wěn)定的工作電流，最小穩(wěn)定工作電流的值一般為1.5mA，這個工作電流稱為最小輸出電流，或者稱為最小泄放電流。由于每個生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的LM317穩(wěn)壓芯片的型號不一樣，因此，它的穩(wěn)定工作電流最小值也不盡相同，但都有同意的要求，一般小于或等于5mA。如果LM317穩(wěn)壓芯片的輸出電流小于其最小穩(wěn)定工作電流時，LM317穩(wěn)壓塊就不能正常工作。當(dāng)其穩(wěn)定工作電流的最小值相對于LM317穩(wěn)壓塊的輸出電流還小的情況下，LM317穩(wěn)壓芯片就可以得到穩(wěn)定的直流電壓。如果制作的穩(wěn)壓電源發(fā)生異常的情況，那么可能是在制作LM317穩(wěn)壓芯片制作穩(wěn)壓電源時，沒有注意LM317穩(wěn)壓塊的最小穩(wěn)

26、定工作電流，可能會導(dǎo)致芯片無法正常工作，例如穩(wěn)壓電源輸出的有載電壓和空載電壓相差很大時，就可能導(dǎo)致芯片不能正常工作。通常LM117/LM317不需要外接電容，除非輸入濾波電容到LM117/LM317輸入端的連線超過6英寸（約15厘米）。使用輸出電容能改變瞬態(tài)響應(yīng)。調(diào)整端使用濾波電容能得到比標(biāo)準(zhǔn)三端穩(wěn)壓器高的多的紋波抑制比。輸入至少要比輸出高2V，否則不能調(diào)壓。輸入電要最高不能超過40V。輸出電流不超過1A。輸入12V的話，輸出最高就是10V左右。由于它內(nèi)部還是線性穩(wěn)壓，因此功耗比較大。當(dāng)輸入電壓差比較大且輸出電流也比較大時，注意317的功耗不要過大。一般加散熱片后功耗也不超過20W。LM317

27、屬于深度負反饋的穩(wěn)壓電路，其功耗比較大，所以有必要討論一下LM317穩(wěn)壓模塊的散熱問題。LM317穩(wěn)壓芯片的有最大允許功耗，這種功耗取決于芯片的最高結(jié)溫TJM，在T<TJM的情況下，LM317穩(wěn)壓芯片才能正常工作。因此，穩(wěn)壓器的結(jié)溫就越低，并且散熱能力越強，則它所能承受的功率也就會越大。如果我們把TAM最高環(huán)境溫度，把TJM作為集成穩(wěn)壓器的最高允許結(jié)溫，把PD作為加散熱器后器件的功耗，則它們之間的關(guān)系為： （3-5）從上式可以看出，器件的最大功耗必須滿足PDMPD。3.5過流保護在當(dāng)今電子世界，各種直流電源產(chǎn)品已經(jīng)得到了相當(dāng)廣泛的應(yīng)用，而且電源技術(shù)已經(jīng)相對成熟。但是對于穩(wěn)壓電路我們要進行

28、一定的保護，現(xiàn)在，在電源電路中，過流保護電路是一個重要的組成部分，它不僅能夠很好地保護設(shè)備，而且減少了后期維護的成本。過流保護電路主要有限流方式和關(guān)斷方式。過流保護電路常用做法是串聯(lián)一個小電阻或者是霍爾元件來獲得電流信號，采用串聯(lián)一個小電阻的方法是我們最常用的方法。常見的過流保護電路的原理圖如圖3-12所示。圖3-12 過流保護電路原理圖R6為取樣小電阻。當(dāng)電源工作時，穩(wěn)壓器輸出端輸出正向直流電壓，電機開始啟動。由于直流電機啟動瞬時電流Iout較大(約為額定電流的810倍)，Iout流過小電阻R6，并經(jīng)R5對C4充電。通過設(shè)定R6、C4的值，使充電時間大于電機啟動時間，Q1(9013)處于截止

29、狀態(tài)，電機啟動到穩(wěn)定狀態(tài)后，電流恢復(fù)到工作電流。電機啟動時必須滿足充電時間大于啟動時間，Q1不導(dǎo)通，電機才能正常啟動。由于啟動電流很大，一般是額定電流的47倍，可看成不變，設(shè)為I=5I0。根據(jù)圖3-12，可得以下公式： （3-6） （3-7）由于R4R5，所以iR5iR4因此i約等于iR5。此時為一階零狀態(tài)輸入響應(yīng)，求解得： （3-8）假設(shè)電容C4的電壓達到0.7V為充電時間，得： （3-9）設(shè)電機負荷在額定狀態(tài)下運行，電機電流I0已經(jīng)穩(wěn)定。電機短路或堵轉(zhuǎn)后，電流突然增大到短路電流IS，電容C4開始充電?？紤]一定的設(shè)計余量，取保護電流設(shè)定值IG<IS，式(3-6)同樣成立此為一階全響應(yīng)方

30、程，初始條件uc4(0+)=I0IR5, 強制分量uc4()=IGR5,求解得： （3-10）假設(shè)增大到V2導(dǎo)通電壓0.7的充電時間為,則必須小于允許短路時間t,即： （3-11）要使保護起到作用，uc4()必須大于0.7V，即： （3-12）3.6直流穩(wěn)壓電源原理圖經(jīng)過上述的原理說明，將穩(wěn)壓電源的各個模塊連接在一起，搭建了穩(wěn)壓電路系統(tǒng)。圖3-13 直流穩(wěn)壓電源原理圖從上圖可以看出，信號從左至右的變化情況如下：首先，220V交流電接進來，經(jīng)過變壓器后，將電壓降到合適的值，但其信號波形不變。變化的只是信號的幅值；接著，該信號又經(jīng)過橋式整流電路，將有正有負的信號全部都變?yōu)檎男盘?，也稱其為脈動的直流信號；然后該脈動的直流信號，經(jīng)過電容濾波后，是信號的波形變得相對平緩，但這還不是穩(wěn)定的直流；最后經(jīng)過LM317穩(wěn)壓器后，將信號變成穩(wěn)定的直流信號，也即是我們需要的直流信號。4 測試結(jié)果及分析4.1測試結(jié)果測試一：當(dāng)輸入為220V交流電時，調(diào)節(jié)LM317的調(diào)節(jié)端的電位器，當(dāng)R2的阻值為0時，得到最小輸出1.25V，這里得到的最小輸出是1.25V而不是0V主要是因為LM317這款芯片的本身特性決定的，使它的輸出最小值就是1.25V，因此本次電路設(shè)計的最小輸出是1.25V。輸入輸出波形如圖4-1所示，圖中紅色