集成直流稳压电源设计

要求：一、论文提纲论文应包含以下几个局部：封面自行设计、文章标题，作者某某，作者单位学校、专业、班级全称，中文摘要，英文摘要，正文，参考文献等。二、论文格式要求1、摘要以摘录或缩编方式复述文章的主要内容：50300字；2、关键词选用可表达文章主要内容的词或词组：38个关键词；3、标题：十分重要，必须用心斟酌选定。1准确得体，能准确表达论文内容，恰当反映所研究的X围和深度。2简短精炼，力求题目的字数要少，用词需要精选，一般不超出20个字。3外延和内涵要恰如其分。4、正文：1论文正文篇幅一般在5000-10000字不等，包括简短引言、论述分析、结果和结论等内容。文字太少就不能充分展开论述。2文中出现的外文缩写，除公知公用的，首次出现一律应标有中文翻译或外文全称。3文中图、表应有自明性，且随文出现。4图中文字、符号必须写清，所有出现的数值都应标有明确的量与单位。5文中表格一律采用“三线表。6文中有关量与单位必须符合国家标准和国际标准，用单个斜体外文字母表示。7正文章节编号采用三级标题顶格排序。一级标题形如1，2，3，排序；二级标题形如1.1，1.2，1.3，排序；引言不必排序。5、参考文献：三、 论文撰写内容参考反映集成电路课程讲授根本内容与相关芯片应用实际，进展实际系统分析与应用研究。可从以下方面展开论述：1、 综述类。介绍集成电路的开展与现状，包括模拟集成电路、数字集成电路与模数混合集成电路的开展、现状与应用。2、 实际应用设计分析类。结合具体芯片进展系统设计分析，包括软件设计仿真；硬件设计与芯片选型。重点表现集成芯片的功能应用。可选根本应用X围包括但不限于：模拟集成电路的线性与非线性应用；集成变换器集成应用；集成信号发生器；集成有源滤波器；集成稳压电源；语音和图像集成电路；数字集成电路与应用；嵌入式系统与应用；FPGA系统与应用；DSP集成电路与应用等3、 展望类，主要对未来集成电路的开展应用与新技术进展研究。四、论文提交1、提交成果：任务书、封面、论文、论文评阅标准、论文评阅表填写好个人信息与论点、论据、论证局部，将文件按顺序装订整齐。2、提交时间：第十三周周五前提交。五、须知事项1、论文如出现抄袭或出现雷同论文，教师将不再通知作者本人，成绩直接按0分计。抄袭的界定是同学所提交的论文的查重率不得超过70%；雷同论文的界定是指同学提交的论文的相似度超过60%2、提交的课程论文原如此上要求手写，交打印稿的同学，以班级为单位将电子档文档压缩后发指导教师QQ。3、课程论文评阅表的论点、论据、论证局部由学生根据自己论文内容填写。提交的论文请同学们将自己论文的全部信息填写完整，只留下教师参考“课程论文评阅标准进展评阅打分的局部内容。摘要5Abstract6引言71原理电路的设计81.1设计思路81.2总体设计原理81.3电源变压器的根本原理91.4整流电路的根本原理10单相桥式整流电路工作原理10参数计算10单相桥式整流电路的负载特性曲线111.5滤波电路的根本原理121.6稳压电路的根本原理142电路元件选择152.1集成稳压器的分类与选择15集成稳压器的分类15集成稳压器的选择152.2 电源变压器的选择162.3集成整流桥与滤波电容的选择163稳压电路的设计183.1典型稳压应用电路18一般应用电路18固定低压输出电路18加外接保护电路19从零起调的实用稳压电源193.2新型多路稳压电路设计204 Multisim仿真结果与分析214.1 电路原理图214.2说明书214.3 电路每级波形图224.4 电路输出波形图234.5 仿真结果与误差分析255 参考文献27附录一28附录二29摘要随着电子技术的快速开展，高性能的电子电路对于电源供电质量的要求越来越高，如何设计出能满足高性能电路要求的高精度电源便成为一大课题。考虑到实验室经常使用5V与12V的直流输出电压，与只能提供可调稳压电源和只能提供固定稳压电源的电路不同，本文旨在通过开关控制同一电路，利用交流变压器、整流环节、滤波环节，通过三端可调式集成稳压芯片LM317、LM337将220V交流电压转化为12V/1A，5V/1A和一组可调正电压+1.25V+27V/1A的直流电压多路输出，并且对衡量稳压电路性能的几种主要参数进展了测试和分析。关键词:集成稳压电源 半波整流 电容滤波 Multisim仿真AbstractWith the rapid development of electronic technology, high performance electronic circuit to the requirement of power supply quality is higher and higher. Considering the laboratory often uses5V and 12V dc output voltage,different with those which can only provide adjustable regulated power supply or can only provide fixed stabilized voltage supply circuit, the purpose of this paper is to adopt the same circuit under the control of switchbyusing AC transformer, rectifier, filter and three-terminal adjustableintegrated voltage stabilizing chips LM317 and LM337 to change 220 V AC voltage into12V/1A，5V/1A and a set of adjustable positive voltage +1.25V+27V/1A a DC voltage multiplexed output, and also test and analyze serveralmain parameterswhich are used to measure voltage stabilizing circuit performances.Keywords: DCvoltageHalf-wave rectification Capacitor filter Multisim simulation引言随着电子技术的快速开展，高性能的电子电路对于电源供电质量的要求越来越高，如何设计出能满足高性能电路要求的高精度电源便成为一大课题。直流稳压源为电路提供直流电压和能量，其输出电压的品质直接决定的电源性能的好坏。事实上功率较小的直流电源大多数都是将50Hz的交流电流经过整流、滤波和稳压后获得的。LM317、LM337是固定集成稳压器芯片，经过对外围电路的改良设计，可以达到大X围的输出电压调整，因而，假如能通过对LM317、LM337集成芯片的外电路设计，以实现实验室对直流稳压电源的需求，如此可满足教学上各种综合实验的需要，成为各类高校理工类电子技术与相关专业的理想器件之一。而大多数直流稳压电源不是只能提供可调电压就是只能提供稳值电压，因此需要创新出一种电路使之能够同时提供稳值电压和可调电压，便可满足一些实验者的需求，同时也能使实验电路总体结构变得简洁明了。1原理电路的设计1.1设计思路本文的设计主要分为变压电路、整流电路、滤波电路、稳压电路4个局部。变压电路：将交流电网220V的电压变味所需要的电压值。整流电路：将交流电压变成脉动的直流电压。滤波电路：由于经过整流的脉动直流电压还含有较大的纹波，因此需要设计滤波电路加以滤除。稳压电路：在电网电压波动、负载和温度变化时，依然维持输出直流电压稳定。变压电路整流电路滤波电路220V交流输入稳压电路直流稳压输出图1 直流稳压电源设计思路1.2总体设计原理图2 直流稳压设计原理示意图本文设计的直流稳压电源是单相小功率电源用于实验室使用，它将频率为50Hz,有效值为220V的单相交流电压转换为幅值稳定，输出电压为5V、12V、可调+1.25V+27V的直流电压。单相交流电经与过电源变压器，整流电路，滤波电路和稳压电路转换成稳定的直流电压。直流电源的输入为220V的电网电压即市电，一般情况下，所需直流电压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，再对交流电压进展处理。变压器副边电压有效值决定于后面电路的需要。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，即将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2中所画。可以看出，它们均含有较大的交流分量，会影响负载电路的正常工作；例如，交流分量将混入输入信号被放大电路放大，甚至在放大电路的输出端所混入的电源交流分量大于有用信号；因而不能直接作为电子电路的供电电源。图2中整流电路输出端所画波形时未接滤波电路时的波形，接入滤波电路后波形将有所变化。为了减小电压的脉动，需要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。稳压电路的功能是使输出直流电压根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。1.3电源变压器的根本原理变压电路相对简单，仅有一个单相变压器，变压器将市电转化为电路能承当的电压。变压器是变换交流电压、电流和阻抗的器件，当初级线圈中通有交流电流时，铁芯或磁芯中便产生交流磁通，使次级线圈中感应出电压或电流。变压器由铁芯或磁芯和线圈组成，线圈有两个或两个以上的绕组，其中接电源的绕组叫初级线圈，其余的绕组叫次级线圈。变压器的根本原理是电磁感应原理。变压器两组线圈圈数分别为n1和n2，n1为初级，n2为次级。在初级线圈上加一交流电压，在次级线圈两端就会产生感应电动势。当n2n1时，其感应电动势要比初级所加的电压还要高，这种变压器称为升压变压器；当n2n1时感应电动势要比初级所加的电压要低，这种变压器为降压变压器。变压器的输出功率和输入功率的比值，叫做变压器的效率。当变压器的输出功率P2 等于输入功率P1 时，效率 等于100%，变压器将不产生任何损耗，但实际上这种变压器是没有的，变压器传输电能时总要产生损耗。变压器的效率与变压器的功率等级有密切关系，通常功率越大，损耗与输出功率比就越小，效率也就越高。反之，功率越小，效率也就越低。1.4整流电路的根本原理整流电路是把经过变压后的交流电通过具有单向导电性能的整流元件如二极管、晶闸管等，将正负交替的正弦交流电压变换为单向的脉动直流电压。但是，这种电压直流幅值变化很大，包含有很多的脉动交流成分，还不能作为直流电源使用。对于高质量的稳压电源，其整流电路一般都选用桥式整流电路。整流电路常见的有单相桥式整流电路，单相半波整流电路，和单相全波整流电路。本次设计为桥式整流滤波电路，就是四个二极管两两并联后接入输出电压分别把正负电压整流在输出时候获得了正负输出的两次的整流电压。其电路图如如下图所示：图3 桥式整流电路与波形1.4.1单相桥式整流电路工作原理单相桥式整流电路是最根本的将交流转换为直流的电路，如图3a所示。在分析整流电路工作原理时，整流电路中的二极管是作为开关运用，具有单向导电性。根据图3b波形图的电路图可知：当正半周时，二极管D1、D3导通，在负载电阻上得到正弦波的正半周。当负半周时，二极管D2、D4导通，在负载电阻上得到正弦波的负半周。在负载电阻上正、负半周经过合成，得到的是同一个方向的单向脉动电压。单相桥式整流电路的波形图见图3b。1.4.2参数计算根据图3b可知，输出电压是单相脉动电压，通常用它的平均值与直流电压等效。输出平均电压为.流过负载的平均电流为.流过二极管的平均电流为.二极管所承受的最大反向电压.1.4.3单相桥式整流电路的负载特性曲线单相桥式整流电路的负载特性曲线是指输出电压与负载电流之间的关系.该曲线如图3所示，曲线的斜率代表了整流电路的内阻。图4 单相桥式整流电路负载特性曲线单相桥式整流电路的变压器中只有交流电流流过，而半波和全波整流电路中均有直流分量流过。所以单相桥式整流电路的变压器效率较高，在同样功率容量条件下，体积可以小一些。单相桥式整流电路的总体性能优于单相半波和全波整流电路，故广泛应用于直流电源之中。1.5滤波电路的根本原理滤波电路用于滤去整流输出电压中的纹波，一般由电抗元件组成，如在负载电阻两端并联电容器C，或与负载串联电感器L，以与由电容、电感组合而成的各种复式滤波电路。常用的结构如图5所示。图5 滤波电路常用结构由于电抗元件在电路中有储能作用，并联的电容器C在电源供应的电压时，能把局部能量存储起来，而当电源电压降低时，就把能量释放出来，使负载电压比拟平滑，电容C具有平波的作用；与负载串联的电感L，当电源供应的电流增加由电源电压增加引起时，它把能量存储起来，而当电流减小时，又把能量释放出来，使负载电流比拟平滑，即电感L也有平波作用。滤波电路的形式很多，为了掌握它的分析规律，把它分为电容输入式电容器C接在最前面，如图5a、5c和电感输入式电感器L接在最前面，如图5b。前一种滤波电路多用于小功率电源中，而后一种滤波电路多用于较大功率电源中而且当电流很大时仅用一电感器与负载串联。这次电路设计中采用C型滤波电路。如下图为单相桥式整流、电容滤波电路。在分析电容滤波电路时，要特别注意电容器两端电压vC对整流元件导电的影响，整流元件只有受正向电压作用时才导通，否如此便截止。图6 滤波电路图负载RL未接入开关S断开时的情况：设电容器两端初始电压为零，接入交流电源后，当v2为正半周时，v2通过D1、D3向电容器C充电；v2为负半周时，经D2、D4向电容器C充电，充电时间常数为.其中Rint包括变压器副绕组的直流电阻和二极管D的正向电阻。由于Rint一般很小，电容器很快就充电到交流电压v2的最大值 ，极性如下列图。由于电容器无放电回路，故输出电压即电容器C两端的电压vC保持在 ，输出为一个恒定的直流，如图中wt0即纵坐标左边局部所示图7 电容C充放电图接入负载RL开关S合上的情况：设变压器副边电压v2从0开始上升即正半周开始时接入负载RL，由于电容器在负载未接入前充了电，故刚接入负载时v2 vC时，二极管D1、D3受正向电压作用而导通，此时v2经二极管D1、D3一方面向负载RL提供电流，另一方面向电容器C充电接入负载时的充电时间常数tc =( RL|Rint)CRint C很小，vC将如图2中的bc段，图中bc段上的阴影局部为电路中的电流在整流电路内阻Rint上产生的压降。vC随着交流电压v2到接近最大值 。然后，v2又按正弦规律下降。当v2 3V，输出电压Vo =+12V时，VI 15V。图8 C1充放电图由于C1的充放电作用，波形如下列图。T1是充电时间，T2是放电时间，通常T2T1， T2T1 +T2=10ms.为了设计C1，应计算VI.其中 1v是桥式整流电路中1个二极管的压降粗略计算.由上述，VImin=15v.考虑最不利条件：V2取V2min=0.9V2(电网向下波动10%)， Io取Iomax=1A如此 C1=C1max.如此取220 F的电容足够。3稳压电路的设计3.1典型稳压应用电路3.1.1 一般应用电路图9 一般应用电路图图9为三端可调正输出集成稳压器的一般应用电路。电路中R1和RP组成可调输出的电阻网络，为了能使电路中偏置电流和调整管的漏电流被吸收，所以设定R1为120240。通过R1泄放的电流为510mA。输入电容Ci用于抑制纹波电压。输出CO用于消振，缓冲冲击性负载，保证电路工作稳定。输出电压为.式中通常ID为50A。3.1.2 固定低压输出电路图10 固定低压输出电路图图10为不加可调输出电阻网络，得到 1.25V 固定低压输出的电路，温度漂移很低，只由内部基准电压源的温漂决定。3.1.3 加外接保护电路图11 加外接保护电路图图11加外接保护电路图，由于外接输出电容CO的存在，容易发生电容放电而损害稳压器。假如有外接保护二极管VD1，电容CO放电时，VD1导通钳位，使稳压器得到保护。VD2是为了防止调节端旁路电容C1放电时而损坏稳压器的保护二极管。旁路电容C1也是为抑制纹波电压而设置的。当C1为10F时，能提高纹波抑制比15dB。3.1.4 从零起调的实用稳压电源图12 从零起调的实用稳压电源电路图图12为从零起调的实用稳压电源图。该电路关键局部是VD1、VD2、C1获得负压，R3、VD2与C2稳压滤波后由场效应管VT进展恒流来提高VD3、VD4正向导通的二次稳压性能，从而改善了01.25V低压段之间的稳压性能。此端提供的-1.3V的负基准电压，接于电位器RP2。3.2新型多路稳压电路设计考虑到需要在同一电路中能够输出12V，5V和一组可调正电压。如此可将多路目标别离成单个目标，即通过多路开关的通断来分别实现输出5V、输出12V、输出一组可调正电压。输出固定电压5V和12V的电路根本模块可以参考图10固定低压输出电路图，不采取图11加外接保护电路图的原因是稳压芯片中已经存在保护电路，可不再另设二极管保护电路，用以简化电路。输出一组可调正电压的电路根本模块可以参考图12 从零起调的实用稳压电源电路图，考虑到输出的一组可调正电压的电路图与输出固定电压的电路图需同时表示，如此输出一组可调正电压的电路不应与输出固定电压电路有冲突，应当化繁为简，取电路的核心局部，同时又保证电路不会出错，故可舍弃VD二极管组，保证可以输出可调正电压即可。电路图见图13。4 Multisim仿真结果与分析4.1 电路原理图图13原理图4.2说明书开关S7控制LM317和LM337。开关S1、S4、S5并联分别为选择+5V、+12V、+1.25V+27V可调电压。开关S2、S3并联分别为选择-5V、-12V。R7为05K可调电阻，调节R7大小，可输出不同大小的直流电压，即为可调电压。输出点即为LM芯片的VOUT输出端4.3 电路每级波形图图14 变压后波形图通过变压电路后的交流36V电压波形。图15 整流后波形图通过整流电路后的整流波形。图16 滤波后波形图通过滤波电容后的滤波波形。4.4 电路输出波形图图17 +5V/1A输出波形图开关S1闭合、S2闭合、S3断开、S4断开、S5断开、S7闭合，LM317输出+5V/1A直流电压波形。图18 -5V/1A输出波形图开关S1闭合、S2闭合、S3断开、S4断开、S5断开、S7闭合，LM337输出-5V/1A直流电压波形。图19 -12V/1A输出波形图开关S1闭合、S2断开、S3闭合、S4断开、S5断开、S7闭合，LM337输出-12V/1A直流电压波形。图20 +12V/1A输出波形图开关S1断开、S2闭合、S3断开、S4闭合、S5断开、S7闭合，LM317输出+12V/1A直流电压波形。图21 +1.25V+27V输出波形图开关S1断开、S2闭合、S3断开、S4断开、S5闭合、S7闭合，LM317输出+1.25V+27V的可调直流电压波形。4.5 仿真结果与误差分析由直流电压表的示数可知：可调输出端的输出电压最低为+1.25V，最高为+27V。5V输出端的输出电压分别为+5.01V、-5.02V。12V输出端的输出电压分别为+11.9V、-11.8V。表1 仿真结果与误差表输出要求仿真结果误差+5V/1A+5.01V0.2%-5V/1A-5.02V0.4%+12V/1A+11.9V0.83%-12V/1A-11.8V1.67%可调电压+1.25V+27V计算所使用的Vo=VREF/R1 *(R1+R2)+IADJ*R2VREF(1+R2/R1)公式存在误差。在误差允许X围内可以认为输出已经符合预先设计的要求。5 参考文献1 谭博学.集成电路原理与应用.：电子工业.20032何希才.常用集成电路应用实例.：电子工业.20073 李亮.集成稳压电源的设计J.电子世界,2016,(20):194-195.4 安玉,傅兴华,吴有林.LM317可调式集成稳压电源的设计J.某某师X学院学报,2008,10(06):57-58+61.5 X典文.集成稳压电源的设计J.某某物理,2008,(01):42-45. 6 王芳,X贵红.集成直流稳压电源的设计和调试J.硅谷,2009,(24):29. 7 董振华.集成直流稳压电源的设计与调试J.电子制作,2013,(14):64. 8 X洪涛.独立集成稳压电源的功能扩展J.电子制作,2008,(09):56-58. 9 胡逸凡.三端集成稳压器的应用J.电子制作,2008,(02):53-54. 附录一集成电路应用课程论文评阅标准1、总分：100分，主要分为：论点10分；论据10分；论证20分；结构30分；深度和广度10分；规X化20分。2、具体评分标准如下：评阅点评分依据所占分值论点观点明确，中心突出，能密切联系实际810论文观点不突出，层次不够清楚47论文观点不明确，层次混乱03论据论据充分、准确，内容充实810论据较充分，内容较充实47论据缺准确，内容较充实03论证论证严谨，有一定的独创性1620论证合理，分析问题较全面1215论证不够严谨011结构层次清楚，结构严谨2430结构完整，层次较清楚1825结构较完整，层次混乱017深度和广度科学性强，有新意，有自己的见解810有新意，有自己的见解47有自己的见解03规X化文笔流畅，论文格式正确；排版规X1620论文格式根本正确；排版不规X1215论文格式不正确；排版混乱011附录二本科课程论文评阅表学号班级某某课程名称评阅点评分依据得分论点论据论证结构深度和广度规X化总分 教师签名：时间：年月日注：1、此表的论点、论据、论证局部可以由学生根据自己论文内容填写，教师参考“课程论文评阅标准进展评阅。2、此表按人填写，与学生课程论文一并存放。 3、以文字和数字填写内容。