5v簡易直流穩(wěn)壓電源仿真設計

1、學號： 常 州 大 學 畢業(yè)設計（論文）（2014屆）題 目 正負5V簡易直流穩(wěn)壓電源的設計 學 生 蔡淳淳 學 院 懷 德 學 院 專業(yè)班級 電 氣 101 校內(nèi)指導教師 強 浩 專業(yè)技術職務 講 師 校外指導老師 專業(yè)技術職務 二一四年六月摘要電源作為電氣、電子設備必不可少的能源供應部件，其需求日益增多，并且對電源的功能、穩(wěn)定性等各項指標也要求更高。對電源的研究和開發(fā)已經(jīng)成為新技術、新設備開發(fā)的重要環(huán)節(jié)，它對推動科技發(fā)展起著重要作用。本文主要采用三端式穩(wěn)壓電路進行直流簡易穩(wěn)壓電源的設計。首先，將輸入的220V，50Hz交流電通過變壓器降為設備需要的電壓25V，然后用全橋整流和濾波電路進行整

2、流和紋波處理，對于輸出的直流電壓采用三端穩(wěn)壓電路獲得穩(wěn)定的直流電壓。通過相關知識可計算出電路中各個器件的參數(shù)，使電路性能達到設計要求的電壓，電流等各種指標。利用proteus仿真軟件對所設計的電路進行仿真調(diào)試，使設計達到要求。集成穩(wěn)壓器具有體積小、重量輕、安裝和調(diào)試方便、可靠性和穩(wěn)定性高等優(yōu)點。關鍵詞：電源；穩(wěn)壓；整流；濾波AbstractPower as energy supply part of electrical, electronic equipment is essential, the demand is increasing, and each index function,

3、stability of power demand higher.Research and development of power supply has become an important link in the development of new technology, new equipment, it plays an important role in promoting the development of science and technology. First, the input 220V, 50Hz alternating current through a vol

4、tage transformer device requires reduced 25V, then full bridge rectifier circuit for rectifying and smoothing processing and the ripple, the output DC voltage of a three-terminal voltage regulator circuit to obtain a stable DC voltage.through the relevant knowledge can calculate the parameters of ea

5、ch device in the circuit, the circuit performance meet the design requirements of the voltage, current and other parameters. Simulation of the designed circuit by using Proteus simulation software, make the design meet the requirements.Integrated voltage regulator has the advantages of small volume,

6、 light weight,convenient installation and debugging, high reliability and stability.Key Words：The power supply； voltage rectifier filter目錄摘要IAbstractII第一章 緒論41.1 課題的研究背景及意義41.2 電源的應用和發(fā)展現(xiàn)狀41.3 直流穩(wěn)壓電源概述51.4 本文研究的主要內(nèi)容7第二章 電源方案設計82.1 設計的目的和任務82.1.1 設計的目的82.1.2 設計的任務82.2 設計的思路82.3 設計的電路選擇9第三章 硬件設計143.1 電

7、源變壓器143.2 整流電路143.3 濾波電路173.4 穩(wěn)壓電路183.4.1 串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路193.4.2 三端固定式集成穩(wěn)壓器213.4.3集成穩(wěn)壓器的參數(shù)關系24第四章PROTEUS仿真設計254.1 Protues簡介254.3性能測試274.3.1測試指標274.3.2測試方法28第五章 結論與展望30參考文獻31致謝321 緒論1.1 課題的研究背景及意義隨著時代的進步，電子技術的飛速發(fā)展，電子設備在人們的生活和生產(chǎn)中起到了越來越重要的作用，許多的電子設備對電源也提出了更高的要求。通常會有很多常用的電子設備不能夠和別的電器一樣使用交流電,則是需要使用能夠輸出穩(wěn)定的直流電的直

8、流電源，并且對直流電源的性能、體積、重量等的指標要求也在不斷提高，時至今日，世界能源日益貧乏，電子設備對于穩(wěn)壓電源的功率損耗等也提出了更加高的要求；并且，現(xiàn)如今電子設備種類的飛速增加，電子設備對于直流電源輸出的電壓值和電流值的要求也變得越來越多。自上世紀九十年代以來，電子系統(tǒng)要求實現(xiàn)更高的效率和更低的功耗，電信與數(shù)據(jù)通訊設備的技術更新速度飛快，它也推動電源行業(yè)中交流/直流電源轉換器向更高靈活性和更具智能化的方向發(fā)展。從80年代的第一代分布式供電系統(tǒng)開始，到20世紀末更為先進的第四代分布式供電結構以及中間母線結構，直流電源行業(yè)正面臨著更大的挑戰(zhàn)，那就是怎樣實現(xiàn)在現(xiàn)有系統(tǒng)加入嵌入式電源智能系統(tǒng)和數(shù)

9、字控制功能。其實，在90年代中期，一些半導體生產(chǎn)商們就能夠開發(fā)出了數(shù)控電源管理技術，但是在當時，這種方案的性價比與市面上廣泛使用的模擬控制方案相比還相差甚遠，因此沒有被廣泛采用在生產(chǎn)和生活當中。因為當時板載電源管理被廣泛的應用，電源行業(yè)能源節(jié)約和運行最優(yōu)化也備受關注，電源行業(yè)和半導體生產(chǎn)商們便開始著手開發(fā)名為“數(shù)控電源”的一種新產(chǎn)品。 在今天，隨著直流電源技術的快速發(fā)展, 整流系統(tǒng)的發(fā)展由以前的分立元件和集成電路控制轉換為使用微機控制, 使直流電源達到了智能化的性能,其中包括 具有遙測、遙信、遙控的三遙功能的直流電源, 基本實現(xiàn)了在直流電源無人看守的情況下也能工作。1.2 電源的應用和發(fā)展現(xiàn)狀

10、 電源技術是一門實踐性很強的電子工程技術，它服務于當今社會的各行各業(yè)，在生產(chǎn)和生活中得到廣泛的應用。電源技術融合了電氣、電子、系統(tǒng)集成、控制理論、材料等諸多學科領域的知識。隨著計算機技術和通訊技術發(fā)展而來的現(xiàn)代化信息技術的革命，給電力電子技術的發(fā)展提供了非常廣闊的前景，同時這也對電源本身提出了越來越多的要求。數(shù)控電源在電子裝置中得到普遍使用，但是普通電源在工作時產(chǎn)生一些誤差，會影響到整個系統(tǒng)的精確度，電源在使用時甚至會造成很多不良后果，給生產(chǎn)帶來不便，因此世界各國對電源產(chǎn)品提出了不同的要求并制定了一些的產(chǎn)品精度標準。只有滿足了這些產(chǎn)品標準，才可以進入市場。在經(jīng)濟全球化發(fā)展的今天，只有滿足國際標

11、準的電源產(chǎn)品才能獲得進出各國的通行證。電源可以分為交流電源和直流電源，它是任何電子設備都不可缺少的重要組成部分。交流電源一般為220V、50Hz電源，但許多家用電器設備，電子產(chǎn)品都要采用直流電源作為供電能源，比如收音機、電視機、帶微處理器控制的家電設備等?，F(xiàn)在所使用的大多數(shù)電子設備，幾乎都必須用到直流穩(wěn)壓電源供電，才能使其正常工作，而如今最常使用的是能將交流電網(wǎng)的交流電壓轉換為穩(wěn)定直流電壓的直流電源，由此可見直流穩(wěn)壓電源在電子設備中起著非常重要的作用，直流電源為電子、電氣設備能夠正常穩(wěn)定的工作提供保證。電網(wǎng)的220V、50HZ的單向交流電經(jīng)電源變壓器降壓后，再經(jīng)過整流濾波過程可獲得電壓較低的小

12、功率直流電源。又因為一般的電網(wǎng)電壓會有10%幅度的波動變化，必須將整流濾波后的直流電壓經(jīng)過穩(wěn)壓電路穩(wěn)定后再提供給負載，才能夠使負載上直流電源電壓受電網(wǎng)波動因素的影響程度達到最小，保證電子設備的正常工作。1.3 直流穩(wěn)壓電源概述在電子電路和電子設備中，所需的供電設備一般是電壓穩(wěn)定的直流電源，它作為電子電路中不可或缺的重要組成部分，其作用如下：一是為各級電路中的三極管提供合適的偏置，二是為整個電子電路提供能量。常見的供電方式有兩種，一種是采用干電池、蓄電池或其他形式向電路供電，此原理是依據(jù)化學能或其他形式的能量轉化為電能之后，向電路提供能量，這種方式的缺陷在于能量的使用要受很多實際條件（如電池的容

13、量）的限制；另一種方式是利用電網(wǎng)向電路供電，把電網(wǎng)的交流電經(jīng)過降壓、整流、濾波和穩(wěn)壓之后，轉化為直流電向電路提供能量。根據(jù)電網(wǎng)提供的能量是可再生的，因此這種供電方式具有很大的優(yōu)勢，也被廣泛的使用。直流穩(wěn)壓電源的基本組成結構可以用圖1-1表示，由穩(wěn)壓電路、濾波電路、整流電路和電源變壓器等四部分組成一個完整的電路。圖1-1直流穩(wěn)壓電源結構圖 電源變壓器的作用是是將交流電網(wǎng)220V的電壓變?yōu)樗枰碾妷褐?，脈動的直流電壓是由交流電壓通過蒸餾電路而形成的。由于脈動的直流電壓中還含有較大的紋波，所以必須通過濾波電路加以濾除，才能得到平滑的直流電壓。但這樣的電壓還隨電網(wǎng)電壓波動，電網(wǎng)波動一般在10%左右，

14、電網(wǎng)波動受電路中的負載和溫度影響。因而在整流、濾波電路之后，電源還需接穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓電路的作用是當電網(wǎng)電壓波動、負載和溫度變化時，保證輸出直流電壓穩(wěn)定。一般的電子設備所用的都是較小的直流電壓，通常低于千瓦，但對其的穩(wěn)定性還是有較高的要求。對直流電源的性能要求是：紋波小、高負載能力和輸出電壓穩(wěn)定等。直流電源的性能指標主要有如下幾個：（1）輸入電壓，符號為Ui。輸入電壓Ui為220V、50Hz 的交流電（2）額定輸出電壓，符號為U0 。輸出電壓U0在可變電源的某個范圍值之內(nèi)（3）最大輸出電流，符號為Imax 。在額定輸出電壓U0 下工作時，提供的最大輸出電流。也可用最大輸出功率Pmax 來表示。（

15、4）紋波系數(shù)，符號為S 。紋波系數(shù)S反應了輸出電壓的穩(wěn)定程度。用電源輸出電壓所含有的基波分量的峰值與輸出直流電壓的比值。1.4 本設計研究的主要內(nèi)容（1）復習電子電路的相關知識，了解直流穩(wěn)壓電源的組成和工作原理。查閱并收集與本課題有關的資料。（2）設計直流穩(wěn)壓電源，滿足性能指標要求，并對設計電路進行工作原理分析，元件參數(shù)計算及元件選擇。（3）對所設計電路進行仿真與調(diào)試。（4）關于直流電源設計和仿真的總結與體會。2 電源方案設計2.1 設計的目的和任務2.1.1 設計的目的隨著電子技術的發(fā)展，在人們的生產(chǎn)活動和日常的生活中，電子設備扮演著越來越重要的角色，在教學、科研等眾多領域都有電子設備的應用

16、。通過直流穩(wěn)壓電源的設計和對所設計電路進行仿真與調(diào)試，鞏固所學的電子技術知識，提高對電路的設計、分析、應用和仿真的能力，為今后的從事相關的研發(fā)工作奠定基礎。2.1.2 設計的任務設計一個直流穩(wěn)壓電源，使之能夠滿足性能指標要求，能夠?qū)υO計電路進行工作原理分析，計算出相關元器件參數(shù)，選擇符合要求的各種電路元器件；利用仿真軟件對所設計電路進行仿真與調(diào)試；對直流穩(wěn)壓電源的仿真調(diào)試結果進行分析和總結。直流穩(wěn)壓電源的主要設計指標如下： (1) 輸出電壓Uo及最大輸出電流Iomax：Uo=5V,Iomax=1A;(2) 紋波電壓： Uopp5mV。(3) 穩(wěn)壓系數(shù)：SUI0max。3.2 整流電路整流電路一

17、般最多使用的橋式整流電路。其電路如圖3-1所示，這種電路，在全波整流電路中只增加兩只二極管口使之形成為橋式的形式，就達到突顯普通全波整流電路的優(yōu)點和一定程度上克服全波整流電路缺點的目的。因為二極管具有單向?qū)щ娦?，在分析整流電路工作原理時，電路中的二極管當作為開關來運用。在橋式整流電路中，流過變壓器次級的電流是正負相對稱的，沒有直流成分流過次級繞阻。橋式整流電路的輸出電壓高，諧波電壓較小，管子所承受的最大方向電壓較低，又因電路中的負載得到了電源變壓器在正負半周內(nèi)部提供的電流，因此電源變壓器得到了充分的利用即提高了利用效率。圖3-1 橋式整流電路1、橋式整流電路的工作原理如圖3-1所示，因為二極管

18、具有單向?qū)щ娦?，當U2為正半周時，D1、D3獲得正向電壓，即 Dl，D3導通； D2、D4獲得反向電壓，即D2、D4截止。電路中構成RL 、D3、U2、Dl通電回路，在RL上形成上正下負的半波整流電壓；反之當U2為負半周時， D2、D4獲得正向電壓，即D2、D4導通； D1、D3獲得反向電壓，即D1、D3截止。電路中構成RL 、D4、 U2、D2通電回路，同理在RL上形成上正下負的另外半波的整流電壓。 按照上述方法重復幾次， RL上就得到全波整流電壓。其波形圖和全波整流波形圖是一樣的。從圖3-1中可以看出，此電路中單個二極管所承受的反向電壓為變壓器次級電壓的最大值。 如圖3-2所示，經(jīng)過橋式整

19、流后，在負載電阻RL上正得到的是同一個方向的單向脈動電壓。 圖3-2橋式整流電路波形變化2、橋式整流電路的參數(shù)計算 (1)輸出平均電壓Uo。 由Uo波形可知，橋式整流電路的輸出平均電壓是半波整流電路的2倍， 即： （3-2） (2)流過每個二極管的平均電流ID。 由于D1 、 D3和D2、 D4輪流導通， 因此流過每個二極管的平均電流只有負載電流的一半， 即： （3-3） (3)二極管承受的最高反向峰值電壓URM。 當U2上正下負時，D1 、D3導通，D2、D4截止， D2 、D4相當于并聯(lián)后跨接在U2上，因此反向最高峰值為： （3-4）3、單相橋式整流電路的負載特性曲線負載特性曲線是指輸出電

20、壓比上負載電流的關系曲線。該曲線的斜率即為整流電路的內(nèi)阻。如圖3-6所示： 圖3-3單相橋式整流電路的負載特性曲線3.3 濾波電路脈動直流是由交流電經(jīng)過整流電路后得到，直接得到的直流電源交流紋波很大，不適合給電子電路直接供電。因此可采用電容濾波電路降低這種交流紋波成份，進行整流后電壓波形變得比較平滑，可給電子電路直接供電。電容濾波電路，如圖3-4所示：圖3-4 電容濾波電路圖3-5 電容濾波變化示意圖1、工作原理如圖3-5所示，若電路處于正半周，則二極管D1、D3處于導通狀態(tài)，變壓器次端電壓U2給電容C充電。電容C相當于與U2并聯(lián)，因此輸出波形與U2 相同，是正弦形。在t1到t2時刻，二極管導

21、電，電容充電，Uo=Uc按正弦規(guī)律變化；t2到t3時刻二極管關斷，UC=URL按指數(shù)曲線下降，放電時間常數(shù)為RLC。當放電時間常數(shù)RLC增加時，t1點要右移， t2點要左移，二極管關斷時間加長，導通角減小，見曲線3；反之，RLC減少時，導通角增加。當L很小，即IRL很大時，電容濾波的效果不好，見濾波曲線中的2。然而，當L很大，即IRL很小時，盡管C較小, RLC仍很大,電容濾波的效果也很好,見濾波曲線中的3。因此在輸出電流較小的場合適用電容濾波。通常，放電時間常數(shù)RLC越大、輸出電壓越平滑。如果負載開路，即負載電阻趨于無窮大，電容沒有形成放電回路，輸出電壓將保持為U2的峰值不變。2、電容濾波電

22、路的參數(shù)計算（1）輸出電壓的估算電容濾波電路的輸出電壓和電容的放電時間常數(shù)=RLC相關， U2的周期T應遠小于，通常，當 （35）T /2時，濾波電路的輸出電壓可按照UO1.2U2進行估算。（2）因為整流二極管縮短了導通時間，存在瞬間的浪涌電流，因此要求二極管允許有更大的電流通過，即管子參數(shù)應滿足 : IFM2IV=IO。 （3）可根據(jù)負載電阻RL的大小選擇濾波電容C的容量，根據(jù)公式即 C（35） T /2RL。 （3-5）容量偏小會影響輸出電壓UO的下降，因此要選擇較大容量的電解電容；電容的耐壓值應考慮到電網(wǎng)電壓波動的因素，留有一定的余量，故電容的耐壓值大于U2的峰值。由于電容濾波電路的負載

23、能力較差，一般使用場合的負載電流都較小。選擇濾波電容時需要滿足條件：RLC(3-5)T/2。電容濾波電路的輸出特性曲線如圖3-6所示。從圖中可見，電容濾波電路的輸出電壓在負載變化時波動較大，說明它的帶負載能力較差，只適用于負載變化不大的場合。圖3-6電容濾波電路的輸出特性曲線3.4 穩(wěn)壓電路由于穩(wěn)壓電路會因為外界因素發(fā)生波動、負載和溫度發(fā)生變化，濾波電路輸出的直流電壓會隨之發(fā)生變化而不穩(wěn)定。因此，為了維持輸出電壓穩(wěn)定不變，還需一個穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓電路保證輸出直流電不受電網(wǎng)電壓、負載、外界環(huán)境溫度等發(fā)生變化時而發(fā)生改變，從而維持電壓的穩(wěn)定輸出。3.4.1 串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路串聯(lián)型穩(wěn)壓電路是以穩(wěn)壓管

24、電路為基礎，利用晶體管的電流放大作用，增大負載電流；在電路中引入深度電壓負反饋使輸出電壓穩(wěn)定；同時，可以通過改變反饋網(wǎng)絡參數(shù)使輸出電壓可調(diào)。圖3-7 串聯(lián)穩(wěn)壓電路的基本組成電路1、串聯(lián)型反饋式穩(wěn)壓電路的工作原理如圖3-7可知，VO =VI-VR，當VI增加時，R因受控制而增加，使VR增加，從而在一定程度上減小了VI增加對輸出電壓的影響。當負載電流IL增加時，R受控制而減小，使VR減小，這就在一定程度上抵消了因IL增加使VI減小，減小對輸出電壓的影響。2、典型串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路在實際電路中，可用一個三極管來替代變電阻R，控制基極電位，從而就控制了三極管的管壓降VCE，VCE等同于VR。要想輸出電

25、壓穩(wěn)定，必須按電壓負反饋電路的模式來構成串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。 如圖3-8所示，串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路由調(diào)整管、放大環(huán)節(jié)、比較環(huán)節(jié)、基準電壓源四個部分組成。圖3-8 串聯(lián)型穩(wěn)壓電路方框圖（1）當輸入電壓變化，負載電流不受影響。若輸入電壓VI的增加，輸出電壓VO隨之增加，輸出電壓經(jīng)過取樣電路取出一部分信號VF與基準源電壓VREF比較，獲得誤差信號V。誤差信號經(jīng)放大器進行放大后，使用VO1去控制調(diào)整管的管壓降VCE的增加，這樣就抵消輸入電壓增加的影響。其變化過程可以描述如下：（2）當負載電流變化，輸入電壓不受影響。若負載電流IL的增加，輸入電壓VI反而減小，導致輸出電壓VO下降，經(jīng)過取樣電路取出一部分信號V

26、F與基準電壓源VREF比較，獲得的誤差信號V。誤差信號經(jīng)放大器進行放大后使VO1增加，從而使調(diào)整管的管壓降VCE下降，這樣就抵消了因IL增加使輸入電壓減小的影響。其變化過程可以描述如下：3、串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路輸出電壓調(diào)節(jié)范圍的計算VfVREF ， (3-6) 由上式可以看出，通過調(diào)節(jié)R2可以改變輸出電壓。串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的內(nèi)阻很小，如果輸出端短路，則輸出短路電流很大。同時輸入電壓將全部降落在調(diào)整管上，使調(diào)整管的功耗大大增加，調(diào)整管將因過損耗發(fā)熱而損壞，為此必須對穩(wěn)壓電源的短路進行保護。過載也會造成損壞。3.4.2 三端固定式集成穩(wěn)壓器目前在市場上，集成穩(wěn)壓器的類型有很多，使用也很廣泛，在小功率穩(wěn)

27、壓電源中，普遍使用的是三端集成穩(wěn)壓器,其內(nèi)部也屬于串聯(lián)型穩(wěn)壓電路結構。三端集成穩(wěn)壓器按其輸出電壓類型可分為固定式穩(wěn)壓器和可調(diào)式穩(wěn)壓器，此外這些集成穩(wěn)壓器又可分為正電壓輸出或負電壓輸出兩種類型。 三端固定式集成穩(wěn)壓器的外形和管腳排列如圖3-9所示。從圖中可以看出它只有輸入、輸出和公共地端三個端子,所以稱之為三端穩(wěn)壓器。 圖3-9 三端固定式集成穩(wěn)壓器外形及管腳國產(chǎn)的三端固定集成穩(wěn)壓器有CW78XX系列和CW79XX系列,CW78XX系列能夠輸出正電壓，CW79XX系列輸出負電壓，它們的輸出電壓值有5V、6V、8V、9V、12V、15V、18V、24V等,最大輸出電流有0.1A、0.5A、1A、1

28、.5A、2.0A等。 78系列和79系列的典型電路如圖3-10（a）、（b）所示：圖3-10（a）正電壓輸出 圖3-10（b）負電壓輸出在圖3-10中，輸入與輸出之間的電壓差不得低于3V.電容Ci的作用是用來抵消輸入端接線較長時的電感效應，防止產(chǎn)生自激振蕩。用來改善波形。通常Ci大小取0.1mF 0.33mF。電容Co的作用是為了瞬時增減負載電流時，不致引起輸出電壓有較大的波動。即用來改善負載的瞬態(tài)響應。通常Co大小為1mF。 如果需要輸出電壓高于三端穩(wěn)壓器輸出電壓，即要提高輸出電壓時,可采用圖3-11（a）、（b）所示電路。 圖3-11提高輸出電壓的接線圖圖3-11(a)中, (3-7)在上

29、式中,UXX為集成穩(wěn)壓器的輸出電壓值;UZ為穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值。圖3-11(b)中, (3-8)在上式中,IW為三端穩(wěn)壓器的靜態(tài)電流,一般大小在幾毫安左右。當負載電流大于三端穩(wěn)壓器輸出電流，即要提高輸出電流時,可采用圖3-12（a），（b）所示電路。 圖3-12 提高輸出電流的電路其中的電流關系為： （3-9） （3-10） （3-11）因為1,且IW很小,可忽略不計,所以有 （3-12） （3-13） 在上式中,R為V提供偏置電壓;UBE的大小由三極管決定,通常鍺管為0.3V,硅管為0.7V。圖3-12(b)中,輸出電流為單片三端穩(wěn)壓器的兩倍,即 ： （3-14）如果要求電路同時具有正、負電壓輸

30、出功能?？刹捎脠D3-13所示電路,由圖可知,這種電路可以在輸出端得到大小相等、極性相反的電壓。圖3-13 正負電壓對稱輸出的穩(wěn)壓電路3.4.3 集成穩(wěn)壓器的參數(shù)關系（1）在直流穩(wěn)壓電源的設計當中，集成穩(wěn)壓器的輸出電壓Uo應與穩(wěn)壓電源要求的輸出電壓的大小及范圍相符。穩(wěn)壓器的最大允許電流IcmIomax，穩(wěn)壓器的輸入電壓Ui以滿足下式：Uomax+（Ui-Uo）minUiUomin+（Ui-Uo）max （3-16） 在式（3-16）當中，Uomax為穩(wěn)壓電源的最大輸出電壓； Uomin為穩(wěn)壓電源的最小輸出電壓；（Ui-Uo）min為穩(wěn)壓器的最小輸入輸出壓差；（Ui-Uo）max為穩(wěn)壓器的最大輸入

31、輸出壓差。（2）可調(diào)式三端集成穩(wěn)壓器輸出電壓Uo滿足下式： Uo=1.25（1+RpR1）。 （3-17） 4 PROTEUS仿真設計4.1 Protues簡介4.1.1 Proteus的概述Proteus軟件是由英國Labcenterelectronics公司發(fā)行的EDA工具軟件。它是由ISIS和ARES兩部分構成，其中ISIS是一款便捷的電子系統(tǒng)原理設計和仿真平臺軟件，ARES是一款高級的PCB布線編輯軟件。Protues軟件具有和其他EDA工具一樣的原理圖編輯、印刷電路板(PCB)設計及電路仿真功能，Protues軟件最大的特色是其電路仿真的交互化和可視化。通過Proteus軟件的VSM

32、即虛擬仿真模式，用戶可以對模擬電路、數(shù)字電路、模數(shù)混合電路、單片機及外圍元器件等電子線路進行系統(tǒng)的仿真測試。4.1.2 Protues的豐富資源 （1）Protues資源豐富可提供的仿真元器件包括：交流、仿真數(shù)字和模擬和直流等數(shù)千種元器件，有30多個元件庫。 （2）Protues可提供的仿真儀表資源有 ：邏輯分析儀、示波器、虛擬終端、I2C調(diào)試器、模式發(fā)生器、SPI調(diào)試器、交直流電壓表、信號發(fā)生器、交直流電流表。 （3）Protues具有圖形顯示功能，在protues仿真環(huán)境下，通過圖形的方式可以將線路上變化的電流信號實時顯示出來，其作用與示波器的功能相似，但protues更勝一籌。 （4）P

33、rotues調(diào)試手段多種多樣， 在仿真環(huán)境下，提供了模擬信號和數(shù)字信號用于電路的測試。（5）與此同時，Protues還支持第三方的軟件編譯和調(diào)試環(huán)境，比如Keil C51 uVision3等軟件。在仿真環(huán)境下，繪制好原理圖后，調(diào)入已編譯好的目標代碼文件：*.HEX，便可以在Proteus原理圖中看到模擬的實物運行狀態(tài)和過程。 4.1.3 Protues的功能Protues軟件具有其它EDA工具軟件的功能。這些功能有： 原理布圖 、SPICE電路仿真、PCB自動或人工布線 。4.1.4 Protues仿真軟件其革命性的特點 （1）具有互動的電路仿真功能。用戶可以實時采用諸如RAM，ROM，鍵盤，

34、馬達，LED，AD/DA，部分SPI器件。 （2）仿真處理器及其外圍電路?？梢苑抡?1系列單片機、PIC、AVR、ARM等常用主流單片機。除此以外，protues還可以直接于原理圖的虛擬原型上進行編程，再配合顯示及輸出，便可直觀的看到運行后輸入輸出的效果。配合系統(tǒng)配置的虛擬邏輯分析儀、示波器等，Protues仿真軟件建立了一個完備的電子設計開發(fā)環(huán)境。 在當今世界電子技術迅速發(fā)展的今天，許多設計部門前期設計手段都利用計算機仿真技術。它具有設計靈活，結果、過程的統(tǒng)一的優(yōu)點。大大縮短了設計時間，減少了耗資的成本，同時，也在一定程度上降低工程制造的風險。不得不承認，在今后的電路仿真中Protues仿真

35、軟件會茯更加廣泛的應用。 4.2 Protues的仿真過程根據(jù)電路原理圖在Protues中畫出如圖4-1，并且將輸入電壓設置為220V。圖4-1仿真電源電路輸入電壓為220V時輸出電壓顯示從圖中可以看出輸入電壓為220V時，輸出的電壓為-5.03V和5.01V近似5V符合要求。畫出如圖4-2，并且將輸入電壓設置為230V。圖4-2仿真電源電路輸入電壓為230V時輸出電壓顯示從圖中可以看出輸入電壓為230V時，輸出的電壓為-5.03V和5.01V近似5V符合要求。畫出如圖4-3，并且將輸入電壓設置為212V。圖4-3仿真電源電路輸入電壓為212V時輸出電壓顯示從圖中可以看出輸入電壓為212V時，

36、輸出的電壓為-5.03V和5.01V近似5V符合要求。4.3 電路設計根據(jù)之前的計算的參數(shù)可以畫出如圖4-4，該圖為5V直流電壓輸出電路原理圖。圖4-4 5V直流電壓輸出電路電源變壓器：將電網(wǎng)提供的220V交流電壓轉換為各種電路設備所需的交流電壓。整流電路：利用單向?qū)щ娖骷⒔涣麟娹D換成脈動直流電路。濾波電路：利用儲能元件（電感或電容）把脈動直流電轉換成比較平坦的直流電。穩(wěn)壓電路：利用電路的調(diào)整作用使輸出電壓穩(wěn)定的過程稱為穩(wěn)壓。整流后的電壓經(jīng)過7805穩(wěn)壓塊穩(wěn)壓為+5V，C13、C15、C17、C19分別組成輸入的儲能濾波和輸出的儲能濾波，與之對應的是7905構成的-5V穩(wěn)壓電路，總體構成了正

37、負5V對稱雙電源電路。4.4 性能測試為了進一步確定所設計的電路是否符合設計任務的要求,需要對路中的關鍵部分用進行電路測試。4.4.1 測試指標穩(wěn)壓電源的技術指標有如下兩種：一種是電源的質(zhì)量指標，用來衡量輸出直流電壓的穩(wěn)定程度，包括穩(wěn)壓系數(shù)、輸出電阻（或電流調(diào)整率）、溫度系數(shù)及紋波電壓等；另一種是特性指標，包括允許的輸出電壓、輸入電壓、輸出電流及輸出電壓調(diào)節(jié)范圍等。直流穩(wěn)壓電源的質(zhì)量指標，可簡述如下：（1）紋波電壓紋波電壓是指疊加在電源輸出電壓U0上的交流分量。其峰-峰值可直接用示波器進行觀測，整體而言紋波電壓值很小，U0PP一般為毫伏量級。另外，其有效值也可以用交流電壓表測量，但因U0不是正

38、弦波，所以用有效值衡量其紋波電壓，會存在一定誤差。（2）穩(wěn)壓系數(shù)及電壓調(diào)整率穩(wěn)壓系數(shù)是指在負載電流、環(huán)境溫度不變的情況下，直流電源輸入電壓的相對變化引起輸出電壓的相對變化，用公式表示為： (4-1)電壓調(diào)整率是指直流電源的輸入電壓相對變化為10%時，輸出電壓相對變化量，即 (4-2)穩(wěn)壓系數(shù)Su和電壓調(diào)整率Ku表示輸入電壓變化對輸出電壓的影響，因此只需測試其中之一即可。（3）輸出電阻及電流調(diào)整率輸出電阻是指在放大器的輸出電阻相同，其值為當輸入電壓不變時，直流電源輸出電壓量比輸出電流變化量的絕對值，即 (4-3)電流調(diào)整率是指隨著輸出電流從0變到最大值Imax相應產(chǎn)生的輸出電壓的變化值，其公式表

39、示為: (4-4)輸出電阻ro和電流調(diào)整率說明了負載電流變化對輸出電壓的影響，因此在進行測試時，也只需測試其中之一。4.4.2 測試方法按照圖4-5所示的測試電路在protues仿真軟件當中進行電路性能測試。圖4-5穩(wěn)壓電源性能指標測試電路負載電流、環(huán)境溫度穩(wěn)定不變的基礎上，改變輸入電壓，對實際輸出電壓進行測試。在放大器的輸出電阻和輸出電壓相同時，改變負載的阻值，對實際輸出電壓和輸出電流進行記錄。電路的紋波電壓用示波器進行測試，計算出電路的穩(wěn)壓系數(shù)。將測量所得數(shù)據(jù)記錄并計算處理，用表格列出測試結果。在進行仿真測試時，因為電網(wǎng)電壓存在一定的波動，分別取不同電壓的交流電進行測試，將輸入電壓設置在2

40、00V240V范圍內(nèi)變化，分別在電路中接入交流電壓表、直流電壓表、直流電流表進行相應測試，記錄在相應電壓下的電路輸出電壓，并計算出穩(wěn)壓系數(shù)，用示波器觀察電源的紋波電壓。得出直流穩(wěn)壓電源的性能測試結果。表4-1 5V穩(wěn)壓電源輸出電壓的性能測試表輸入電壓+5V實際輸出電壓+5V電源紋波電壓+5V電源穩(wěn)壓系數(shù)200V5.01V2.6 mV0.0005210V5.01V2.8 mV0.0020220V5.01V3.1 mV0.0022230V5.01V3.2 mV0.0006240V5.03V3.2 mV0.0026輸入電壓-5V實際輸出電壓-5V電源紋波電壓-5V電源穩(wěn)壓系數(shù)200V-5.01V2.

41、6 mV0.0005210V-5.01V2.8 mV0.0020220V-5.01V3.1 mV0.0022230V-5.01V3.2 mV0.0006240V-5.03V3.2 mV0.0026由表5-1可知，在允許的誤差范圍內(nèi)，設計基本能夠滿足預期的要求。4.4.3 仿真測試結果（1）輸出電壓測試結果在protues仿真環(huán)境中，在所設計的電路中加入一交流電壓源（220V，50Hz），把電壓表接入電路測試輸出電壓，測試結果為：II檔:輸出電壓+5.01V;（2）紋波電壓測試結果通常，在輸出的直流電壓中還會含有一定的交流成分，在protues仿真環(huán)境下，可以用示波器觀察其峰峰值U0PP，直接得出其紋波電壓值。在本設計電路中，經(jīng)過測試，其紋波電壓在2.0mV3.2mV之間，基本滿足設計要求。（3）穩(wěn)壓系數(shù)計算結果因為電網(wǎng)電壓存在一定的波動，分別取不同電壓的交流電進行測試，測試結果為，當輸入電壓在200V240V變化時，電路的穩(wěn)壓系數(shù)Su保持在0.005以下。5結論與展望在電子技術快速發(fā)展的今天，幾乎所有的電子設備都離不開直流穩(wěn)壓電源，這也是本課題研究的現(xiàn)實意義。