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实验室用稳压电源的设计与实现摘要：当今社会人们极大的享受着电子设备带来的便利，但是大部分电子设备需要的是直流电能，而我们工业用电都是发电厂发电传输过来的交流电，所以需要将交流电转换成直流电供电子设备使用。但仅仅是整流还远远不能满足电子设备的要求，它还需要相对稳定的电能。为了满足这两个需求人们研制出了直流稳压电源。能为负载提供稳定直流电源的电子装置。直流稳压电源的供电电源大都是交流电源，当交流供电电源的电压或负载电阻变化时，稳压器的直流输出电压都会保持稳定。直流稳压电源随着电子设备向高精度、高稳定性和高可靠性的方向发展，对电子设备的供电电源提出了高的要求。关键词：直流电压；稳压器；滤波器；整流；变压；1直流稳压电源发展史二十世纪五十年代：磁饱和稳压器→六、七十年代：磁泄放式恒压变压器→八十年代中期：运用磁补偿形式的第1代参数稳压器→九十年代中期：第2代参数稳压器→二十世纪初：第3代参数稳压器。电子反馈调控式的发展历程大致如下：二十世纪五十年代：电子管调控磁放大式（614）型交流稳压器→六、七十年代：电子调控自耦滑动式（svc）交流稳压器，自动感应式调节稳压器→八十年代中期：电子调控的有触点补偿式交流稳压器，正弦能量分配器式净化电源→九十年代中期：数控有级的无触点补偿式交流稳压器，改进型的第2、3代净化电源→二十一世纪初：利用逆变器作补偿的无级、无触点补稳压电源的发展历史2010年9月1日偿式交流稳压器、新型的净化电源。稳压电源的发展历史2010年9月1日，电源稳压器直至今日，在直流稳压电源领域，以电子计算机为代表的要求供电电压低，电流大的电源大都由开关电源担任，要求供电电压高，电流大的设备的电源由可控硅电源代之，小电流、低电压电源都采用集成稳压器。在交流稳压电源领域，铁磁谐振式和电子反馈调控式这两类技术也在不断发展。铁磁谐振式的发展历程大致如下：稳压电源的历史可追溯到十九世纪，爱迪生发明电灯时，就曾考虑过稳压器，到二十世纪初，就有铁磁稳压器以及相应的技术文献，电子管问世不久，就有人设计了电子管直流稳压器。在四十年代后期，电子器件与磁饱和元件相结合，构成了电子控制的磁饱和交流稳压器。五十年代晶体管的诞生使晶体管串联调整稳压电源成了直流稳压电源的中心。六十年代后期，科研人员对稳压电源技术做了新的总结，使开关电源，可控硅电源得到快速发展，与此同时，集成稳压器也不断发展。到今天工作模式几乎所有的直流电源都工作在恒压源模式，也就是说在整个电流变化范围内输出电压可保持不变。也有一批电源还可以在一定范围内工作在值流源模式。电源输出的变化范围不驻受限于电源本身的电压或电流输出能力，而且还与电源工作状态有关，在自适应模式，电源可在容量不变的前提下自动调整电压或电流的输出范围。有少数电源还起电子设备负载的作用，在这种模式下，此电源可用来测试别的恒压或恒流源。响应时间当电源能够远程摇控或电源是作为测试系统的一部分时，那么从发出控制命令到电源输出稳定到希望值的延迟时间就是一个非常重要的因素（例如，打开或改变电压）。响应时间从几毫秒到几十毫秒不等。少量的电源可有超过IV／us的快速转换率。这些电源可用于制造大功率的任意波形发生器。分辨率技术参数限定的输出电压或电流的最小可调增量。有些电源在整个输出范围内具有相同的分辨率，而有些在不同的输出范围内分辨率各不相同。2文献阅读文献[1]:直流稳压电源首先进行的就是变压,所以查阅的文献第一个便是变压器的原理。变压器是电工、电子技术中常用的电气设备，是耦合电感工程实际应用的典型例子，他由两个耦合线圈绕在一个共同的芯子上制成，其中，一个线圈作为输入端口，接入电源后形成一个回路，称为一次回路（或一次侧，旧称原边回路、初级回路）；另一线圈作为输出端口，接入负载后形成另外一个回路，称为二次回路（或二次侧，旧称副边回路、次级回路）。变压器的芯子是线性磁性（或工作在线性段）材料制成的。文献[2]：从本文献了解到的是直流稳压电源中的相关整流部分的理论。整流电路的作用是利用具有单向导电性能的整流元件，将正负交替的正弦交流电压整成为单方向的脉动电压。但是这种单向脉动电压往往包含着很大的脉动成分，距离理想的直流电压还差的很远。常见的整流电路有单相半波可控整流电路、单相整流电路、单相全波可控整流电路、单相桥式半控整流电路以及复杂的三相整流电路。常用的是单相桥式整流电路。整流电路的应用十分广泛，例如直流电动机、电镀、电解电源，同步发电机励磁，通信系统电源等。另外也有关于滤波和稳压电路的理论知识；关于滤波介绍了电容滤波、电感滤波以及复式滤波。电容滤波电路结构简单，因而常常被采用。电容滤波电路具有一次几个主要的特点：（1）电容滤波适用于小电流负载。我们知道RC的乘积愈大，则滤波效果愈好。为此不仅要选择大容量的滤波电容，而且要求R也尽量大，因此电容滤波适用于负载电阻比较大，即负载电流比较小的场合。（2）电容滤波电路的外特性比较软。电感滤波与电容滤波相比，输出电压较低，另外，由于采用了电感，比较笨重，通常用于功率较大的电源中。为了得到更好的滤波效果，可以将基本的滤波元件电容和电感（有时还有电阻）用适当的方式组合起来，构成各种复试滤波电路。常用的复试滤波电路有LC滤波电路、LC二型滤波电路以及RC二型滤波电路。整流电路把交流电变换为单方向的脉动电压，二滤波电路降低了输出电压中的脉动成分。但是，整流滤波电路的输出的电压与理想的直流电源还有相当距离，主要存在两方面的问题：首先，当负载发生变化时，由于整流滤波电路存在内阻，因此输出直流电压将随之发生变化。其次，当电网电压波动时，因整流电路的输出电压直接与变压器二次电压U2有关，故也要相应的变化。为了得到更加稳定的直流电源，需要在整流滤波电路的后面再加上稳压电路。文献[3]：整流电路的输出电压都含有较大的脉动成分，因此极少直接用作电子电路的直流电源。通常在整流电路后面还要加上一定的滤波电路。对滤波电路的要求是，一方面尽量降低输出电压中的脉动成分，另一方面又要尽量保留其中的直流成分，是输出电压称为比较平滑的直流电压。电容和电感都是基本的滤波元件，利用他们的储能作用，在二极管导电时将一部分能量储存在电场或磁场中，然后再逐渐释放出来，从而在负载上得到比较平滑的波形。从另一个角度看，电容和电感对对于交流成分呈现出来的阻抗是不同的，如果把它们合理的安排在电路中，可以达到降低交流成分，保留直流成分的目的，实现滤波作用。文献[4]：电子设备中都需要稳定的直流稳压电源，功率较小的直流电源大多数都是50Hz的交流电经过整流、滤波和稳压后获得。整流电路用来将交流电压变换为单向脉动的直流电压；滤波电路用来滤除整流后单向脉动电压的交流成分，使之成为平滑的直流电压；稳压电路的作用是当输入交流电源电压波动、负载和温度变化时，维持输出直流电压的稳定。由于集成稳压器具有体积小、重量轻、使用方便和工作可靠等优点，应用越来越多。国产集成稳压器种类很多，主要可以分为两大类。稳压器中调整元件工作在线性放大状态的称为线性稳压器，调整元件工作在开关状态的称为开关稳压器。文献[5]：此书中介绍了直流稳压电源的技术指标：1）最大输出电流；2）输出电压；3）纹波电压；4）电源调整率和负载调整率；5）输出电阻；并详细介绍了各个指标的设定范围，确定方法，测试方法以及计算方法。此外，书中还详细介绍了集成稳压器的选择；电源变压器的选择；滤波电容的选取；二极管的选取等。文献[6]:此文献主要讲述利用LM317稳压器实现直流电的可调输出。整个电源系统分为变压器、整流、滤波、稳压、辅助电源、采样电路、数码管显示等部分组成。其中电源变压器的副边电压有效值将决定后面电路的需要，所以文献中选择输出电压有效值为12V的电源变压器。整流部分采用单相桥式整流电路，并且讲述了整流输出的计算方法。稳压部分采用LM317。并分析了LM317的性能指标。文献[7]：此文献中对直流稳压电源的设计框架与其他文献大致相同，只是此文采用7800系列和7900系列的稳压器。此外，此文中还有一个多路输出以及保护电路。此种方法设计的多路输出线性直流稳压电源，结构简单，性能可靠，精度高，成本低，便于维修。文献[8]：此文献在设计电路的同时，详细讲述了稳压电源的性能指标及测试方法，包括输出电压与最大输出电流的测试、纹波电压的测试、稳压系数的测试、电压调整率的测试、输出电阻及电流调整率的测试。文献[9]：简要介绍了可调直流稳压电源电路的三种设计方案,分别为晶体管串联式可调直流稳压电源电路、三端集成稳压器式可调直流稳压电源电路和用单片机制作的可调直流稳压电源电路,并较详细地介绍了一种应用三端稳压集成电路LM317的电路设计方法,该电路利用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。文献[10]:：此文献从直流稳压电路系统的研制和开发角度出发，把串联型、并联型和开关型稳压电源种形式整编到一个体系里，建立了它们的通用物理模型，由此依层次逐一加以介绍，揭示出三者的联系和区别，为系统理解和掌握直流稳压电源提供了新的便利途径。文献[11]:本文介绍一种以集成稳压器为核心组成的直流稳压电源,该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直流电压。文献[12]:此文献设计的线性直流稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路及稳压电路等四个部分组成，输入的市电波形经过降压、整流、滤波和稳压，获得所需的直流电压输出。电源变压器选用单相220VAc输入，6．3V、15V、36V多档位输出，功率为100w变压器。整流电路用硅整流桥将交流电整流,输出脉动直流电。电容选用2200uf的大电容，三端集成稳压器选用7800系列和7900系列。文献[13]：论文设计过程中需要绘制电路图和仿真，还要制作PCB电路板，因此选用protel99SE软件。学习此软件选用的是机械工业出版社出版的《protel99SE原理图与PCB及仿真》一书，书中对protel软件的基础应用和基本指令都有详细的讲解，对原理图的绘制和PCB板的制作也有很详细的解释。文献[14]:本文介绍了一个典型电路，实用和新颖的低功率的开关电源的设计过程实验的设计，操作和数据监控可以促进开展电子工程师实验。做论文时参考了其保护电路的设计。文献[15]:这篇文献主要讲述的是电源保护电路,包括过电流保护,过电压保护,过热保护,过载保护等等。在设计论文时可参考其中的过流保护来设计直流稳压电源的保护电路，以达到论文设计的要求。3总结1)了解了直流稳压电源电路的各部分组成和各环节的功能从而对直流稳压电源的设计电路构架有了一定的概念。2)了解了稳压电路以及实验电路从而对设计电路有了更进一步的了解和清楚了电路的具体深化。3)在直流稳压电路中选择正确的电路参数是很重要的通过从文献中查找的资料让我对参数的选择有了明确的思路。4)掌握了直流稳压电源的主要技术指标和测试方法使我对今后的实验具体操作内容有一定的帮助。5)了解直流稳压电源中造成输出电压不稳定的因素1电网电压波动2负载电阻变化。当两种情况下的电压调整率都小于0.1则满足设计要求。了解稳压电路的具体组成及工作原理、稳压管的选择和限流电阻、稳压电路的主要技术指标。6)通过通过参考电路绘制软件prote99SE的资料，对软件的使用有一些了解。7)在设计好电路后需进行电路板设计、焊接、调试在调试中一般都会存在一定的问题通过我所收集的资料我了解了电路中一般会出现的故障以及如何去分析、解决。参考文献[1]邱关源，罗先觉.电路[M].北京:高等教育出版社.2006.265-267[2]王兆安,刘进军.电力电子技术[M].北京:机械工业出版社.2009.47-51[3]杨素行.模拟电子技术基础简明教程[M].北京:高等教育出版社.2005.390-432[4]胡宴如.模拟电子技术[M]．北京:高等教育出版社.2008.235-254[5]贾立新，王涌.电子系统设计与实践[M].北京:清华大学出版社2011.29-36[