電子電路CAD課程設(shè)計基于protues的可調(diào)直流穩(wěn)壓電源設(shè)計

1、 電控學院電子電路CAD課程設(shè)計 題 目： 利用Proteus實現(xiàn)直流穩(wěn)壓電源仿真 院 （系）： 電氣與控制工程學院 專業(yè)班級： 12級測控技術(shù)與儀器02班 姓 名： 梁培煜 學 號： 1206070216 指導教師： 昝宏洋 彭倩 2015 年 1月 9 日利用Proteus實現(xiàn)直流穩(wěn)壓電源仿真1. 功能要求與技術(shù)指標1.1功能要求直流穩(wěn)壓電源的作用是通過把50Hz的交流電變壓、整流、濾波和穩(wěn)壓從而使電路變成恒定的直流電壓，供給負載，設(shè)計出的直流穩(wěn)壓電源應(yīng)不以電網(wǎng)電壓的波動和負載的變換而改變。所以本設(shè)計應(yīng)包含電源變壓器、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路四個部分組成。1.2技術(shù)指標基本要求：短路保

2、護，電壓可調(diào)。若用集成電路制作，要求具有擴流電路。輸出電壓調(diào)節(jié)范圍：0-29V可調(diào)；最大輸出電流：1.5A；輸出電阻Ro：小于1歐姆。其他：紋波系數(shù)越小越好（ 5%Vo ），電網(wǎng)電壓允許波動范圍（ 10% ）2. 工作原理直流穩(wěn)壓電源是將頻率為50Hz、有效值為220V的單相交流電壓轉(zhuǎn)換為幅值穩(wěn)定、輸出電流為幾十安以下的直流電源，其基本組成直流穩(wěn)壓電源的輸入為220V的電網(wǎng)電壓，一般情況下，所需直流電壓的數(shù)值和電網(wǎng)電壓的有效值相差較大，因而需要通過電源變壓器降壓后，再對交流電壓進行處理。變壓器副邊電壓有效值決定于后面電路的需要。變壓器副邊電壓通過整流電路從交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓，即正弦波電壓轉(zhuǎn)

3、換為單一方向的脈動電壓，半波整流電路和全波整流電路的輸出波形如圖所示?？梢钥闯觯麄兙休^大的交流分量，會影響負載電路的正常工作。為了減小電壓的脈動，需通過低通濾波電路濾波，使輸出電壓平滑。理想情況下，應(yīng)將交流分量全部濾掉，使濾波電路的輸出電壓僅為直流電壓。然而，由于濾波電路為無源電路，所以接入負載后勢必影響其濾波效果。對于穩(wěn)定性要求不高的電子電路，整流、濾波后的直流電壓可以作為供電電源。交流電壓通過整流、濾波后雖然變?yōu)榻涣鞣至枯^小的直流電壓，但是當電網(wǎng)電壓波動或者負載變化時，其平均值也將隨之變化。穩(wěn)壓電路的功能是使輸出直流電壓基本不受電網(wǎng)電壓波動和負載電阻變化的影響，從而獲得足夠高的穩(wěn)定性

4、。3. 方案選擇圖3-1 直流穩(wěn)壓電源的組成3.1 變壓器的選擇在變壓電路中，變壓器把220V、50Hz的單相交流電先降壓，變成所需的交流電。然后經(jīng)整流電路、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路得到穩(wěn)定的輸出(如圖3-1所示)。根據(jù)橋式整流電路和電容濾波電路的輸出與輸入電壓的比例關(guān)系，從輸出電壓的最大值41V倒推，可以算出所使用的降壓變壓器的副邊電壓有效值應(yīng)為29V左右。故原、副邊電感比值為1:0.033。3.2整流電路的選擇整流橋作為一種功率元器件，非常廣泛。應(yīng)用于各種電源設(shè)備整流。全波整流橋的內(nèi)部主要是由四個二極管組成的橋路來實現(xiàn)把輸入的交流電壓轉(zhuǎn)化為輸出的直流電壓。在整流橋的每個工作周期內(nèi)，同一

5、時間只有兩個二極管進行工作，通過二極管的單向?qū)üδ?，把交流電轉(zhuǎn)換成單向的直流脈動電壓。半波整流電路中的二極管安全工作條件為：二極管的最大整流電流必須大于實際流過二極管平均電流，即b）二極管的最大反向工作電壓UR必須大于二極管實際所承受的最大反向峰值電壓URM，即單相半波整流電路簡單易行，所用二極管數(shù)量少。但是由于它只是利用了交流電壓的半個周期，所以輸出電壓低，交流分量大，效率低。因此，這種電路僅適用于整流電流較小，對脈動要求不高的場合。綜合分析，選擇單相半波整流更為適宜。3.3可調(diào)式穩(wěn)壓器件LM317集成穩(wěn)壓器與簡單穩(wěn)壓電路相比其電路結(jié)構(gòu)簡單，它可以通過外接元件使輸出電壓得到很寬的調(diào)節(jié)范圍。

6、并且內(nèi)部有過熱保護、過流保護等保護電路，可以很安全的保護電路的正常工作。由LM317組成的基準電壓源電路，電容Co用于消除輸出電壓中的高頻噪音，可取小于1F的電容。輸入端和調(diào)整端之間的電壓時非常穩(wěn)定的電壓，其值為1.25V。輸出電流可達1.5A。LM317 的輸出電壓范圍是1.25V至37V，負載電流最大為1.5A。它的使用非常簡單，僅需兩個外接電阻來設(shè)置輸出電壓。 一般設(shè)R2為100200，典型值為120，這里設(shè)為200。在實際接線時，這個電阻應(yīng)盡可能地靠近LM317元件來接，因為本應(yīng)是LM317內(nèi)部電阻。由上面的公式算出滑動變阻器的最大值為4.92k，取典型值4.1k，這樣最大值達不到37

7、V，理論上只有32V左右，仿真時顯示為33.5V，有些誤差，并且最小值也比1.25V小。電容C2和C3分別為去抖和濾波作用。C2并聯(lián)在滑動變阻器兩端，可防止滑動變阻器在調(diào)節(jié)過程中由于抖動而產(chǎn)生的諧波，一般經(jīng)驗值為10F。C3為輸出側(cè)二次濾波，其目的是去掉輸出電壓波形中細小的波紋。C1與C3的關(guān)系一般為22倍。4. 具體模塊設(shè)計 4.1變壓電路在變壓電路中，變壓器把220V、50Hz的單相交流電先降壓，變成所需的交流電。根據(jù)橋式整流電路和電容濾波電路的輸出與輸入電壓的比例關(guān)系，從輸出電壓的最大值41V倒推，可以算出所使用的降壓變壓器的副邊電壓有效值應(yīng)為29V左右。故原、副邊電感比值為1:0.03

8、3。此處的39V為交流電最大值，經(jīng)整流、濾波、穩(wěn)壓后可得到29V直流輸出。圖4-1 變壓電路的仿真圖4.2整流及濾波電路整流采用常用的是二極管橋式整流電路（如圖4-2）。要詳細計算濾波所需的電容值，則可采用以下公式：式中，為濾波之后的最大電壓，為濾波之后的波紋電壓，即最大電壓與最小電壓的差值，R為負載電阻，f為工頻50Hz。4-2整流及濾波電路仿真4.3穩(wěn)壓電路集成穩(wěn)壓電路的核心器件是LM317，在實際應(yīng)用中要注意加裝散熱片。為了保護集成器件在接反的狀態(tài)下不被燒毀，在輸入、輸出端之間以及輸出與調(diào)節(jié)端之間分別接反向保護二極管1N4003，如圖4-3所示。4-3穩(wěn)壓電路仿真5. 電路仿真5.1軟件

9、繪圖5-1直流穩(wěn)壓電路仿真5.2仿真結(jié)果通過Proteus對直流穩(wěn)壓電源的仿真，最終得到了穩(wěn)定的直流輸出，并且在0-29V范圍內(nèi)可調(diào)。用示波器分別測出變壓電路、整流電路、濾波電路、穩(wěn)流電路的輸出波形。5-2-1原副邊輸出波形5-2-2整流后波形5-2-3濾波后波形5-2-4最終輸出直流波形5.3討論（1） C1變化對輸出波形的影響 C1為電解電容，電容的數(shù)值越大，輸出波形的紋波就越小,有利于抑制高頻和脈沖的干擾。（2） C2變化對電路的影響 C2的作用是去抖和濾波，當沒有C2時，在調(diào)節(jié)滑動變阻器過程中由于抖動會產(chǎn)生諧波，使輸出電壓波形產(chǎn)生細小的波紋。（3） D2、D3對電路的影響 沒有D2時，

10、當LM317輸入端元件短路時，出現(xiàn)U0大于U1，則會產(chǎn)生一個由其輸出端經(jīng)LM317流輸入端的泄放電流。這個電流將可能損壞LM317，接入D2后，D2提供一個泄放電流的通路（D2正偏），從而保護了LM317。 沒有D3時，LM317的1端產(chǎn)生電流會使其損壞。6.結(jié)論在Proteus ISIS界面中，調(diào)節(jié)電位器RV1，可以看到輸出電壓隨著電位器的調(diào)節(jié)相應(yīng)發(fā)生變化，發(fā)光二極管點亮，測得輸出電壓在1.2537V可調(diào)，從而實現(xiàn)了設(shè)計的技術(shù)指標。6. 附錄4×4矩陣式鍵盤識別技術(shù)6.1電路原理圖：6-1電路原理圖6.2源程序清單：ORG 0000HAJMP MAINORG 0030HMAIN:

11、MOV P2,#0F0H ; 給列送高電平 LCALL Delay ; 延時，使電路穩(wěn)定 MOV A,P2 ; 取P2口的值 ANL A,#0F0H ; 屏蔽行線的影響 CJNE A,#0F0H,l ; 如果有鍵按下，就跳轉(zhuǎn)到 AJMP MAIN l: LCALL Delay ; 延時去抖 MOV A,P2 ; 取P2口的值 JB ACC.4,l1 ; P2.4這一列有鍵按下？沒有則跳轉(zhuǎn)到1 MOV R3,#00H ; 如果有則將值0存入R3 AJMP Q1 l1: JB ACC.5,l2 MOV R3,#01H AJMP Q1l2: JB ACC.6,l3 MOV R3,#02H AJMP

12、Q1l3: JB ACC.7,MAIN MOV R3,#03H AJMP Q1Q1: MOV P2,#0FH ; 給行送高電平 LCALL Delay ; 延時，使電路穩(wěn)定MOV A,P2 ; 取值A(chǔ)NL A,#0FH ; 屏蔽高四位JB ACC.0,Q2 ; 判斷是不是第0行，不是則跳轉(zhuǎn)MOV R4,#00H ; 如果是則將0送給R4AJMP JIA ; 調(diào)用加法程序，取得鍵盤的值 Q2: JB ACC.1,Q3 MOV R4,#04HAJMP JIAQ3: JB ACC.2,Q4 MOV R4,#08HAJMP JIAQ4: JB ACC.3,MAIN MOV R4,#0CHAJMP JI

13、AJIA: MOV A,R3 ; 行號加列號就是該鍵的值 ADD A,R4DA A ; 十六進制調(diào)整為十進制MOV P1,A ; 數(shù)碼管靜態(tài)顯示AJMP MAINDelay: MOV R6，#20HQ6:： MOV R5，#0BBHQ5: DJNZ R5,Q5 DJNZ R6,Q6RETEND6.3討論經(jīng)過直流穩(wěn)壓電源的訓練，設(shè)計電路倒沒有太大問題，只是有些地方連線錯誤會使按鍵一直處于常開或者常閉狀態(tài)。給單片機添加程序有兩種方法，一種是直接以asm 格式直接導入（右鍵點單片機“添加源代碼文件”）；另一種是雙擊芯片“編輯元件屬性”添加hex文件。6-1添加asm文件6-2添加hex文件7.參考文獻1朱清