Multisim仿真直流穩壓電源電路設計 CW317+CW337 5v和LM317 5-12V可調穩壓電源電路

ID:1077923 · 發表于 2023-5-16 21:06

隨著科技的發展，電氣、電子設備已經在日常、科研、學習等各個方面得到廣泛的應用。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、穩定性等各項指標也要求更高。對電源的研究和開發已經成為新技術、新設備開發的重要環節，它對推動科技發展起著重要作用。設計直流穩壓電源，通過相關知識可計算出電路中各個器件的參數，使電路性能達到設計要求的電壓調整率，電流調整率，負載調整率，紋波電壓等各種指標。利用Multisim仿真軟件對所設計的電路進行仿真調試，使設計達到要求。

直流穩壓電壓電源的設計思路是將220V,50HZ交流電通過變壓器降為合適交流電壓值，然后經過整流電路將交流電轉為直流電，再通過濾波電路濾除直流電中的交流成分，最后通過集成穩壓器構成的穩壓電路轉化為穩定直流電輸出。集成穩壓器具有體積小、重量輕、安裝和調試方便、可靠性和穩定性高等優點。

直流穩壓電源設計文檔

一、設計任務和基本要求：

（1）設計集成直流穩壓電源電路。

（2）輸出直流電壓±5V。

（3）畫出邏輯電路圖，對電路進行仿真驗證，寫出總結

二、進度安排：

第十二周：復習電子電路的相關知識，了解直流穩壓電源的組成和工作原理。

第十三周：查閱并收集與本課題有關的資料。

第十四周：設計直流穩壓電源，滿足性能指標要求。

第十五周：對設計電路進行工作原理分析，元件參數計算及元件選擇。

第十六周：對所設計電路進行仿真與調試。

第十七周：關于直流電源設計和仿真的總結。

第十八周：

三、正文：

1.整流電路的設計

方案一:采用半波整流電路

半波整流電路如圖2所示，半波整流電路只利用電源輸出電壓的正半周，電源的利用效率非常低，會帶來很大的資源浪費，它僅在高電壓、小電流等少數情況下使用，--般半波整流電路電源電路中很少使用。

圖2 半波整流電路圖

方案二:采用全波整流電路

全波整流電路圖見如圖3所示，全波整流電路中的每個整流二極管上流過的電流只是負載電流的--半，比半波整流小--倍，它所使用的整流器件較半波整流時多一倍。全波整流電路的整流電壓脈動較小，變壓器的利用率比半波整流時高很多，整流器件所能承受的反向電壓較高。但是全波整流電路需要特制的變壓器才能正常工作，變壓器二次繞組需要-一個中心抽頭，制作起來會比較麻煩。

圖3 全波整流電路圖

方案三:采用橋式整流電路

橋式整流電路如圖4所示，這種整流電路使用普通的變壓器，比一般的全波整流電路多用到了兩個整流二極管。因為整流二極管以四個連接成電橋形式，所以稱這種整流電路為橋式整流電路。橋式整流電路使用的整流器件較一般的全波整流電路多一倍，但是其每個器件所承受的反向電壓較小，在直流穩壓電源的設計當中得到廣泛使用。

圖4 橋式整流電路圖

綜合考慮以上3種方案的優缺點，決定采用方案三:橋式整流電路。

2.濾波電路的設計

方案一:采用電感濾波電路

電感濾波電路如圖5所示，電感濾波電路是利用電感對脈動直流的反向電動勢來達到濾波的作用，電感量越大，其濾波效果越好。電感濾波電路帶負載能力比較好，多用于負載電流較大的場合。如果忽略電感線圈的直流電阻，負載上的直流電壓與不加濾波時負載上的直流電壓基本相同。電感濾波電路輸出電壓沒有電容濾波高。在電感濾波電路中，峰值電流很小，整流管的導電角較大，輸出特性比較平坦，但是由于鐵心的存在，笨重、體積大，容易引起電磁干擾，電感濾波電路用只用在低電壓、大電流場合。

圖5 電感濾波電路

方案二:采用RC濾波電路

RC濾波電路如圖6所示，它是由兩個電容和一個電阻組成，又稱π型RC濾波電路。這種濾波電路由于增加了一個電阻R1，使交流紋波都分擔在R1.上。R1和C2越大其濾波效果越好，但R1過大又會造成壓降過大，減小了輸出電壓。在RC濾波電路中，一般R1應遠小于R2。

圖6 RC濾波電路圖

方案三:采用LC濾波電路

LC濾波電路如圖7所示，LC濾波電路是-種與RC濾波電路相對的濾波電路，此濾波電路的優點是綜合了電容濾波電路紋波小和電感濾波電路帶負載能力強的特性。

圖7 LC濾波電路圖

方案四:采用電容濾波電路

電容濾波電路如圖8所示，電容濾波電路是利用電容的充放電原理達到濾波的作用。電容濾波電路簡單，紋波較小，負載直流電壓比較高，它適用于負載電壓較高，負載變動不大的場合，使用電容濾波電路也減輕了電路設計工作。由于電感的體積和制作成本等原因，濾波電路多采用電容濾波。

圖8電容濾波電路

基于以上的電路對比分析，選用電容濾波電路。

3.穩壓電路的設計

穩壓電路的作用是為電路提供更加穩定的直流電。整流濾波電路的輸出電壓和理想直流電源還有一定的差距，主要因為兩方面的原因:第一，當負載電流發生變化時，由于整流濾波電路存在內阻，輸出的直流電壓將會隨之發生變化;第二，當電網電壓有波動時,整流電路的輸出電壓與變壓器副邊電壓有直接的關系，因此輸出直流電壓也會發生變化。

根據設計任務的要求，利用可調式三端集成穩壓器LM317和LM337組裝的電路可對稱輸出士5v的直流電壓。進一步改進為組裝輸出連續可調的士1.2v-士7v。

4.可調式三端集成穩壓器

可調式三端集成穩壓器克服了固定三端穩壓器輸出電壓不可調的缺點,同時有繼承了三端固定式集成穩壓器的一些優點�？烧{式三端集成穩壓器CW317 和CW337是一種懸浮式串聯調整穩壓器, 317系列集成穩壓器能夠輸出連續可調的正電壓，337系列集成穩壓器能夠輸出連可調的負電壓。它們的外形如圖9所示，內部電路如圖10所示，典型應用電路如圖11所示。

圖9 CW317和CW337外形圖

圖10 可調式三端集成穩壓器內部原理圖

圖11 CW317和CW337典型應用電路

在實際的應用當中，為了使電路正常工作,一般317和337系列穩壓器輸出電流不小于5mA。其輸入電壓范圍在2~40V之間,輸出電壓可在1.25V~37V之間調整,負載電流可達到1.5A,因為調整端的輸出電流非常小且恒定,可將其忽略不計,這樣輸出電壓可用下式（1）表示:

（1）

在上式中，1.25V是集成穩壓塊輸出端與調整端之間的固有參考電壓，此電壓加于給定電阻R1兩端，會產生一個恒定電流通過輸出電壓調節電位器Rp,通常電阻R1:取值為120Ω ~ 240Ω,根據LM317輸出電壓表達式，取: R1=2.2k, R2=2k。Rp一般使用精密電位器，與其并聯的電容器C可進一步減小輸出電壓的紋波。

可調式穩壓器內部含有過流、過熱保護電路，具有安全可靠，性能優良、不易損壞、使用方便等優點。其電壓調整率和電流調整率均優于固定式集成穩壓構成的可調電壓穩壓電源。LM317系列和1M337系列的引腳功能基本相同。

LM317的一-些特性參數如下:

(1)輸出電壓可調范圍: 1.2V~37V;

(2)輸出負載電流: 1.5A;

(3)輸入與輸出工作壓差U=Ui-U。: 3~40V。

5.集成穩壓器的參數關系

在直流穩壓電源的設計當中，集成穩壓器的輸出電壓Uo應與穩壓電源要求的輸出電壓的大小及范圍相符。穩壓器的最大允許電流I < Io max，穩壓器的輸入電壓Ui以滿足下式（1）。

Uo max+ (Ui-Uo) min Ui Uo min+ (Ui-Uo) max (1)

在式(1)當中，Uo max 為穩壓電源的最大輸出電壓; Uo min 為穩壓電源的最小輸出電壓; (Ui-Uo) min為穩壓器的最小輸入輸出壓差; (Ui-Uo) max 為穩壓器的最大輸入輸出壓差。

可調式三端集成穩壓器輸出電壓Uo滿足下式（2）

Uo = 1.25 ( 1 + )（2）

四、完成情況

1.直流電壓輸出電路仿真

采用Multisim仿真軟件對所設計的電路進行電路仿真，仿真運行結果如圖12:

圖12 士1.2v-士7v直流電壓對稱輸出電路Multisim仿真效果

士1.2v直流電壓輸出萬用表顯示如圖13所示，士1.2v直流電壓輸出示波器顯示如圖14所示，士7v直流電壓輸出萬用表顯示如圖15所示，士7v直流電壓輸出示波器顯示如圖16所示。

圖13 士1.2v直流電壓輸出萬用表顯示

圖14 士1.2v直流電壓輸出示波器顯示

圖15 士7v直流電壓輸出萬用表顯示

圖16 士7v直流電壓輸出示波器顯示

五、自我評價

1.總結

在電子技術快速發展的今天，幾乎所有的電子設備都離不開直流穩壓電源，這也是本課題研究的現實意義。

在設計過程中，先根據直流穩壓電源的特點收集、選擇與直流穩壓電路的相關資料，再整理收集到的資料，然后初步確定幾個電路設計方案，再通過幾次方案的可行性討論、修改，最后確定最終的設計方案。當設計方案確定以后，進行詳細設計，并在仿真軟件環境中畫出所需的電路原理。然后學習使用Multisim仿真軟件，最后使用Multisim對所設計的電路進行仿真并進行調試。

設計過程中我也遇到了很多困難，在對電路進行仿真運行的過程中，有很多仿真環節都沒有成功，一方面是對仿真軟件的不夠熟悉，另一方面是因為自己所設計的電路本身存在錯誤，但經過對仿真軟件的進一步學習，修改一些元器件的參數設置，我把這些這些問題都依次解決的，這一過程是需要很大的耐心的。

通過直流穩壓電源的設計使我電源原理和性能有了更為深刻的了解，對其結構組成及參數計算更加熟悉了。比如整流電路部分的原理和電容濾波電路原理，這些知識在以前沒有學習很得透徹，但通過本次設計，然我對這些原理的理解更加深刻，我相信這會對我以后的學習有很大的幫助。而在穩壓電路部分所用到的三端集成穩壓器LM317, 具有很多的性能優點，給電路設計帶來了很大的方便。

本次設計的測試結果基本符合了預期的要求，但是由于學識有限，在設計當中難免會有一些錯誤，還有很多地方可以做進一步的完善，還望得到專家們的批評指正。

2.展望未來

隨著科學技術的發展，人們的生活水平也在不斷的提高，當今社會已經進入到了人工智能時代，這種智能并不局限于小的方面，而是在生活中的方方面面都存在，直流穩壓電源便是生活中的一個小的方面，但它的作用是不容小覷的，很明顯，它能幫助我們在生活閑暇之余放松心情。

設計內容中，主要包括了變壓模塊、整流模塊、濾波模塊、穩壓模塊，而難于實現的是濾波與穩壓，電容濾波效果不是很理想，但是在理論值上，可以達到，經過調試，基本能達到要求。同時也在一定程度上反映了時代的發展，科技的進步，雖然這只是智能時代的冰山一角，但是它其中蘊含的原理是永遠存在的，我們應該根據它的原理，去思考它能否用在更廣泛的方面，更好服務于社會，總而言之，它的前景還是很美好的，同時相信它也會與時俱進。

3.注意事項

1.密切注意程序代碼和裝置的匹配，應用于隨身攜帶，一定要調好參數，從而避免因為程序不匹配的原因而導致裝置起不到應有的效果。

2.合理考慮裝置的更多場景，讓創意更加具有價值，向用戶說明裝置的作用，不要引起不必要的麻煩，讓游客體會到安全感。

3.合理連接線路，防止電源線在較為明顯的地方，以免因用戶使用時不小心拉扯到電源線發生電線短路或漏電事故。

六、參考文獻

[1] 華成英《模擬電子技術基礎》，高等教育出版社.

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