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LM317直流稳压电源Multisim模电仿真电路设计
时间:2020-09-16 | 点击: | 打印本页 | 收藏本文 |

这应该属于模电设计,
此直流稳压电源可以用于双闭环调速系统等,调速范围可控

设计目的

1、学习基本理论在实践中综合运用的初步经验,掌握模拟电路设计的基本方法、设计步骤,培养综合设计与调试能力。

2、学会直流稳压电源的设计方法和性能指标测试方法。

3、培养实践技能,提高分析和解决实际问题的能力。

二、设计任务及要求

1、设计一个连续可调的直流稳压电源,主要技术指标要求:

① 输入(AC):U=220V,f=50HZ;

② 输出直流电压:U0=9→12v;

③ 输出电流:I0<=1A;

④ 纹波电压:Up-p<30mV;

2、设计电路结构,选择电路元件,计算确定元件参数,画出实用原理电路图。

3、自拟实验方法、步骤及数据表格,提出测试所需仪器及元器件的规格、数量。

4、在实验室MultiSIM8-8330软件上画出电路图,并仿真和调试,并测试其主要性能参数。

三、实验设备及元器件

1、 装有multisim电路仿真软件的PC

2、三端可调的稳压器 LM317一片

3、电压表、滑动变阻器、二极管、变压器

四、设计步骤1.电路图设计方法

(1)确定目标:设计整个系统是由那些模块组成,各个模块之间的信号传输,并画出直流稳压电源方框图。

(2)系统分析:根据系统功能,选择各模块所用电路形式。

(3)参数选择:根据系统指标的要求,确定各模块电路中元件的参数。

(4)总电路图:连接各模块电路。

(5)将各模块电路连起来,整机调试,并测量该系统的各项指标。

(6)采用三端集成稳压器电路,用输出电压可调且内部有过载保护的三端集成稳压器,输出电压调整范围较宽,设计一电压补偿电路可实现输出电压从 0 V起连续可调,因要求电路具有很强的带负载能力,需设计一软启动电路以适应所带负载的启动性能。该电路所用器件较少,成本低且组装方便、可靠性高。

2、设计的电路图

五、总体设计思路
1.直流稳压电源设计思路

(1)电网供电电压交流220V(有效值)50Hz,要获得低压直流输出,首先必须采用电源变压器将电网电压降低获得所需要交流电压。

(2)降压后的交流电压,通过整流电路变成单向直流电,但其幅度变化大(即脉动大)。

(3)脉动大的直流电压须经过滤波电路变成平滑,脉动小的直流电,即将交流成份滤掉,保留其直流成份。

(4)滤波后的直流电压,再通过稳压电路稳压,便可得到基本不受外界影响的稳定直流电压输出,供给电压表。

2.直流稳压电源原理1、直流稳压电源

直流稳压电源是一种将220V工频交流电转换成稳压输出的直流电压的装置,它需要变压、整流、滤波、稳压四个环节才能完成。

直流稳压电源方框图

                  图2 直流稳压电源的方框图


其中:

(1)电源变压器:是降压变压器,它将电网220V交流电压变换成符合需要的交流电压,并送给整流电路,变压器的变比由变压器的副边电压确定。

(2)整流电路:利用单向导电元件,把50Hz的正弦交流电变换成脉动的直流电

(3)滤波电路:可以将整流电路输出电压中的交流成分大部分加以滤除,从而得到比较平滑的直流电压。

(4)稳压电路:稳压电路的功能是使输出的直流电压稳定,不随交流电网电压和负载的变化而变化。

2、整流电路

(1)直流电路常采用二极管单相全波整流电路,电路如图3所示。

LM317直流稳压电源Multisim模电仿真电路设计

图3 单相桥式整流电路


(2)工作原理

设变压器副边电压u2=√2U2sinωt,U2为有效值。

    在u2的正半周内,二极管D1、D2导通,D3、D4截止;u2的负半周内,D3、D4导通,D1、D2截止。正负半周内部都有电流流过的负载电阻RL,且方向是一致的。如图4


LM317直流稳压电源Multisim模电仿真电路设计

LM317直流稳压电源Multisim模电仿真电路设计

图4单相桥式整流电路简易画法及波形图




在桥式整流电路中,每个二极管都只在半个周期内导电,所以流过每个二极管的平均电流等于输出电流的平均值的一半,即 电路中的每只二极管承受的最大反向电压为 (U2是变压器副边电压有效值)。

3、滤波电路——电容滤波电路

采用滤波电路可滤除整流电路输出电压中的交流成分,使电压波形变得平滑。常见的滤波电路有电容滤波、电感滤波和复式滤波等。

在整流电路的输出端,即负载电阻RL两端并联一个电容量较大的电解电容C,则构成了电容滤波电路,如图5所示电路,由于滤波电容与负载并联,也称为并联滤波电路。



LM317直流稳压电源Multisim模电仿真电路设计


图5单相桥式整流电容滤波电路

从图4可以看出,当u2为正半周时, 电源u2通过导通的二极管VD1、VD3向负载RL供电,并同时向电容C充电(将电能存储在电容里,如t1~t2),输出电压uo=uc ≈ u2;uo达峰值后u2减小,当uo≥u2时,VD1、VD3提前截止,电容C通过RL放电,输出电压缓慢下降(如t2~t3),由于放电时间常数较大,电容放电速度很慢,当uC下降不多时u2已开始下一个上升周期,当u2>uo时,电源u2又通过导通的VD2、VD4向负载RL供电,同时再给电容C充电(如t3~t4),如此周而复始。电路进入稳态工作后,负载上得到如图中实线所示的近似锯齿的电压波形,与整流输出的脉动直流(虚线)相比,滤波后输出的电压平滑多了。

显然,放电时间常数RLC越大、输出电压越平滑。若负载开路(RL=∞),电容无放电回路,输出电压将保持为u2的峰值不变。

(1)输出电压的估算

        显然,电容滤波电路的输出电压与电容的放电时间常数τ=RLC有关,τ应远大于u2的周期T,分析及实验表明,当

τ=RLC≥(3~5)T /2


时,滤波电路的输出电压可按下式估算,即


                                  UO≈1.2U2


(2)整流二极管导通时间缩短了,存在瞬间的浪涌电流,要求二极管允许通过更大的电流,管子参数应满足

                                  IFM>2IV=IO      


   (3)在已知负载电阻RL的情况下,根据式子选择滤波电容C的容量,即


C≥(3~5) T  /2RL


若容量偏小,输出电压UO将下降,一般均选择大容量的电解电容;电容的耐压应大于u2的峰值,同时要考虑电网电压波动的因素,留有足够的余量。

电容滤波电路的负载能力较差,仅适用于负载电流较小的场合。


4、稳压电路

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