0-12V电源工作原理简介
直流稳压电源(0-12v连续可调
2整体设计方案5
2.1设计思路5
2.2总体方案论证与选择5
3.2滤波电路模块10
5multisim的仿真与调试21
6总结26
7鸣谢26
9收获体会27
简易直流稳压电源
摘要：本文设计的是量程为 12V且在0~12V可调的直流稳压电源，其最大输出电流为500mA，并具有数字显示电压功能。并且利用A/D转化，将输出的连续电压信号变为离散的数字信号实现输出电压的控制。另外核心部分为：采用数字电路实现输出电压的控制，通过加减键实现加计数或减计数。同时通过计数器和译码-驱动器，最终将电压值显示到数码管组上。该稳压电源具有性能稳定.结构简单.电压、电流指标精度高.调节方便等优点·。
作为第一次课程设计，整个资料搜集与工作过程有待提高。第一步用一天时间重点温习模电课本中稳压电源部分，对直流稳压电压的原理，结构框图，变压、整流滤波、稳压三大部分有了初步了解。第二步结合任务书的基本要求，用两天时间查找搜集相关书籍与网络资料，在茫茫书海中找到核心资料，先确定总体方案为数控方式，再模块方案选择与论证，确立变压、单相桥式整流电容滤波、两路稳压输出、数控与数显的设计结构。画出整个电路草图。第三步，学习multisim软件的电路原理图画法与电路仿真。在该软件的学习与使用的过程中遇到一些大大小小的问题。比如安装程序，熟悉各种工具的使用，元器件的查找，仿真起初难以出结果等等。原理图和仿真完成后，第三步则撰写报告。整个课程设计过程，不仅使我们更扎实的学习电子技术课程、学会仿真软件multisin；而且将理论知识与实践相结合，一定程度的锻炼了我们的动手和电子设计能力，资料搜集能力，也达到了一种将知识活学活用的目的。
4.过载短路保护电路:串联调整型的稳压电源,调整管和负载是串联的,当负载电流过大或短路时,大的负载电流或短路电流全部流过调整管,此时负载端的压降小,几乎全部整流电压加在调整管的c极和e极之间,因此在过载或短路时,调整管Vce.Ie和允许功耗超过正常值,调整管在此情况下会很快烧坏,所以在过载或短路时应对调整管采取保护,保护电路设计时应保证当负载电流在额定值内,保护电路对电源不起作用,但过载或短路时,保护电路控制调整管使其截止,输出电流为零,对负载和电源均起保护作用.
0～12V可调直流稳压电源设计
流保护由中断实现，当过流检测电路输出为低电平时，触发AT89C51中断，执行中断保护程序。
3.3键盘显示程序流程图（图17—19）
每一步的键盘输入，进行相应的控制操作。
图17是对预置电压的键盘操作；
图18是对电压0.1V步进微调的键盘操作；
图19是对电压1V步进粗调的键盘操作。
N
Y
图16
图15图17
图18图19
4系统测试
4.1系统功能测试
用单片机控制电源，输出0～30V，0～3A；LCD显示清晰，电压显示精度0.001V，电流显示精度0.001A；开机预置电压正确，键盘操作灵活有效；输出过流时，软件保护动作正确。
1.2.5键盘部分
由于要实现人机对话，要显示0~30V的可调节电压值，自制了3*3按键的键盘来完成整个系统控制。
图10
按键的具体意义：
0——每按键一次增加1V
1——每按键一次减少1V
2——每按键一次增加0.1V
3——每按键一次减少0.1V
4——预置电压＋
5——预置电压－
6——清除显示
7——开始显示
8——无意义
选取的滤波电容所以选取的滤波电容C=4700Uf/16V
±15V电源
允许的纹波峰峰值⊿U=18×√2﹙1－10%﹚－0.7－12－U=4.9V
按近似电流放电计算，则
C=I×⊿T/⊿U=0.7×1/100/4.9=1420uf
选取滤波电容选取滤波电容C=2200uF/30V
3系统的软件设计
软件要实现的功能是：键盘对单片机输入数据，单片机对获得的数据进行处
元器件选择：电路中变压器T选用二次带中心抽头的16V、功率为20OW的变压器。运算放大器选用LM324单源四运算放大器。稳压管VZ1选用4V左右的，VZ2选甲8V，VZ3a和VZ3b分别选用6V和12V的，要求稳压值准确，VZ4选用5.5～5.8V的稳压管。晶体管V1要求β大于150，V3选用大功率NPN晶体管，型号不限，制作中要加足够的散热片。电阻R7选用5V/0.6Ω的水泥电阻。其他元器件按图所示选用即可。
12v开关电源工作原理
12v开关电源工作原理
12V开关电源是一种电源供应装置，其工作原理基于开关电源的运行原理，主要包括以下几个核心组成部分：输入滤波器、整流器、滤波器、开关变换器、稳压器和输出滤波。
首先，输入滤波器用来对输入电源进行滤波，去除电源中的杂波和干扰信号，以保证电源工作的稳定性和可靠性。
接下来，整流器将滤波后的交流电源转换为直流电源，常用的整流方式有整流桥和整流电路等。
然后，滤波器对整流后的直流电进行二次滤波，以进一步平滑输出电压，减小输出波纹和杂散信号。
之后，开关变换器是整个开关电源的核心部分，它将输入直流电压变换为高频脉冲信号，并通过开关元件（如晶体管或MOS管）进行调控。
开关变换器的工作周期主要包括两个阶段：导通和关断。
在导通阶段，开关元件导通，将输入电压传导给输出端，同时能量储存在电感中。
在关断阶段，开关元件关断，输出端电感储存的能量释放给输出电路，从而产生稳定的输出电压。
为了确保输出电压的稳定性，稳压器在输出端对电压进行调节和控制。
常见的稳压方式有线性稳压和开关稳压等。
最后，输出滤波器用来去除输出电路中的高频噪声和杂波，确保输出电压的纯净性和稳定性。
通过以上的工作原理，12V开关电源可以将输入电源转换为稳定的12V直流电，并提供给相应的电子设备或电路进行工作。
12V逆变器（DC12V转AC220逆变器）的原理及制作
12V逆变器(直流12V转交流220逆变器)的原理及制作过程这里介绍的逆变器（见图）主要由MOS 场效应管，普通电源变压器构成。
其输出功率取决于MOS 场效应管和电源变压器的功率，免除了烦琐的变压器绕制，适合电子爱好者业余制作中采用。
下面介绍该逆变器的工作原理及制作过程。
12V逆变器电路图逆变器电路图如下图所示:12V逆变器原理这里我们将详细介绍这个逆变器的工作原理。
方波信号发生电路（见图3）图3这里采用六反相器CD4069构成方波信号发生器。
电路中R1是补偿电阻，用于改善由于电源电压的变化而引起的振荡频率不稳。
电路的振荡是通过电容C1充放电完成的。
其振荡频率为f=1/2.2RC。
图示电路的最大频率为：fmax=1/2.2×3.3×103×2.2×10-6=62.6Hz;最小频率fmin=1/2.2×4.3×103×2.2×10-6=48.0Hz。
由于元件的误差，实际值会略有差异。
其它多余的反相器，输入端接地避免影响其它电路。
场效应管驱动电路图4由于方波信号发生器输出的振荡信号电压最大幅度为~5V，为充分驱动电源开关电路，这里用TR1、TR2将振荡信号电压放大至0~12V。
如图4所示。
MOS场效应管电源开关电路这是该装置的核心，在介绍该部分工作原理之前，先简单解释一下MOS 场效应管的工作原理。
图5MOS 场效应管也被称为MOS FET，既Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor （金属氧化物半导体场效应管）的缩写。
它一般有耗尽型和增强型两种。
本文使用的为增强型MOS 场效应管，其内部结构见图5。
它可分为NPN型PNP型。
NPN型通常称为N沟道型，PNP型也叫P沟道型。
由图可看出，对于N沟道的场效应管其源极和漏极接在N型半导体上，同样对于P沟道的场效应管其源极和漏极则接在P型半导体上。
开关电源工作原理解析
个人PC所采用的电源都是基于一种名为“开关模式”的技术，所以我们经常会将个人PC电源称之为——开关电源（Switching Mode Power Supplies，简称SMPS），它还有一个绰号——DC-DC转化器。
本次文章我们将会为您解读开关电源的工作模式和原理、开关电源内部的元器件的介绍以及这些元器件的功能。
●线性电源知多少目前主要包括两种电源类型：线性电源（linear）和开关电源（switching）。
线性电源的工作原理是首先将127 V或者220 V市电通过变压器转为低压电，比如说12V，而且经过转换后的低压依然是AC交流电；然后再通过一系列的二极管进行矫正和整流，并将低压AC交流电转化为脉动电压（配图1和2中的“3”）；下一步需要对脉动电压进行滤波，通过电容完成，然后将经过滤波后的低压交流电转换成DC直流电（配图1和2中的“4”）；此时得到的低压直流电依然不够纯净，会有一定的波动（这种电压波动就是我们常说的纹波），所以还需要稳压二极管或者电压整流电路进行矫正。
最后，我们就可以得到纯净的低压DC直流电输出了（配图1和2中的“5”）配图1：标准的线性电源设计图配图2：线性电源的波形尽管说线性电源非常适合为低功耗设备供电，比如说无绳电话、PlayStation/Wii/Xbox 等游戏主机等等，但是对于高功耗设备而言，线性电源将会力不从心。
对于线性电源而言，其内部电容以及变压器的大小和AC市电的频率成反比：也即说如果输入市电的频率越低时，线性电源就需要越大的电容和变压器，反之亦然。
由于当前一直采用的是60Hz（有些国家是50Hz）频率的AC市电，这是一个相对较低的频率，所以其变压器以及电容的个头往往都相对比较大。
此外，AC市电的浪涌越大，线性电源的变压器的个头就越大。
由此可见，对于个人PC领域而言，制造一台线性电源将会是一件疯狂的举动，因为它的体积将会非常大、重量也会非常的重。
所以说个人PC用户并不适合用线性电源。
12v电源的课程设计
12v电源的课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解12V电源的基本原理，掌握电源的组成、功能及工作流程。
2. 学生能掌握电压、电流、电阻等基本物理量的概念，并了解它们在12V电源中的应用。
3. 学生能了解12V电源的安全使用规范，认识到电源使用不当可能带来的安全隐患。
技能目标：1. 学生能运用所学知识，正确连接和测试12V电源，具备实际操作能力。
2. 学生能通过实际操作，学会使用电压表、电流表等工具，测量并分析12V 电源的电压、电流等参数。
3. 学生能通过小组合作，解决12V电源在实际应用中遇到的问题，提高解决问题的能力。
情感态度价值观目标：1. 学生在学习过程中，培养对物理学科的兴趣和热情，提高主动学习的积极性。
2. 学生通过学习12V电源，认识到科技与生活的紧密联系，增强学以致用的意识。
3. 学生在小组合作中，培养团队协作精神，学会尊重他人、倾听他人意见，提高人际沟通能力。
课程性质：本课程为物理学科实验课程，结合理论教学与实际操作，注重培养学生的动手能力和实际问题解决能力。
学生特点：学生处于中学阶段，具备一定的物理知识基础，对实验课程有较高的兴趣，喜欢探索和动手实践。
教学要求：教师需结合学生特点和课程性质，运用启发式教学，引导学生主动探究，注重培养学生的实践能力和科学素养。
在教学过程中，关注学生的个体差异，提供个性化的指导和支持，确保课程目标的达成。
二、教学内容本节教学内容主要包括以下几部分：1. 电源基本原理：介绍电源的定义、分类及工作原理，重点讲解12V电源的组成及其在电路中的作用。
2. 电压、电流、电阻的概念：复习电压、电流、电阻的定义，阐述它们在12V 电源中的应用，并通过实验加深理解。
3. 12V电源的连接与测试：详细讲解12V电源的连接方法，教授学生如何使用电压表、电流表等工具进行电源测试。
4. 安全使用规范：介绍12V电源的安全使用常识，强调操作过程中应注意的事项，预防安全事故的发生。
12V开关电源电路工作原理分析
12V开关电源电路工作原理分析该开关电源属于小功率开关电源，输入220V交流市电，输出12V直流电，最大输出电流1.3A,主要应用于小型设备的供电，比如楼宇监控设备等。
其电原理图如图1所示。
其控制核心器件为脉宽调制集成电路TL3843P(内含振荡器、脉宽调制比较器、逻辑控制器，具有过流、欠压等保护控制功能，最高工作频率可达500MHz.启动电流仅需ImA)。
各引脚功能如下：(1)脚是内部误差放大器的输出端，通常与(2)脚之间有反馈网络，确定误差放大器的增益。
(2)脚是反馈电压输入端，作为内部误差放大器的反相输入端，与同相输入端的基准电压(+2.5V)进行比较，产生误差控制电压，控制脉冲宽度。
(6)脚过流检测输入端，当接人的电压高于1V时，禁止驱动脉冲的输出。
(4)脚为RT/RC定时电阻和电容的公共接人端，用于产生锯齿振荡波。
(5)脚为接地端。
(6)脚为脉宽可调脉冲输出端。
(7)脚为工作电压输入端(10V>Vi≤30V)。
(8)脚为内部基准电压(VREF=5v)输出端。
图1 开关电源原理图一、输入与整流电路220V交流市电经O.IA保险管Fl及正温度系数热敏电阻PT1进入交流输入电路，交流输入电路由Cl和L构成，为一低通滤波器。
其主要作用是抗干扰、抑制杂波。
它既阻止市电网中高频干扰脉冲进入开关电源电路，叉阻止开关电源产生的高频干扰谐波进入市电网。
经过低通滤波器滤除了高频杂波的220V交流电，由ED1全桥整流。
C2滤波后，在C2两端得到约300V的直流电压。
该电压经开关变压器初级线圈后作为功率开关管Ql的工作电源;经R2到电容C4作为脉宽调制集成电路TL3843P的启动电源。
二、启动与稳压电路经整流滤波的300V电压：一路经开关变压器Tl的1~2绕组加到功率开关管Ql(K3326)的漏极，另一路经启动电阻R2加到U1(TL3843)的(7)脚，作为主控制芯片TL3843P的启动电源。
在电路加电的瞬间300V通过R2对C4进行充电，当Ul的(7)脚电压达到10V以上时，Ul的(8)脚输出5v基准电压，同时TL3843P内部的振荡电路开始工作，(6)脚输出工作脉冲，通过R4驱动开关管01工作，这时开关管工作于开关状态。
12V直流稳压电源的设计 (1)
参数型稳压电源电路简单，主要是利用电子元件的非线性实现稳压，例如一只电阻和一只稳压二极管即成参数稳压器。按调整元件的工作状态分，有线性稳压电源和开关稳压电源。
反馈调整型稳压电源具有负反馈闭环，是闭环自动调整系统，它的优点是技术成熟，性能优良、稳定，设计与制造简单；缺点是体积大，效率低。
1
当今，电子产品已普及到工作与生活的各个方面，其性能价格比愈来愈高，功能愈来愈强，供电的电源电路在整机电路中是相当重要的。它的性能直接影响整个电子产品的精度、稳定性和可靠性。电压稳定的方式，由传统的线性稳压发展到今天的非线性稳压，电源电路也由简单变得复杂，电源技术正从过去附属于其他电子设备的状态，逐渐演变成一个独立学科分支。目前生产的直流稳压电源种类很多，主要分类方法是按调整元件的工作状态分类，其次还可以从其它不同角度来分类：
2
2.1
设计一个±12V简易直流稳压电源，满足：
1．当输入电压在220V交流时，输出直流电压为±12V。
2．输出电流为1A，容量为24W。
3．输入端须设上电指示灯，输出端须具备短路和过流保护功能。
2.2
1.绘制出所设计的直流稳压电源的系统框图，并分析各组成部分的功能及工作原理。
2.设计出每个功能方框图的具体电路图，并根据所提供的技术参数的要求，计算出电路中所用元件的参数值，最后按工程实际确定元件参数的标称值。具体参数要求：变压器的额定电压、额定电流、额定容量、电压比；整流元件的型号；电阻的阻值和功率；电容的容值和耐压以及类型；稳压块型号等。
3
通常直流稳压电源使用电源变压器来改变输入到后级电路的电压。电源变压器由初级绕组、次级绕组和铁芯组成。初级绕组用来输入电源交流电压，次级绕组输出所需要的交流电压。通俗的说，电源变压器是一种电→磁→电转换器件。即初级的交流电转化成铁芯的闭合交变磁场，磁场的磁力线切割次级线圈产生交变电动势。次级接上负载时，电路闭合，次级电路有交变电流通过。
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实用可调压直流稳压电源
1.设计功能及参数：
本电源设计为一实用可调压直流稳压电源，要求输出电压在0V-12V之间连续可调，输出最大电流300mA或更高，尽可能提高输出电压稳定度。
具有可复位的过载保护电路，在输出过载甚至短路时，能有效保护电源，排除故障后能够自动恢复正常工作状态。
2.整流滤波电路：
D1、D2、D4、D5与C8、C10组成桥式整流滤波电路将输入的17V交流电压变成21V 左右的直流电压，其中小电容C8高频特性较好，用于滤除高频纹波。
D3、D6、C1及C11共同组成负电压整流滤波电路，得到约-21V的直流电压，此路电压用于给输出提供假负载，保证在极低输出电压（比如0V）时，仍然有输出电流，能够提高输出低电压稳定度。
3.功率输出部分：
由整流滤波电路得到的不稳定直流电压，经过调整管Q1后输出，Q1为一只NPN型达林顿复合三极管，其电流放大系数非常高，工作中基极几乎没有电流流入。
D8、D9、R1、R4、C2及Q2组成简易的横流源电路，输出电流约4.5mA，R4的电流流过LED，同时起到了电源指示的功能，采用横流源给调整电路提供电流，可以大大提高电源的输出电压稳定度。
4.调整部分：
调整部分核心器件为一集成双运算放大器LM358，这款运放可单电源供电，而且它的比较端输入电压可以比4脚（GND）电压低0.3V，采用它不仅节省了不少外围电路，还能较容易实现输出电压从0V起调的要求。
整流滤波后的电源电压通过78L05后得到5V稳定电压，此电压一路供给LM358作为运算放大器的电源，另一路通过R6、R7分压得到2.5V后送入电压跟随器，经跟随后的电压由芯片7脚输出，电压跟随器使其输出的2.5V电压具有了一定的负载能力，能够使3.3K 调节电位器Rx两端电压稳定在2.5V，通过调解电位器Rx，可以在触点位输出0-2.5V的基准电压，电源的最终输出电压经过R18、R14分压后与此基准电压在运算放大器中进行比较放大，输出驱动Q4来调整Q1的基极电压，从而调整输出电压。
其中C13提供微分负反馈，用于减慢调整部分反应速度，防止电路震荡，C6、C7用于提高电源的动态响应速度，D10可以防止负载带电源时可能产生的Q1发射结反偏现象。
反馈稳定过程：当输出负载突然变重引起输出电压降低时，运算放大器的“+”输入端（3脚）电压下降，运算放大器输出端（1脚）电压就会降低，Q6的基极电流会跟真下降，则其集电极电压会被横流源拉高，从而使Q1的基极电压升高，进而提高输出电压；当输出负载突然变轻使得输出电压升高时，调整过程相反。
5.过流保护电路：
R2、R16、Q5共同组成过流保护电路，当1.8欧的电流检测电阻R16上电流超过300mA 时，两端电压便会达到0.6V，Q5临界导通，如果输出电流再增加，Q5将开通并把Q1的基极电压拉底，从而降低输出电压，减小输出电流，起到过流保护的作用。
当负载恢复正常后，Q5截止，电路恢复正常工作状态。
6.防止开关机电压过冲的电路：
R3、R5、R11、D11、Q3及Q4共同组成防止开关机电压过冲电路，此电路可以在整流滤波输出电压小于9V时短路横流源，使输出无电压，以保证调整电路先于功率部分电路启动，晚于功率部分停止，有效防止电源在开关机瞬间产生输出电压过高的过冲现象。