集成稳压电源的设计与模拟仿真(一)
集成稳压电源的设计与模拟仿真
摘 要：电子设备中都需要稳定的直流电源，功率较小的直流电源大多数都是将5OHz的交流电经过整流、滤波和稳压后获得。讲述了集成稳压电源的工作原理以及其各个组成部分，记述了我在整个设计过程中对ORCAD软件的学习，各个部分的设计思路，对各部分电路设计方案的选择，以及对它们的PSPICE调试，对调试结果的分析，到最后得到比较满意的实验结果的方方面面 。
关键词：直流电源；集成稳压电源；工作原理；ORCAD；PSPICE
Abstract: In the electronic installation all needs to stabilize the direct-current power supply, the power smaller direct-current power supply majority all is the 5OHz alternating current after the rectification, the filter and the constant voltage obtains.Narrated the integration voltage-stabilized source principle of work by and its each constituent, has recorded me in the entire design process to the ORCAD software study, each part of design mentality, to each part of circuit design plan choice, as well as to their PSPICE debugging, to debugs the result the analysis, to finally obtains the quite satisfactory experimental result the side aspect .
Keywords: Direct-current power supply；Integration voltage-stabilized source； principle of work ；ORCAD；PSPICE.
1绪论
21世纪，是一个科技迅猛发展、计算机普及应用的信息时代。计算机技术已经成熟，并已渗透到人们的科研、生产、工作、生活等各个领域。对于年轻人来说，不会计算机就等于昔日的文盲，你将在现代社会中寸步难行；同样，作为新一代的电子工程师，不懂使用EDA(Electronic Design Automation，电子设计自动化)软件设计电子线路，也是一件不可思议的事[2]。
提到电子设计自动化，还得从上世纪80年代，世界上许多公司相继推出用于微机系统的电子CAD(Computer Aided Design，计算机辅助设计)软件说起。世界上许多公司为了自己的CAD软件能在激烈的市场竞争中占有一席之地，纷纷推出具有自己公司特色的CAD软件，经过多年的实践检验、不断修改和完善，或优存劣汰，或收购兼并，或强强联合，CAD技术已日臻成熟。CAD是一种通用技术，除了在机械、建筑等其它许多行业得到广泛应用之外，借助美国加洲大学伯克利分校的SPICE3f5/XSPICE作为仿真引擎，世界上许多公司还推出各种用于电子行业的优秀EDA软件；从另一个角度讲，CAD(计算机辅助设计)是电子设计的物理级初级阶段；CAE(计算机辅助工程)是电路级设计阶段；EDA(电子设计自动化)是高级的电子系统设计阶段。衡量一个软件的优劣，其中一个很现实的标准就是看它的市场占有率，也就是它的普及和流行程度。正如鲁迅先生所说：“其实地上本没有路，走的人多了，也便成了路。” 说到EDA软件，美国Cadence公司的OrCAD、加拿大Interactive Image Technologies公司的EWB、澳大利亚Altium公司的PROTEL、美国Mentor Graphics公司的PADS都是其中有代表性的佼佼者[3]。
本课程设计的设计要求：
1）集成稳压电源的设计与模拟仿真。
2）掌握ORCAD操作和使用方法。
3）利用ORCAD软件设计出电路图，并对其工作原理进行分析。
4）利用ORCAD软件对所设计的电路进行模拟与仿真分析。
2方案论证及总体框图
2.1直流稳压电源的基本原理
直流稳压电源是电子设备中的重要组成部分，用来将交流电网电压变为稳定的直流电压[4]。一般小功率直流电源由电源变压器、整流滤波电路和稳压电路等部分组成。对直流稳压电源的主要要求是: 输入电压变化以及负载变化时，输出电压应保持稳定，即直流电源的电压调整率及输出电阻越小越好。此外，还要求纹波电压要小。
直流稳压电源一般由电源变压器T、整流滤波电路及稳压电路所组成，基本框图1如下。
图1 直流稳压电源基本组成框图
各部分的作用
（1）电源变压器T的作用是将电网220V的交流电压变换成整流滤波电路所需要的交流电压Ui。变压器副边与原边的功率比为P2/ P1=η，式中η是变压器的效率。
（2）整流滤波电路：整流电路将交流电压Ui变换成脉动的直流电压。再经滤波电路滤除较大的纹波成分，输出纹波较小的直流电压U1，如图2
图2 整流滤波电路原理图
各滤波电容C满足RL-C＝（3~5）T/2，或中T为输入交流信号周期，RL为整流滤波电路的等效负载电阻。
（3）三端集成稳压器：常用的集成稳压器有固定式三端稳压器与可调式三端稳压器。常用可调式正压集成稳压器有CW317（LM317）系列，它们的输出电压从1.25V－37伏可调，最简的电路外接元件只需一个固定电阻和一只电位器。其芯片内有过渡、过热和安全工作区保护，最大输出电流为1.5A。其典型电路如图2.3，其中电阻R1与电位器R2组成输出电压调节器，输出电压Uo的表达式为：Uo＝1.25（1＋R2/R1）
式中R1一般取120－240欧姆，输出端与调整端的压差为稳压器的基准电压（典型值为1.25V）。如图3
图3 三端集成稳压器典型电路图
2.2集成稳压电源的基本原理
这是一种实用的输出电压连续可调的集成稳压电源，输出电压在1.25V--37V之间连续可调输出最大电流可达1.5A，电路简单[5]。
图4 总体原理图
如上图4所示，LM317输出电流为1.5A，输出电压可在1.25V--37V之间连续可调，输出电压由两之外接电阻R1、RP所决定，输出端和调整端之间的电压差为1.25V，这个电压将产生几毫安的'电流，经R1、RP到地，在RP上产生了一个变化的电压加到调整段，通