±5V簡易直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)

1、大連理工大學(xué)網(wǎng)絡(luò)高等教育畢業(yè)大作業(yè)模板 網(wǎng)絡(luò)高等教育專 科 生 畢 業(yè) 大 作 業(yè) 題 目： ±5V簡易直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)中心： 層 次： 高中起點(diǎn)專科 專 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 年 級： 學(xué) 號： 學(xué) 生： 輔導(dǎo)教師： 完成日期： 2012年 2 月 4±5V簡易直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)內(nèi)容摘要本文主要論述了直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)原理和實(shí)現(xiàn)方法。直流穩(wěn)壓電源由變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路四部分構(gòu)成。本次設(shè)計(jì)選用了串聯(lián)穩(wěn)壓電源。穩(wěn)壓電路部分采用了繼承三段穩(wěn)壓芯片LM317M以及W7912。通過接滑動(dòng)變阻器從而實(shí)現(xiàn)了電壓的可調(diào)。我們又采用7805、7905輸出正負(fù)5V的

2、電源作為數(shù)字電壓表的工作原理。數(shù)字電壓表部分采用常見的數(shù)字集成電路ICL7107,它不僅結(jié)構(gòu)簡單，而且測量精度高，能夠滿足設(shè)計(jì)要求。關(guān)鍵詞：直流穩(wěn)壓電源 LM317M 7805、7905 ICL7107目錄內(nèi)容摘要I引言11 基本電路原理分析21.1 整體電路框圖21.2 電路原理分析22 實(shí)驗(yàn)電路與元件參數(shù)選擇62.1 實(shí)驗(yàn)電路62.2 元件介紹62.3 原件參數(shù)計(jì)算與選擇73 總結(jié)9參考文獻(xiàn)10II±5V簡易直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)引言由于不同的電子產(chǎn)品可能需要不同的電源，設(shè)計(jì)可調(diào)電源就會(huì)使需要不同電源的電子產(chǎn)品得到與之匹配的電源，從而使其能正常工作，使它的工作效率達(dá)到最高。電源的優(yōu)劣

3、將會(huì)決定電子產(chǎn)品的使用壽命，因此，我們需要的是高質(zhì)量的直流電源。交流電網(wǎng)220V的電壓通過電源變壓器將變?yōu)樾枰碾妷褐?，然后通過整流電路將交流電壓變成脈動(dòng)的直流電壓。由于此脈動(dòng)的直流電壓還含有較大的紋波，必須通過濾波電路加以濾波，從而得到平滑的直流電壓。但這樣的電壓還是會(huì)隨電網(wǎng)電壓波動(dòng)、負(fù)載和溫度等的變化而變化。因而在整流、濾波電路之后，還須接穩(wěn)壓電路，保證輸出的直流電壓穩(wěn)定。直流穩(wěn)壓電源又稱直流穩(wěn)壓器。它的供電電壓大都是交流電壓，當(dāng)交流供電電壓的電壓或輸出負(fù)載電阻變化時(shí)，穩(wěn)壓器的直接輸出電壓都能保持穩(wěn)定。穩(wěn)壓器的參數(shù)有電壓穩(wěn)定度、紋波系數(shù)和響應(yīng)速度等。此次的課程設(shè)計(jì)，要求輸出±5V

4、穩(wěn)定電壓。要能順利完成這一設(shè)計(jì)，需要不僅熟悉了解課本上的知識(shí)，還要學(xué)會(huì)將理論知識(shí)應(yīng)用到實(shí)踐中，利用書籍資料來幫助自己。本文設(shè)計(jì)要求的技術(shù)參數(shù)和設(shè)計(jì)要求：容量：5W輸入電壓：交流220V輸出電壓：直流±5V輸出電流：1A1 基本電路原理分析1.1 整體電路框圖圖1-1 直流穩(wěn)壓電源的原理框圖和波形變換整體電路由以下四部分構(gòu)成：電源變壓器：將交流電網(wǎng)電壓U1變?yōu)楹线m的交流電壓U2。整流電路：將交流電壓U2變?yōu)槊}動(dòng)的直流電壓U3。濾波電路：將脈動(dòng)直流電壓U3轉(zhuǎn)變?yōu)槠交闹绷麟妷篣4。穩(wěn)壓電路：當(dāng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)及負(fù)載變化時(shí),保持輸出電壓Uo的穩(wěn)定。1.2 電路原理分析本次設(shè)計(jì)首先采用變壓器把2

5、20V交流電變成所需要的電壓。利用二極管的單向?qū)щ娦?，可以設(shè)計(jì)出把交流電變成直流電的電路；再根據(jù)電容的濾波作用，輸出紋波較小的直流電，從而得到平滑的直流電壓；最后通過穩(wěn)壓塊的穩(wěn)壓作用，就可以得到輸出穩(wěn)定的直流電。由輸出電壓U0、電流I0確定穩(wěn)壓電路形式。通過計(jì)算極限參數(shù)(電壓、電流和功率)選擇器件有穩(wěn)壓電路所要求的直流電壓(Ui)、直流電流(Ii)輸入確定整流濾波電路形式,選擇整流二極管及濾波電容并確定變壓器的副邊電壓Ui的有效值、電流Ii(有效值)即變壓器功率。由電路的最大功耗工作條件確定穩(wěn)壓器、擴(kuò)流功率管的散熱措施。在電子電路中，通常需要電壓穩(wěn)定的直流電源供電，小功率穩(wěn)壓電源一般是由電源變

6、壓器、整流、濾波和穩(wěn)壓四部分電路組成。下面分別就穩(wěn)壓電源的四個(gè)組成部分分別分析其原理。(1)電源變壓器電源變壓器的作用是將電網(wǎng)220V的交流電壓變換成整流濾波電路所需的低電壓。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，輸出最大電源為+10V/1A，因此，輸出的最大功率為10W。另外，為了輸出正、負(fù)電壓，考慮到每個(gè)穩(wěn)壓集成塊的壓降為3V左右，所以可以選擇220V/±16V / 10W的變壓器。(2)整流電路整流電路一般由單項(xiàng)導(dǎo)電性的二極管構(gòu)成，經(jīng)常采用單項(xiàng)半波、單項(xiàng)全波和單向橋式整流電路。如圖2-2所示的整流電路為應(yīng)用廣泛的橋式整流電路。電路中采用了4個(gè)二極管，組成三項(xiàng)橋式整流電路。整流過程中，4個(gè)整流管輪流導(dǎo)通

7、，無論正半周還是負(fù)半周，流過負(fù)載的電流方向一致，形成全波整流，將變壓器處的交流電壓變成了脈動(dòng)直流電壓。圖1-2 整流電路整流電路的參數(shù)如下：輸出電壓平均值：輸出電流平均值：平均整流電流：最大反向電壓： 整流二極管的選擇：， （3）濾波電路交流電經(jīng)整流電路后可變?yōu)槊}動(dòng)直流電，但其中含有較大的交流分量，為使設(shè)備上用純凈的交流電，還必須用濾波電路濾除脈動(dòng)電壓中的交流成分。常見的濾波電路有：電容濾波電路、電感濾波電路、電感電容濾波電路以及P型濾波電路。在此電路中，由于電容濾波電路電路較為簡單、且能得到較好的效果，故選用此電路。在加入電容濾波電路后，由于電容是儲(chǔ)能元件，利用其充放電特性，使輸出波形平滑，

8、減少脈動(dòng)成分，以達(dá)到濾波的目的。為了使濾波效果更好，可選用大容量的電容為濾波電容。因?yàn)殡娙莘烹姷臅r(shí)間常數(shù)越大，放電過程越慢，脈動(dòng)成分越少，同時(shí)使得電壓更高。濾波電容一般選幾十至幾千微法的電解電容， 一般選取。圖1-3濾波電路（4）穩(wěn)壓電路經(jīng)過整流和濾波后得直流電壓，會(huì)由于電網(wǎng)電壓的波動(dòng)以及負(fù)載電阻的變動(dòng)而發(fā)生變化。在絕大多數(shù)情況下，這種輸出電壓的變化波動(dòng)顯得太大，仍需進(jìn)一步對其穩(wěn)定，這就需要采用穩(wěn)壓電路。目前常用的穩(wěn)壓電路有并聯(lián)式穩(wěn)壓電路、串聯(lián)穩(wěn)壓電路以及集成式穩(wěn)壓電路。由于集成式穩(wěn)壓芯片具有較完善的短路和限流保護(hù)、過熱保護(hù)和調(diào)整管安全工作區(qū)保護(hù)電路，因而工作是比較穩(wěn)定的，電路圖1-4 輸出正

9、電壓電路圖1-5 輸出負(fù)電壓電路也相對比較簡單。為了使電路正常工作，要求輸入電壓應(yīng)比輸出電壓至少高出2.5V3V。電路如圖1-4、圖1-5所示。電容C1可防止自擊振蕩，還可抑制電源的高頻脈沖干擾，一般取0.11uF。輸出端電容C2可以改善負(fù)載的瞬態(tài)響應(yīng)，消除電路的高頻噪聲，同時(shí)也具有消除自擊振蕩的作用。2 實(shí)驗(yàn)電路與元件參數(shù)選擇2.1 實(shí)驗(yàn)電路圖2.1 實(shí)驗(yàn)電路圖78和79系列分別是正電壓和負(fù)電壓串聯(lián)穩(wěn)壓集成電路，體積小、集成度高、線性調(diào)整率和負(fù)載調(diào)整率高，在線性電源時(shí)代占領(lǐng)了很大市場。LM7805為固定+5V輸出穩(wěn)壓集成電路(采取特殊方法也可使輸出高于5 V)，最大輸出電流為1A，標(biāo)準(zhǔn)封裝形

10、式有TO-220、TO-263。78和79系列集成電路應(yīng)用相對固定，電路形式簡單，只是正負(fù)直流電壓輸出時(shí)應(yīng)注意變壓器最小輸出功率和最小輸出電壓，如圖所示。78系列和79系列穩(wěn)壓前后直流電壓差為23V。由于為正負(fù)雙電源輸出，穩(wěn)壓前后直流電壓差應(yīng)為56V2.2 元件介紹（1）三端集成穩(wěn)壓器集成穩(wěn)壓器具有輸出電流大，輸出電壓高，體積小，可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，在電子電路中應(yīng)用廣泛。集成穩(wěn)壓器的主要技術(shù)指標(biāo)，包括額定輸人電壓、輸出電壓范圍、輸出電流范圍、穩(wěn)壓系數(shù)和溫度系數(shù)等等。額定輸人電壓是指使直流穩(wěn)壓電源正常工作的輸人直流電壓的范圍。輸出電壓范圍是指直流穩(wěn)壓電源能夠穩(wěn)定輸出的直流電壓范圍。如固定輸出6V、9

11、V、12V、15V等等。連續(xù)可調(diào)的直流電源可在一定電壓范圍內(nèi)輸出，如集成穩(wěn)壓器CW138的輸出電壓可在一內(nèi)連續(xù)可調(diào)。輸出電流范圍是指直流穩(wěn)壓電源在正常工作條件下所允許輸出的電流范圍。如由集成穩(wěn)壓器構(gòu)成的直流穩(wěn)壓電源，最大輸出電流為5A穩(wěn)壓系數(shù)是指當(dāng)負(fù)載和環(huán)境溫度不變時(shí), 輸出電壓的相對變化量。它是衡量直流穩(wěn)壓電源對電網(wǎng)電壓即輸人交流電壓波動(dòng)的適應(yīng)能力，即穩(wěn)壓性能好壞的標(biāo)志。一般情況，其數(shù)值越小表明輸出電壓越穩(wěn)定。溫度系數(shù)是指直流穩(wěn)壓電源的輸入電壓和負(fù)載均不變時(shí)，由于環(huán)境溫度變化引起的輸出電壓變化量與溫度變化量之比。該系數(shù)越小，表明直流穩(wěn)壓電源受環(huán)境溫度的影響也越小, 輸出電壓越穩(wěn)穩(wěn)壓器L78、

12、79系列集成穩(wěn)壓器是一種有廣泛用途的三端集成穩(wěn)壓器。W78系列三端集成穩(wěn)壓電路具有固定輸出正電壓，L79系列三端集成穩(wěn)壓電路具有固定輸出負(fù)電壓。這兩個(gè)系列穩(wěn)壓器都具有較完善的短路和限流保護(hù)、過熱保護(hù)和調(diào)整管安全工作區(qū)保護(hù)電路，因而他的工作是比較可靠的。字母后面的數(shù)字表示輸出電壓，電壓等級：5V、6V、8V、12V、15V、18V、24V 。如設(shè)計(jì)一個(gè)輸出、的線性直流穩(wěn)壓電源，選擇L7815、L7905。三端固定穩(wěn)壓器注意事項(xiàng)：1）防止輸入輸出接反，損壞器件；2）防止穩(wěn)壓器浮地故障；3）如果輸出電壓|V0|7V，應(yīng)接保護(hù)二極管4）輸入電壓不能超過Vimax78系列VImax=35V，79系列VI

13、max=-35V5）輸入電壓必須大于VImin78系列，VImin7V，79系列，VImin-7V6）輸出電流不能超過最大值IOmax7）加散熱片（2）整流橋整流橋的作用是將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷髅}動(dòng)電壓。整流橋堆產(chǎn)品是由四只整流硅芯片作橋式連接，外用絕緣朔料封裝而成，大功率整流橋在絕緣層外添加鋅金屬殼包封，增強(qiáng)散熱。最大整流電流從0.5A到100A，最高反向峰值電壓從50V到1600V。一般整流橋命名中有3個(gè)數(shù)字,第一個(gè)數(shù)字代表額定電流;后兩個(gè)數(shù)字代表額電壓。本實(shí)驗(yàn)用RS307，即額定電流3A，額定電壓1000V。2.3 原件參數(shù)計(jì)算與選擇（1）穩(wěn)壓器要求輸出+5V、-5V的直流電，選擇選擇L78

14、05、L7905。（2）變壓器為了使電路正常工作，要求輸入電壓應(yīng)比輸出電壓自少高出2.5V3V，且。所以變壓器的輸出電壓的平均值至少應(yīng)為8V，因此選擇雙8V/8W的變壓器。（3）電容大小的選擇對于濾波電容C來說 ，即濾波電容一般選幾十至幾千微法的電解電容。又因?yàn)檩敵鲎畲箅娏鳛?A，故可估算出RL范圍，取RL為18，求得C約為2200uF。故電容C選擇2200u/25V的電解電容。電容C1一般取0.11uF，在此取C1=0.33uF。電容C2一般取0.1uF，C0應(yīng)取0.22nF。3 總結(jié)交流電網(wǎng)220V的電壓通過電源變壓器將變?yōu)樾枰碾妷褐?，然后通過整流電路將交流電壓變成脈動(dòng)的直流電壓。由于此脈動(dòng)的直流電壓還含有較大的紋波，必須通過濾波電路加以濾波，從而得到平滑的直流電壓。但這樣的電壓還是會(huì)隨電網(wǎng)電壓波動(dòng)、負(fù)載和溫度等的變化而變化。因而在整流、濾波電路之后，還須接穩(wěn)壓電路，保證輸出的直流電壓穩(wěn)定。本設(shè)計(jì)的特點(diǎn)是由220V電壓由變壓器轉(zhuǎn)變成有效值5V的雙通道輸出電壓，將輸出的2個(gè)支路的輸入端均并聯(lián)到整流部分，得到輸出波紋較大的正負(fù)兩直流輸出，由于電壓波紋較大，要經(jīng)過大電容的濾波，從而得到較穩(wěn)定的直流輸出，但是所得的電壓不是我們?nèi)蝿?wù)設(shè)計(jì)的要求，所以還要經(jīng)過穩(wěn)壓片穩(wěn)壓，才能得到符合的電壓。選擇正電壓的直流輸出端接到7805和7