正負5V直流穩(wěn)壓電源設(shè)計

信電學(xué)院電子信息工程專業(yè)CDIO二級項目項目設(shè)計說明書（2012/2013學(xué)年第二學(xué)期）項目名稱： 低通濾波器系統(tǒng)仿真及設(shè)計專業(yè)班級:信息1103學(xué)生姓名:李榮群學(xué)號：100070312指導(dǎo)教師:馬小進、吳開興、馬永強設(shè)計周數(shù):/設(shè)計成績: 2013年7月12日目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"1項目設(shè)計目的及任務(wù) 2\o"CurrentDocument"2方案比較與選擇 23電路仿真與分析 33.1電路仿真 33.1.1仿真軟件 33.1.2仿真過程 3\o"CurrentDocument"3.1.2.1仿真電路 33.1.2.2仿真電路分析 43.2電路分析 43.2.1電路設(shè)計 4\o"CurrentDocument"3.2.1.1整流電路 43.2.1.2濾波電路 5\o"CurrentDocument"3.2.1.3穩(wěn)壓電路 5\o"CurrentDocument"3.2.1.4整體電路 63.2.2元件選取 6討論及進一步研究建議 6\o"CurrentDocument"項目設(shè)計心得 7參考文獻 7項目設(shè)計目的及任務(wù)本項目設(shè)計的目的是為了給整個低通濾波器系統(tǒng)提供正負5V的穩(wěn)定直流電源，主要任務(wù)是通過整流、濾波、穩(wěn)壓的相應(yīng)原理將220V的工頻交流電轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定輸出的正負5V直流電源。方案的比較與選擇直流穩(wěn)壓電源一般由電源變壓器，整流濾波電路及穩(wěn)壓電路所組成。變壓器把市電交流電壓變?yōu)樗枰牡蛪航涣麟?。整流器把交流電變?yōu)橹绷麟姟＝?jīng)濾波后，穩(wěn)壓器再把不穩(wěn)定的直流電壓變?yōu)榉€(wěn)定的直流電壓輸出。本設(shè)計主要采用直流穩(wěn)壓構(gòu)成集成穩(wěn)壓電路，通過變壓，整流，濾波，穩(wěn)壓過程將220V交流電，變?yōu)榉€(wěn)定的直流電，并實現(xiàn)5V電壓穩(wěn)定輸出。在這里我開始設(shè)計了兩套方案，第一套是根據(jù)變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓四個步驟先將220工頻交流電通過變壓器轉(zhuǎn)換成10V左右的交流電，然后通過濾波，最后通過LM7805、LM7905進行穩(wěn)壓，電路圖如下：U1圖2-1第二套方案是直接將220V的交流電接到由耐壓1000V的二極管組成的橋式整流電路中，然后通過電容濾波、最后通過LM7805、LM7905對濾波后電壓進行穩(wěn)壓，電路圖如下:V1='\220Vrms

50Hz

0°1N4007D1iA1N4007D31420uFC1C3LINE VREGVOLTAGEU1LM7805CTCOMMON2 1N4007100nF-I-D24007V1='\220Vrms

50Hz

0°1N4007D1iA1N4007D31420uFC1C3LINE VREGVOLTAGEU1LM7805CTCOMMON2 1N4007100nF-I-D24007二二==100nFD4420uF JJ6C9C4C2■■—100nF100uFC7C5C8COMMONVOLTAGELINEVREGp—r100nF420uFU2

LM7905CT圖2-2第一套方案正5V輸出正常，但是-5V輸出時-5.6V左右離-5V有一定的差距，而第二套方案正負電源輸出很接近正負5V，滿足設(shè)計要求，故最終選擇第二套方案。電路仿真與分析3.1電路仿真3.1.1仿真軟件仿真采用功能比較強大的Multisim,Multisim是美國國家儀器（NI）有限公司推出的以Windows為基礎(chǔ)的仿真工具，適用于板級的模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力?？梢允褂肕ultisim交互式地搭建電路原理圖，并對電路進行仿真。Multisim提煉了SPICE仿真的復(fù)雜內(nèi)容，這樣工程師無需懂得深入的SPICE技術(shù)就可以很快地進行捕獲、仿真和分析新的設(shè)計，這也使其更適合電子學(xué)教育。通過Multisim和虛擬儀器技術(shù)，PCB設(shè)計工程師和電子學(xué)教育工作者可以完成從理論到原理圖捕獲與仿真再到原型設(shè)計和測試這樣一個完整的綜合設(shè)計流程。3.1.2仿真過程3.1.2.1仿真電路U1LM7805CTV11220Vrms50Hz0° 240071N4007D120ufJci_LLINEVREGVOLTAGEC3COM100nFMON100uF140071N4007tlC^-C4C5D2D4U1LM7805CTV11220Vrms50Hz0° 240071N4007D120ufJci_LLINEVREGVOLTAGEC3COM100nFMON100uF140071N4007tlC^-C4C5D2D442T100nF0uFCOMMONVOLTAGE〔LINE VREG0uFT100nFC社1C7U__C8ifT100nF42U2

LM7905CT3.1.2.2仿真電路分析圖3-13.1.2.2仿真電路分析圖3-1圖3-2圖3-3通過觀察示波器以及電壓表，可以看出正電壓穩(wěn)定為5.506V,負電壓穩(wěn)定在-5.38V左右，示波器也是一條直線，說明之前的交流通過整流、濾波、穩(wěn)壓之后已經(jīng)把220V的交流電轉(zhuǎn)換成了正負5V的線性直流電源。3.2電路分析3.2.1電路設(shè)計3.2.1.1整流電路整流電路的作用是將交流降壓電路輸出的電壓較低的交流電轉(zhuǎn)換成單向脈動性直流電，這就是交流電的整流過程，整流電路主要由整流二極管組成［3］。經(jīng)過整流電路之后的電壓已經(jīng)不是交流電壓，而是一種含有直流電壓和交流電壓的混合電壓，習(xí)慣上稱單向脈動性直流電壓。電路圖如下：圖3-43.2.1.2濾波電路濾波電路常用于濾去整流輸出電壓中的紋波。在設(shè)計中，常利用電容器兩端的電壓不能突變和流過電感器的電流不能突變的特點，將電容器和負載電容并聯(lián)或電容器與負載電阻串聯(lián)，以達到使輸出波形基本平滑的目的。選擇電容濾波電路，直流輸出電壓：Uo1=（1.1?1.2）U2，電路圖如下：11* 1420uFC121 *C6100nF0+C11匚nC10「100nF4212 9圖3-53.2.1.3穩(wěn)壓電路前面所討論的整流濾波電路，都是不能保證輸出穩(wěn)定的直流電壓。輸出電壓不穩(wěn)定的主要原因有以下幾個方面：經(jīng)整流濾波后輸出的直流電壓，雖然平滑程度較好，但其穩(wěn)定性仍比較差。其原因主要有以下幾個方面：1、 由于輸入電壓不穩(wěn)定（通常交流電網(wǎng)允許有土10%的波動），而導(dǎo)致整流濾波電路輸出直流電壓不穩(wěn)定；2、 由于整流濾波電路存在內(nèi)阻，當負載變化時，引起負載電流發(fā)生變化，使輸出直流電壓發(fā)生變化；3、 由于電子元件（特別是導(dǎo)體器件）的參數(shù)與溫度有關(guān)，當環(huán)境溫度發(fā)生變化時，引起電路元件參數(shù)發(fā)生變化，導(dǎo)致輸出電壓發(fā)生變化；

4、整流濾波后得到的直流電壓中仍然會有少量紋波成份，不能直接供給那些對電源質(zhì)量要求較高的電路。所以，為了得到輸出穩(wěn)定的直流電壓，經(jīng)整流濾波后的直流電壓必須采取一定的穩(wěn)壓措施才能適合電子設(shè)備的需要。本設(shè)計選用固定式三端穩(wěn)壓器。選用LM7805三端正電源穩(wěn)壓電路，輸出穩(wěn)定+5v電壓；選用LM7905三端負電源穩(wěn)壓電路，輸出穩(wěn)定的-5v電壓。電路圖如下：LINE VREGVOLTAGEU3LM7805CTCOMMON11LINE VREGVOLTAGEU3LM7805CTCOMMON11C11

—p100nFC14C12〒〒C14C12〒〒100nF420uF-J__COMMONVOLTAGELINEVREGU4LM7905CT圖3-63.2.1.4整體電路通過將上述三部分的分析綜合起來畫出總的電路圖，總體電路圖如下:U1U1圖3-73.2.2元件選取交流電源為220V50HZ的工頻交流電，考慮到220V的電壓直接接二極管，故選取最高耐壓為1000V的二級管連接成橋式整流器，電容C1、C9、C5經(jīng)過計算選取420uF，C2為100uF，C3、C4消除紋波因素選取100nF。穩(wěn)壓模塊選取穩(wěn)壓輸出為5V的電源管理ICLM7805和電壓輸出為-5V的電源管理ICLM7905。討論及進一步研究建議這個方案總的來說實現(xiàn)了正負5V電源設(shè)計的要求，但是也存在一些問題，比如負5V電源最后輸出離標準-5V還是存在一定的差距，整個系統(tǒng)還有待于完善及進一步改進，使之更接近于設(shè)計目標。項目設(shè)計心得通過這幾天時間的努力,在指導(dǎo)老師們的辛勤指導(dǎo)下，在同學(xué)的幫助下，結(jié)合軟件硬件，終于將直流穩(wěn)壓電源制作完成了。讓我感覺到所學(xué)的知識能得到很好的應(yīng)用，鞏固了所學(xué)的專業(yè)知識，增強了自己的動手能力，在制作計的過程中學(xué)到了很多東西，比如團隊協(xié)作。在這次設(shè)計中我用到了模擬電路等課程學(xué)到的知識，讓我明白自身知識的缺乏，很多方面需要進一步加強。在整個系統(tǒng)的設(shè)計中也遇到了很多問題，比如將一個系統(tǒng)分成多個模塊來做，每個模塊單獨運行都沒有問題，但是最后組裝在一起時去出現(xiàn)各種各樣的問題。問題的原因還是主要