正負(fù)兩路輸出的直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)

1、 網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院電電 源源 技技 術(shù)術(shù)課課 程程 設(shè)設(shè) 計(jì)計(jì) 題題 目：目：正負(fù)兩路輸出的直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)中心：學(xué)習(xí)中心： 層層 次：次： 專專 業(yè)：業(yè)： 年年 級(jí)：級(jí)： 年 春/秋 季 學(xué)學(xué) 號(hào)：號(hào)： 學(xué)學(xué) 生：生： 輔導(dǎo)教師：輔導(dǎo)教師： 完成日期：完成日期： 年 月 日本課程設(shè)計(jì)項(xiàng)目本課程設(shè)計(jì)項(xiàng)目總總 則：則：使用三端集成穩(wěn)壓器設(shè)計(jì)一個(gè)+15V 與-5V 兩路輸出的直流穩(wěn)壓電源，要求這兩路輸出共地。撰寫要求撰寫要求：（1）畫出所設(shè)計(jì)的直流穩(wěn)壓電源的系統(tǒng)框圖；分析各組成部分的功能。（2）各個(gè)功能模塊的設(shè)計(jì)，計(jì)算元件參數(shù)并給出參數(shù)選擇的依據(jù)，并按工程實(shí)際確定元件參數(shù)的標(biāo)稱值。具體

2、參數(shù)要求：變壓器的額定電壓、額定電流、額定容量、電壓比；整流器件型號(hào)；電阻的阻值和功率；電容的容值和耐壓以及類型；穩(wěn)壓 IC 型號(hào)等。（3）技術(shù)參數(shù)和設(shè)計(jì)要求： 額定輸出功率：5W 輸入：交流 220V 輸出電壓：+15V 與-5V（共地）（4）對(duì)所設(shè)計(jì)電源指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)并做總結(jié)（需要說(shuō)明的問(wèn)題） 。（5）正文字?jǐn)?shù) 4000 字符左右。目錄目錄摘要摘要.3第第 1 1 章章 直流穩(wěn)壓電源的原理直流穩(wěn)壓電源的原理.51.1 直流穩(wěn)壓電源工作原理 .5第第 2 2 章章 直流穩(wěn)壓電源的各部分功能分析及設(shè)計(jì)直流穩(wěn)壓電源的各部分功能分析及設(shè)計(jì).62.1 電源變壓器 .62.2 橋式整流電路 .62.3

3、濾波電路 .72.4 穩(wěn)壓電路 .72.5 穩(wěn)壓電源性能指標(biāo) .82.6 設(shè)計(jì)步驟 .92.6.1 電源變壓器：.92.6.2 整流電路中二極管的參數(shù)計(jì)算：.102.6.3 濾波電容參數(shù)計(jì)算.102.6.4 總體設(shè)計(jì)思路.10設(shè)計(jì)總結(jié)與心得體會(huì)設(shè)計(jì)總結(jié)與心得體會(huì).13致謝致謝.14附錄附錄 A A： .15參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).16正負(fù)兩路輸出的直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)正負(fù)兩路輸出的直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)摘要摘要：隨著社會(huì)的進(jìn)步，電源已成為生產(chǎn)、生活中不可或缺的組成部分。在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中主要采用交流電，而在電子線路和自動(dòng)化控制中還需要穩(wěn)定的直流電。為了得到直流電除了直流發(fā)電機(jī)外多采用直流穩(wěn)壓電源，目前廣泛采用各種

4、半導(dǎo)體直流電源。 由于集成穩(wěn)壓器體積小，外接線路簡(jiǎn)單、使用方便、工作可靠和通用性等優(yōu)點(diǎn)，因此現(xiàn)在基本取代由分立元件構(gòu)成的穩(wěn)壓電路，在各種電子設(shè)備中應(yīng)用十分普遍。又以三端式穩(wěn)壓器應(yīng)用最為廣泛。本文設(shè)計(jì)的是正負(fù)兩路輸出的直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)，采用 LM7815、LM7905 集成器件。關(guān)鍵詞：直流穩(wěn)壓電源；集成穩(wěn)壓器 第第 1 1 章章 直流穩(wěn)壓電源的原理直流穩(wěn)壓電源的原理1.11.1 直流穩(wěn)壓電源工作原理直流穩(wěn)壓電源工作原理直流穩(wěn)壓電源主要由四部分組成：電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路。如圖 1 所示：1電源變壓器：將電網(wǎng)交流電壓變?yōu)檎麟娐匪璧慕涣麟妷?，一般次?jí)電壓 u2 較小。2整流電

5、路：將變壓器次級(jí)交流電壓 U2變成單向的直流電壓 U3，它包含直流成份和許多諧波分量。3濾波電路：濾除脈動(dòng)電壓 U3中的諧波分量，輸出比較平滑的直流電壓U4。該電壓往往隨電網(wǎng)電壓和負(fù)載電流的變化而變化。4穩(wěn)壓電路：它能在電網(wǎng)電壓和負(fù)載電流的變化時(shí)，保持輸出直流電壓U5的穩(wěn)定。它是直流穩(wěn)壓電源的重要組成部分，決定著直流電源的重要性能指標(biāo)。圖 1 直流穩(wěn)壓電源工作原理圖第第 2 2 章章 直流穩(wěn)壓電源的各部分功能分析及設(shè)計(jì)直流穩(wěn)壓電源的各部分功能分析及設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)和設(shè)計(jì)要求：技術(shù)參數(shù)和設(shè)計(jì)要求： 額定輸出功率：5W 輸入：交流 220V 輸出電壓：+15V 與-5V（共地）2.12.1 電源變壓器

6、電源變壓器直流電的輸入為 220V 的電網(wǎng)電壓，一般情況下，所需直流電壓的數(shù)值和電網(wǎng)電壓的有效值相差較大，因而需要通過(guò)電源變壓器降壓后，再對(duì)電流電壓處理。電源變壓器的作用是將來(lái)自電網(wǎng)的 220V 交流電壓 U1變換為整流電路所需要的交流電壓 U2。2.22.2 橋式整流電路橋式整流電路橋式整流電路巧妙地利用了二極管的單向?qū)щ娦?，將四個(gè)二極管分為兩組，根據(jù)變壓器次級(jí)電壓的極性分別導(dǎo)通，將變壓器次級(jí)電壓的正極性端與負(fù)載電阻的上端相連，負(fù)極性端與負(fù)載電阻的下端相連，使負(fù)載上始終可以得到一個(gè)單方向的脈動(dòng)電壓。單相橋式整流電路，具有輸出電壓高，變壓器利用率高、脈動(dòng)系數(shù)小等優(yōu)點(diǎn)。所以在電路中采用單相橋式整

7、流電路。圖 2 橋式整流電路2.32.3 濾波電路濾波電路整流電路輸出波形中含有較多的紋波成分，與所要求的波形相去甚遠(yuǎn)。所以通常在整流電路后接濾波電路以濾去整流輸出電壓的紋波。濾波電路常有電容濾波，電感濾波和 RC 濾波等。本設(shè)計(jì)中采用電容濾波電路，為了獲得更好的濾波效果，電容容量應(yīng)選得更大些。圖 3 電容濾波電路圖 3 分別是橋式整流電容濾波電路和它的部分波形。這里假設(shè) t0 時(shí)，電容器 C 已經(jīng)充電到交流電壓 V2的最大值（如波形圖所示）RC 放電時(shí)間常數(shù)應(yīng)該滿足 RC，式中 R 為整流濾波電路的負(fù)載電阻，為電容提供放電回(3 5) /2T路，式中 T=20ms2.42.4 穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電

8、路LM7815，LM7905 三端穩(wěn)壓芯片引腳圖圖 3 引腳圖表表 1 1 LM7815LM7815 的主要參數(shù)表的主要參數(shù)表電壓調(diào)整率電流調(diào)整率工作溫度靜態(tài)電流耗散功率最大輸出電流輸出電壓偏差輸出電壓360mV360mV01258MA12W1A0.6920.748V14.415.6V(T(j)=25)表表 2 2 LM7905LM7905 的主要參數(shù)表的主要參數(shù)表電壓調(diào)整率電流調(diào)整率工作溫度靜態(tài)電流耗散功率最大輸出電流輸出電壓偏差輸出電壓360mV360mV01258MA12W1A0.6920.748V-4.8-5.4V(T(j)=25)2.5 穩(wěn)壓電源性能指標(biāo)穩(wěn)壓電源的技術(shù)指標(biāo)可以分為兩大

9、類：一類是特性指標(biāo)，如輸出電壓、輸出電濾及電壓調(diào)節(jié)范圍；另一類是質(zhì)量指標(biāo)，反映一個(gè)穩(wěn)壓電源的優(yōu)劣，包括穩(wěn)定度、等效內(nèi)阻（輸出電阻）、紋波電壓及溫度系數(shù)等。對(duì)穩(wěn)壓電源的性能，主要有以下四個(gè)萬(wàn)面的要求：1穩(wěn)定性好當(dāng)輸入電壓Usr（整流、濾波的輸出電壓）在規(guī)定范圍內(nèi)變動(dòng)時(shí)，輸出電壓Usc的變化應(yīng)該很小一般要求 。%1UscUsc由于輸入電壓變化而引起輸出電壓變化的程度，稱為穩(wěn)定度指標(biāo)，常用穩(wěn)壓系數(shù)S 來(lái)表示：，S的大小，反映一個(gè)穩(wěn)壓電源克服輸入電壓變UsrUsrUscUscS化的能力。在同樣的輸入電壓變化條件下，S越小，輸出電壓的變化越小，電源的穩(wěn)定度越高。通常S約為 10-210-42.輸出電阻小

10、負(fù)載變化時(shí)（從空載到滿載），輸出電壓Usc，應(yīng)基本保持不變。穩(wěn)壓電源這方面的性能可用輸出電阻表征。輸出電阻（又叫等效內(nèi)阻）用rn 表示，它等于輸出電壓變化量和負(fù)載電流變化量之比。 IfzUscrn反映負(fù)載變動(dòng)時(shí)，輸出電壓維持恒定的能力， 越小，則Ifz 變化rnrn時(shí)輸出電壓的變化也越小。性能優(yōu)良的穩(wěn)壓電源，輸出電阻可小到 1 歐，甚至001 歐。3.電壓溫度系數(shù)小當(dāng)環(huán)境溫度變化時(shí)，會(huì)引起輸出電壓的漂移。良好的穩(wěn)壓電源，應(yīng)在環(huán)境溫度變化時(shí)，有效地抑制輸出電壓的漂移，保持輸出電壓穩(wěn)定，輸出電壓的漂移用溫度系數(shù) KT 來(lái)表示： =0, TUscKTUsc0Ifz4.輸出電壓紋波小所謂紋波電壓，是指

11、輸出電壓中 50 赫或 100 赫的交流分量，通常用有效值或峰值表示。經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓作用，可以使整流濾波后的紋波電壓大大降低，降低的倍數(shù)反比于穩(wěn)壓系數(shù)S 。串聯(lián)型穩(wěn)壓電路，用做一種簡(jiǎn)單的穩(wěn)壓電源，可以滿足一般無(wú)線電愛(ài)好者的需要。但是，這種電源還有許多“天生的”缺陷，要提高對(duì)性能的要求，就必須再做一些改進(jìn)。從以下四個(gè)右面對(duì)它的性能加以改善，便可做成一臺(tái)有實(shí)用價(jià)值的穩(wěn)壓電源了。這就是：增加放大環(huán)節(jié)，提高穩(wěn)定性，使輸出電壓可調(diào)；用復(fù)合管做調(diào)整管，使輸出電流增大；增加保護(hù)電路，使電源工作安全可靠。2.62.6 設(shè)計(jì)步驟設(shè)計(jì)步驟 穩(wěn)壓電源有多種，經(jīng)過(guò)分析論證本設(shè)計(jì)采用固定式三端穩(wěn)壓器構(gòu)成。2.6.12.6.1

12、 電源變壓器電源變壓器：由 LM7815、LM7905 特性參數(shù)得：17.5VUi30V，穩(wěn)壓器的壓差不宜過(guò)大，因此選擇 Ui=24V。則變壓器二次側(cè)電壓 U=Ui/1.2=20V?？紤]到變壓器上的繞組即管子上的壓降等因素，變壓器二次側(cè)電壓大約要高出 10，即 20*1.1=22.2V 取 22V。設(shè)計(jì)要求輸出功率為 5W 則穩(wěn)壓器輸入輸出電流基本保持不變 Ii0.33A,則變壓器二次側(cè)的電流有效值 I=0.33*1.1=367mA。 這樣變壓器的輸出功率 P=UI=22*0.367=8.2W。故選用 15W 的變壓器。2.6.22.6.2 整流電路中二極管的參數(shù)計(jì)算整流電路中二極管的參數(shù)計(jì)算

13、： 變壓器二次側(cè)電壓有效值為 U=22V 于是URM=1.414*2231V。ID=I0/2=184mA。查二極管分立元件參數(shù)表，查手冊(cè)選取1N4001，其 URM50v, IF =1A 滿足要求。2.6.32.6.3 濾波電容參數(shù)計(jì)算濾波電容參數(shù)計(jì)算Ui=22V,Iimax=367mA,可得 RL=22/1=61又 RLC（35）T/2，T=0.02S；電容 C=（5*T）/（2R）=819F。應(yīng)去電容常用值 C=1000F。綜合考慮波電容可選擇 C=1000F，50V 的電解電容。另外為了濾除高頻干擾和改善電源的動(dòng)態(tài)特性，一般在濾波電容兩端并聯(lián)一個(gè) 0.010.1F 的高頻瓷片電容。2.6

14、.42.6.4 總體設(shè)計(jì)思路總體設(shè)計(jì)思路由于輸入電壓 u1發(fā)生波動(dòng)、負(fù)載和溫度發(fā)生變化時(shí)，濾波電路輸出的直流電壓 UI會(huì)隨著變化。因此，為了維持輸出電壓 UI穩(wěn)定不變，還需加一級(jí)穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓電路的作用是當(dāng)外界因素（電網(wǎng)電壓、負(fù)載、環(huán)境溫度）發(fā)生變化時(shí)，能使輸出直流電壓不受影響，而維持穩(wěn)定的輸出。穩(wěn)壓電路一般采用集成穩(wěn)壓器和一些外圍元件所組成。采用集成穩(wěn)壓器設(shè)計(jì)的穩(wěn)壓電源具有性能穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。集成穩(wěn)壓器的類型很多，在小功率穩(wěn)壓電源中，普遍使用的是三端穩(wěn)壓器。按輸出電壓類型可分為固定式和可調(diào)式，此外又可分為正電壓輸出或負(fù)電壓輸出兩種類型。本課程設(shè)計(jì)采用固定式輸出電壓的類型。圖 3 電路總

15、圖第三章 Multisim 中的仿真3.1 兩通道的電壓3.2 兩通道的電流設(shè)計(jì)總結(jié)與心得體會(huì)設(shè)計(jì)總結(jié)與心得體會(huì)課程設(shè)計(jì)，他把理論與實(shí)踐有效的結(jié)合起來(lái)，對(duì)學(xué)好這么課程意義重大。經(jīng)過(guò)整整（時(shí)間）（時(shí)間）的畢業(yè)設(shè)計(jì)，我學(xué)到了很多，設(shè)計(jì)過(guò)程中我遇到了許多困難，但在老師的幫助下我都慢慢的克服過(guò)來(lái)了，所以再次我非常感謝我的指導(dǎo)老師（老師名稱）（老師名稱）及幫助我的同學(xué)，正是他們的幫助我才能按時(shí)完成設(shè)計(jì)。在整個(gè)設(shè)計(jì)當(dāng)中，我基本上按照本次設(shè)計(jì)任務(wù)安排的時(shí)間嚴(yán)格執(zhí)行。在這次課程設(shè)計(jì)中，收獲知識(shí)的同時(shí)，還收獲了閱歷，收獲了成熟，在此過(guò)程中，我通過(guò)查找大量資料，請(qǐng)教老師，以及不懈的努力，不僅培養(yǎng)了獨(dú)立思考、設(shè)計(jì)的

16、能力，在各種其它能力上也都有了提高。更重要的是，在設(shè)計(jì)，我還學(xué)會(huì)了很多學(xué)習(xí)的方法以及相關(guān)軟件的使用,如（Multisim） 。而這是日后最實(shí)用的，真的是受益匪淺。我將所學(xué)知識(shí)運(yùn)用到設(shè)計(jì)中，按照設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)電路的參數(shù)，在按對(duì)應(yīng)的參數(shù)選取元器件，通過(guò)查找資料了解元器件的主要特性與相關(guān)使用注意事項(xiàng)。在電路設(shè)計(jì)中選取最優(yōu)元件來(lái)滿足設(shè)計(jì)的要求。要面對(duì)社會(huì)的挑戰(zhàn)，只有不斷的學(xué)習(xí)、實(shí)踐，再學(xué)習(xí)、再實(shí)踐。 致謝致謝通過(guò)這次極具意義的課程設(shè)計(jì)，讓我更深入的了解了穩(wěn)壓電源的一些基本知識(shí)。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我學(xué)會(huì)了許多新的知識(shí)，也初次嘗試到了課本知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中的作用，雖然在設(shè)計(jì)初有許多知識(shí)還不是很了解，但在指導(dǎo)老師( 名稱名稱 )的幫助和指導(dǎo)下，也都得到了一一解決。我也知道了自己所學(xué)知識(shí)的不足之處，因此，會(huì)在以后的工作學(xué)習(xí)中更加努力的學(xué)習(xí)新知識(shí)，掌握新技能，以彌補(bǔ)自己的不足。最后再次感謝在設(shè)計(jì)中給我提供諸多寶貴建議的 老