多路輸出直流穩(wěn)壓電源的設計

1、 電子技術 課程設計任務書學生姓名專業(yè)班級學號題 目多路輸出直流穩(wěn)壓電源課題性質工程設計課題來源自擬指導教師主要內容（參數(shù)）設計一個多路輸出直流穩(wěn)壓電源，具體要求如下：（1）要求設計制作一個多路輸出直流穩(wěn)壓電源，可將220V/50Hz交流電轉換為多路直流穩(wěn)壓電源輸出，輸出電壓要求：±12V/1A，±5V/1A，一組可調正電壓+3+18V/1A；（2）選擇電路方案，完成對確定方案電路的設計。計算電路元件參數(shù)與元件選擇、并畫出總體電路原理圖，闡述基本原理；（3）按規(guī)定格式寫出課程設計報告書。任務要求（進度）第1-2天：熟悉課程設計任務及要求，查閱技術資料，確定設計方案。第3-4

2、天：按照確定的方案設計單元電路。要求畫出單元電路圖，元件及元件參數(shù)選擇要有依據(jù)，各單元電路的設計要有詳細論述。第5-6天：撰寫課程設計報告。要求內容完整、圖表清晰、文理流暢、格式規(guī)范、方案合理、設計正確，篇幅合理。主要參考資料1 康華光電子技術基礎（模擬部分）（第5版）M北京：高等教育出版社，20042 閻石數(shù)字電子技術基礎（第5版）M北京：高等教育出版社，20063 陳光明.電子技術書課程設計與綜合實訓M北京航空航天出版社. 2007審查意見系（教研室）主任簽字： 年 月 日 目錄摘要31.緒論42.硬件組成與方案設計62.1硬件組成62.2方案設計63.單元電路的設計原理73.1 電源變壓

3、器73.2 整流電路73.3 濾波電路93.4 穩(wěn)壓電路93.5電源指示114.元件參數(shù)選擇124.1集成穩(wěn)壓器的選擇12輸出電壓固定的集成穩(wěn)壓器的選擇12輸出電壓可調的集成穩(wěn)壓器的選擇124.2電源變壓器的選擇124.3集成整流橋及濾波電容的選擇134.4分壓電阻的選擇13可調電壓部分13發(fā)光二極管串聯(lián)分壓部分145.整體電路圖156器件清單及儀器相關參數(shù)167設計總結17參考文獻18多路輸出直流穩(wěn)壓電源摘要直流穩(wěn)壓電源一般是由電源變壓器、整流、濾波及穩(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?。整流電路把交流電變?yōu)橹绷麟?。經濾波后，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

4、輸出。本設計主要采用直流穩(wěn)壓構成集成穩(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)可輸出±5V、±12V的電壓并且在+3+18V內的可調電壓。關鍵詞:變壓；整流；濾波；穩(wěn)壓1.緒論在當今社會中，各類電子產品極大地滿足了我們的需求，但是任何電子設備都需要一個共同的電子電路電源電路，在電子電路和電氣設備中，通常都需要電壓穩(wěn)定的直流穩(wěn)壓電源供電，直流穩(wěn)壓電源可分為兩類，一類是化學電源，如各種各樣的干電池、蓄電池、充電電源等電源；其優(yōu)點是體積小、重量輕、攜帶方便等；缺點是成本高、易污染。另一類是穩(wěn)壓電源，它是把交流電網220V的電壓降為所需要的數(shù)

5、值，然后通過整流、濾波和穩(wěn)壓電路，得到穩(wěn)定的直流電壓，這是現(xiàn)實生活中應用比較廣泛的一類。電源變壓器是將交流電網220V的電壓變?yōu)樾枰碾妷褐?，然后通過整流電路將交流電壓變成脈動的直流電壓。由于此脈動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隨電網電壓波動、負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，穩(wěn)壓電路的作用是當電網電壓波動、負載和溫度變化時，維持輸出的直流電壓穩(wěn)定。此次集成直流電源的課程設計，要求輸出±5 、±12V以及318V連續(xù)可調的電壓。要能順利完成者這一設計，這就需要不僅熟悉了解課本

6、上的知識，還要學會將理論知識應用到實踐中，并學會利用書籍以及網上資料來幫助自己。2.硬件組成與方案設計2.1硬件組成如圖 (1)所示 圖(1) 多路輸出直流穩(wěn)壓電源的硬件組成圖2.2方案設計本次設計首先采用變壓器把220V交流電變成所需要的電壓；整流，利用二極管的單向導電性，可以設計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)定的直流電壓。如圖(2)所示圖(2) 多路輸出直流穩(wěn)壓電源的基本框圖及各部分的波形圖3.單元電路的設計原理3.1 電源變壓器 一般的電子設備所需要的直流電壓較之交流電網提供的20

7、0V電壓相差較大，為了得到輸出電壓的額定范圍，就需要將電網電壓轉化到合適的數(shù)值。所以，電壓變換部分的主要作用就是將電網電壓變?yōu)樗枰慕涣麟妷?，同時還可以起到直流電源與電網的隔離作用。變壓器的變比由變壓器的副邊電壓確定。如圖（3）所示圖(3) 電源變壓器圖3.2 整流電路 利用單向導電元件，把50Hz的正弦交流電變換成脈動的直流電。整流電路的作用是將變換后的交流電壓轉換為單方向的脈沖電壓。由于這種電壓存在著很大的脈動部分（稱為紋波），因此，一般還不能直接用來給負載供電，否則，紋波會嚴重影響到負載的性能指標。整流電路主要有半波整流電路、全波整流電路、單相橋式整流電路。倍壓整流電路用于其它交流信號

8、的整流，例如用于發(fā)光二極管電平指示器電路中，對音頻信號進行整流。半波整流電路的特點是輸出電壓波形為輸入正弦波電源波形的正半周期，所以輸出電壓脈動很大，直流分量較小，整流效率較低。如圖（4）所示。圖(4) 半波整流電路波形圖另一種是單向橋式全波整流電路。如圖（5）所示圖(5) 單向橋式全波整流電路及波形圖在V2正半周，電流從變壓器副邊線圈上端流出，只經過D1流向RL，再由D3流回變壓器，所以D1、D3正向導通，D2、D4反偏截止。在負載上產生一個極性為上正下負的輸出電壓。電流通路用實線箭頭表示。同理在V2負半周時D2、D4正向導通，D1、D3 反偏截止。在負載上產生上正下負的輸出電壓。整流波形如

9、圖5所示。綜上可知輸入端經變壓器后在副邊得到了一個單向的脈動電壓。 3.3 濾波電路由于經過整流的直流脈沖電壓還含有較大的紋波，因此需要設計濾波電路將整流電路輸出電壓中的交流成分大部分加以濾除，從而得到比較平滑的直流電壓。濾波部分的作用是對整流部分輸出的脈動直流進行平滑，使之成為含交變成分很小的直流電壓。也就是說，濾波部分實際上使一個性能較好的低通濾波器，且其截止頻率一定低于整流輸出電壓的基波頻率。其一般有電抗元件組成，如在電阻兩端并聯(lián)電容器C，或者在整流電路輸入端與負載間串聯(lián)電感器L，以及有電容、電感組合而成的各種復式濾波電路如圖(6)所示。 圖(6) 三種不同的復式濾波電路3.4 穩(wěn)壓電路

10、盡管經過整流濾波后的電壓接近于直流電壓，但是其電壓值的穩(wěn)定性很差，受溫度、負載、電網電壓波動等因素的影響很大，因此，還必須有穩(wěn)壓電路，以維持輸出直流電壓的基本穩(wěn)定。為了簡化電路并提高電路的穩(wěn)定性，因此選擇集成穩(wěn)壓器。集成穩(wěn)壓器普遍使用的是三端穩(wěn)壓器。其可分為固定式和可調式，按正負的輸出電壓可分為CW317、CW337、LM317、LM337。其中317系列穩(wěn)壓器可以連續(xù)輸出可調正電壓，337系列是可調負電壓，他們可調范圍為1.2537V，最大輸出電流為1.5A。三端集成穩(wěn)壓器三端集成穩(wěn)壓器還有78、79系列分別對應正電壓輸出和負電壓輸出.79系列和78系列的外形相似但是連接不同，79的1端接地

11、，2端接負的輸入，3端接輸出。如圖(7)、圖(8)、圖(9)所示。 圖(7) 78XX系列的引腳圖及應用電路圖 圖(8) CW79XX系列的引腳圖及應用電路圖 圖(9) LM317的引腳圖及應用電路圖3.5電源指示發(fā)光二極管具有工作電壓很低,工作電流很小,可靠性高,壽命長。由于這些特性，發(fā)光二極管在一些光控設備中用作光源，在許多電子設備中用作信號顯示器。因此，我們電源指示部分將使用發(fā)光二極管來實現(xiàn)。通過給它串聯(lián)不同的分壓電阻并聯(lián)在變壓器輸出端及各路穩(wěn)壓電路的輸出端以顯示其工作狀況。4.元件參數(shù)選擇4.1集成穩(wěn)壓器的選擇4.1.1輸出電壓固定的集成穩(wěn)壓器的選擇 輸出電壓固定的集成穩(wěn)壓器有正電源L

12、M7800系列穩(wěn)壓器和負電源LM7900系列穩(wěn)壓器。該系列集成穩(wěn)壓IC型號中的78或79后面的數(shù)字代表該三端集成穩(wěn)壓電路的輸出電壓，如7805(+5V)、7806(+6V)、7809(+9V)、7812(+12V) 、 7909表示輸出電壓為負9V。有時在數(shù)字78或79后面還有一個M或L，如78M12或79L24，這是用來區(qū)別輸出電流和封裝形式等， 其中78L系列最的大輸出電流為100mA，78M系列最大輸出電流為1A，78系列最大輸出電流為15A。 它們的封裝也有多種，根據(jù)元件的安置情況會有所不同。負向集成穩(wěn)壓器與正向類似。由于此次要輸出電壓為±12V、±5V電流要求均為

13、1A，固芯片選擇LM7812、LM7912、LM7805、LM7905。4.1.2輸出電壓可調的集成穩(wěn)壓器的選擇 可調輸出的集成穩(wěn)壓器是在固定輸出集成器的基礎上發(fā)展起來的，常見的產品有LM117和LM317等。這種集成穩(wěn)壓器，在集成芯片的內部，輸入電流幾乎全部流進輸出端，流到公共端的電流非常小，因此可以用少量的外部元件方便的組成精密可調的穩(wěn)壓電路，應用更加靈活。正電源系列的基準電壓為1.25V，輸出電流為100mA或500mA，輸出電壓范圍為1.2537V。其內部設有過流、過電壓保護，使用安全可靠，體積小，安裝和調試方便，而且它的輸出電壓輸出電流均符合要求，所以該可調集成穩(wěn)壓器選擇LM317。

14、4.2電源變壓器的選擇Uomax+(Ui-Uo)minUiUomin+(Ui-Uo)max18V+3VUi3V+40V21VUi43VU2Uimin/1.1=21/1.1=19.09V取U2=20V 則P=20W，所以選取24V/25W的變壓器。4.3集成整流橋及濾波電容的選擇由于Urm=1.414×24=33.936V，I=1A，額定工作電流ID=1A，所以集成整流橋芯片選擇KBP307濾波電路選擇電容濾波，適合小電流負載。I=1A，T=0.02s,電路中濾波電容承受的最高電壓時1.414×24=33.936V所以選擇電容的耐壓值應該大于34V，所以在可調電壓部分選擇33

15、00uF/50V的電解電容，固定電壓部分選擇3300uF/25V電解電容。因為大容量電解電容有一定的繞制電感分布，易引起自激振蕩，形成高頻干擾。所以穩(wěn)壓器的輸入端并入瓷質小容量電容來抵消電解電容的電感效應和線路的雜波，抑制高頻干擾。固在穩(wěn)壓芯片前并入334瓷質電容，在其后并入104瓷質電容。為了更好的消除紋波，在輸出端前再并入470uF電解電容，其中12V以及318V選擇的耐壓值為35V，5V組選擇耐壓值為16V。4.4分壓電阻的選擇4.4.1可調電壓部分 發(fā)光二極管串聯(lián)分壓部分由于發(fā)光二極管的正常工作電流為5mA至10mA，壓降為12V，所以在可調電壓組的發(fā)光二極管后串聯(lián)2K電阻，12V組串

16、聯(lián)1K電阻，5V組串聯(lián)0.5K電阻。5.整體電路圖如圖(10)所示 圖(10) 多路輸出直流穩(wěn)壓電源整體原理圖6器件清單及儀器相關參數(shù)名稱型號(或大小)數(shù)量備注變壓器24V/25W1T二極管IN50621D2 IN40071D1LED5D3 D4 D5 D6 D7電解電容3300uF/50V1C173300uF/25V4C1 C5 C9 C13470uF/35V1C20470uF/16V 4C3 C7 C11 C15瓷片電容3345C2 C6 C10 C14 C181045C4 C8 C12 C16 C19集成整流橋KBP3071穩(wěn)壓管LM78051U3LM78121U4LM79051U5LM

17、79121U6LM3171U7電阻2K1R7460K1R5360K1R61K2R2 R30.5K2R1 R4電位器5k1Rp7設計總結通過本次模電課程設計，我對上學期模電的知識進行了較好的復習，是對自身模電知識的一次檢測，通過實踐應用有效地加深了對理論知識的理解認識，而且也感受到將所學知識轉化為實物的喜悅，更加激勵了自己今后的學習。在本次設計的過程中，我發(fā)現(xiàn)很多的問題，給我的感覺就是很難，很不順手，看似很簡單的電路，要動手把它給設計出來，是很難的一件事，通過仔細的查找錯誤，讓我更加明白了電路的原理，主要原因是我們沒有經常動手設計過電路，還有資料的查找也是一大難題，這就要求我們在以后的學習中，應該注意到這一點，更重要的是我們要學會把從書本中學到的知識和實際的電路聯(lián)系起來，這不論是對我們以后的就業(yè)還是學習，都會起到很大的促進和幫助，我相信通過這次的課程設計，在下一階段的學習中我會更加努力，力爭把這門課學好，學精。同時，通過本次課程設計，鞏固了我們學習過的專業(yè)知識，也使我們把理論