多路輸出直流穩(wěn)壓電源

1、遼 寧 工 業(yè) 大 學 模擬電子技術基礎課程設計（論文）題目：多路輸出直流穩(wěn)壓電源院（系）： 專業(yè)班級 學 號： 42 學生姓名： 指導教師： （簽字）起止時間：課程設計（論文）任務及評語院（系）：電子與信息工程學院 教研室： 電子信息工程學 號42學生姓名專業(yè)班級課程設計（論文）題目多路輸出直流穩(wěn)壓電源課程設計（論文）任務設計參數(shù)：（1）設計并制作一臺多路輸出直流穩(wěn)壓電源。（2）輸出直流電壓，。（3）最大輸出電流。（4）具有過流保護功能。設計要求：1 .分析設計要求，明確性能指標。必須仔細分析課題要求、性能、指標及應用環(huán)境等，廣開思路，構思出各種總體方案，繪制結構框圖。2 .確定合理的總體方

2、案。對各種方案進行比較，以電路的先進性、結構的繁簡、成本的高低及制作的難易等方面作綜合比較，并考慮器件的來源，敲定可行方案。3 .設計各單元電路?？傮w方案化整為零，分解成若干子系統(tǒng)或單元電路，逐個設計。4 .組成系統(tǒng)。在一定幅面的圖紙上合理布局，通常是按信號的流向，采用左進右出的規(guī)律擺放各電路，并標出必要的說明。進度計劃第1天：集中學習；第2天：收集資料；第3天：方案論證；第4天：選擇器件進行單元電路設計；第5天：單元電路設計及仿真；第6天：整體電路設計并仿真；第7天：電路焊接制板；第8天：焊接調試；第9天：完善設計；第10天：答辯。指導教師評語及成績 平時： 論文質量： 答辯： 總成績： 指

3、導教師簽字： 年 月 日注：成績：平時20% 論文質量60% 答辯20% 以百分制計算摘 要在當今社會，幾乎所有的電子設備都需要有穩(wěn)衡的電壓供給，才能使其處于良好的工作狀態(tài)。家用電器中的電視機、音響、電腦尤其是這樣。電網電壓時高時低，電子設備本身耗供電造成不穩(wěn)定因素。其中直流穩(wěn)壓電源有很多優(yōu)異的特性，直流穩(wěn)壓電源的供電電源大都是交流電源，當交流供電的電壓或負載變化時，穩(wěn)壓器的直流輸出電壓都會保持穩(wěn)定。直流穩(wěn)壓電源隨著電子設備向高精度、高穩(wěn)定性和高可靠性方向發(fā)展，對電子設備的供電電源提出了高的要求，為獲得可靠的直流穩(wěn)壓電源，一個經濟可行的辦法是把我國用的220V或380V的市電通過一定辦法轉換為

4、我們所需的直流電，所以直流穩(wěn)壓電源對于我們的模電課程學習來說十分重要，一個穩(wěn)定可靠的直流穩(wěn)壓電源是今后我們學習、設計其他電路的保證。直流穩(wěn)壓電源是由隔離變壓器、整流濾波電路、進口集成控制電路、功率管或模塊調整電路所組成，具有體積小，重量輕，性能穩(wěn)定可等優(yōu)點，電壓從零起連續(xù)可調，可串聯(lián)或關聯(lián)使用，直流輸出紋波小，穩(wěn)定度高，穩(wěn)壓穩(wěn)流自動轉換、限流式過短路保護和自動恢復功能，是大專院校、工業(yè)企業(yè)、科研單位及電子維修人員理想的直流穩(wěn)壓電源，因此制作出能穩(wěn)定輸出±15V，±12V、±5V，電流小于等于500ma的直流電源，意義非常重大。本文介紹了一種采用集成穩(wěn)壓器制作多路輸

5、出直流穩(wěn)壓電源的方法，主要闡述了如何運用集成穩(wěn)壓器，電源變壓器，整流管與濾波電容完成規(guī)定任務的設計方法，重點敘述了整體設計的工作原理，相關元件的選定思路，電路具體調試過程，最后達到課程設計的具體要求。關鍵詞：變壓；整流；濾波；集成穩(wěn)壓目 錄第1章 緒論11.1 多路輸出直流穩(wěn)壓電源概況11.2 本文研究內容1第2章 多路輸出直流穩(wěn)壓電源各部分電路設計32.1 多路輸出直流穩(wěn)壓電源總體設計方案32.2 具體電路設計4 電源變壓整流電路設計4 過流保護電路設計5 濾波電路設計6 穩(wěn)壓電路設計62.3 元器件型號選擇82.4 Multisim仿真、數(shù)據分析9第3章 課程設計總結12參考文獻13元器件

6、清單14第1章 緒論1.1 多路輸出直流穩(wěn)壓電源概況很多電子設備，家用電器都需要直流電源供電，其中除了少量的低功耗、便攜式的一起設備選用干電池供電外，絕大多數(shù)電子設備正常工作需要直流供電，而常用的電源市電是220V或380V的交流電，因此需要把交流電變換成直流電。例如在我們學習的大多數(shù)集成運算放大器都需要加規(guī)定的直流偏置才能正常工作。所以直流穩(wěn)壓電源對于我們的模電課程學習來說十分重要，一個穩(wěn)定可靠的直流穩(wěn)壓電源是今后我們學習、設計其他電路的保證。但是不同的電路對于直流電壓值有著不同的需求，常見的有±15V，±12V、±5V等等不同的需求。為了達到鞏固課程知識目的的

7、同時，能夠做到學以致用，制作一些對于今后有實際意義的電路，我們選擇±15V，±12V、±5V六組參數(shù)作為設計的電壓輸出參數(shù)值。此次所要設計的電源要求的輸出功率較小，為了簡化電路并提高電路的穩(wěn)定性，因此選擇集成穩(wěn)壓器的設計思路。三端固定輸出集成穩(wěn)壓器是一種串聯(lián)調整式穩(wěn)壓器。它將全部電路集成在單塊硅片上，整個集成穩(wěn)壓電路只有輸入、輸出和公共3個引出端，使用非常方便。因其內部有過熱、過流保護電路，因此它的性能優(yōu)良，可靠性高。又因這種穩(wěn)壓器 具有體積小、使用方便、價格低廉等優(yōu)點，所以得到廣泛應用。其代表產品有78xx正電壓輸出系列、79xx負電壓輸出系列。1可調輸出的集成

8、穩(wěn)壓器是在固定輸出集成穩(wěn)壓器的基礎上發(fā)展起來的，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到輸出端，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，應用更為靈活。1.2 本文研究內容1.設計并制作一臺多路輸出直流穩(wěn)壓電源。2.輸出直流電壓，。3.最大輸出電流。4.具有過流保護功能。設計要求：1 .分析設計要求，明確性能指標。必須仔細分析課題要求、性能、指標及應用環(huán)境等，廣開思路，構思出各種總體方案，繪制結構框圖。2 .確定合理的總體方案。對各種方案進行比較，以電路的先進性、結構的繁簡、成本的高低及制作的難易等方面作綜合比較，并考慮器件的來源，敲定可行方案

9、。3 .設計各單元電路?？傮w方案化整為零，分解成若干子系統(tǒng)或單元電路，逐個設計。4.組成系統(tǒng)。在一定幅面的圖紙上合理布局，通常是按信號的流向，采用左進右出的規(guī)律擺放各電路，并標出必要的說明。第2章 多路輸出直流穩(wěn)壓電源各部分電路設計2.1 多路輸出直流穩(wěn)壓電源總體設計方案方案1：可以運用運放電路，只要有一個直流電壓，不論大小，均可以運用同相放大電路，反相放大電路，加法電路，減法電路等將其變?yōu)槲覀兿胍娜我怆妷褐怠７桨?：運用康華光版電子技術基礎（模擬部分），第十章中所講的直流穩(wěn)壓電源章節(jié)知識，運用電源變壓器、整流電路，濾波電路、穩(wěn)壓電路以及過流保護電路，即可輸出我們想要的任意大小的直流穩(wěn)壓電壓

10、。方案論證:方案一所限制范圍過于局限，只能對所給的直流電源進行變換，另外，運放電路需要運用到大量的電阻，電阻在工作時間過長的時候，會發(fā)熱，阻值會發(fā)生相應的變化，導致輸出電壓有較大的波動，所以誤差會較大；但方案2運用的是220V的交流市電，首先可用性強，另外，其中還運用到了78，及79系列的芯片，不僅經濟，而且還能得到比較穩(wěn)定的直流穩(wěn)壓電源。而后面所加的電流保護電路，也能有效的控制電路工作的正常的范圍內。綜上所述，方案2為最佳方案。本設計主要分為變壓整流電路，濾波電路，穩(wěn)壓輸出電路以及過流保護電路四部分。總體框圖如下所示： 濾波電路過流保護電路變壓整流電路穩(wěn)壓輸出電路圖2.1總體電路設計2.2

11、具體電路設計2.2.1 電源變壓整流電路設計電源變壓器是將220V的交流輸入電壓變成整流電路所需電壓，因為本實驗最終通過所選芯片78MXX和79MXX的輸入最大與最小電壓的范圍為±（8-40）V，所以我們可以選擇帶有中間抽頭的T1變壓器，這樣兩端輸出電壓可以分別給78系列與79系列使用，中間抽頭作為作為固定輸出電壓部分的地線，兩端的電壓加給LM317。與此同時變壓器與四肢整流二極管D1-D4形成變壓整流電路。利用二極管的單向導電性，將大小和時間都隨工頻交流電變換成單方向的脈動直流電的過程成為整流。利用二極管的單向導電性，只有半個周期內有電流流過負載。在V2正半周。電流從變壓器副邊線圈

12、上端流出，只經過D1流向D2,由D3流回D4，所以D1、D2正向導通，D3、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，D3、D4正向導通，D1、D2反偏截止。在負載上產生上正下負的輸出電壓。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。其中整流電路的選擇很重要，當負載需要幾十瓦或幾百瓦的功率時，常常采用單向整流電路，當負載需要幾千瓦以上的功率時，則需采用三相整流電路，因此，本次課程設計，采用單向整流電路，所以電源變壓器與二極管構成的電源變壓整流電路如圖所示：圖2.2電源變壓整流電路2.2.2 過流保護電路設計過流保護器件用于保

13、護后續(xù)器件免受甩負載或瞬間電壓高壓的破壞，在某些特定的應用中，基本的過壓保護電路不足以勝任器件的過流保護作用，穩(wěn)壓電路使用中常常發(fā)生負荷超載和輸出短路的情況，這時輸出電流超出額定值，輸出電壓可降至零。由于調整管的電流過大，使管子發(fā)熱而損壞。因此，實用的串聯(lián)穩(wěn)壓電源都必須加有保護電路，保護電路有很多，我們使用的是這種電路，如圖：三極管Q1使調整管，電阻R4為電流采樣電阻，流經Q1發(fā)射極電流為輸出電流IL。因此，電阻電壓大小表明了IL的大小，UR4=ILR4。三極管Q2和R4構成了限流保護電路。工作原理為：正常情況下，調整管輸出電流在額定值范圍內，電阻R4上壓降不足以使三極管Q2發(fā)射結導通，Q2處

14、于截止狀態(tài)。當輸出電流超過額定值時，UR4=ILR4使Q2導通，Q2集電極電流IC2對Q1基極電流IB1分流，使Q1基極電流IB1減小，Q1集電極電流IC1減小。理想計算：Q1集電極電流IC1最大值為ILM=500mA,穩(wěn)壓電路總圖中與該電路并聯(lián)的是取樣電路，由于取樣電路電流很小，所以忽略，即IC1ILM（ILM是輸出最大電流，由任務書ILM=500mA）。所以，R4=VBE2/ILM=0.7/0.5=1.4。三極管型號與Q1管相當標準。電路如圖所示：圖2.3 過流保護電路2.2.3 濾波電路設計利用儲能元件-電容C兩端的電壓不能突變的性質，采用電容輸入式濾波電路將整流電路輸出的脈動成分大部分

15、濾除，得到比較平滑的直流電。所以經過整流的脈沖電壓紋波很大要經過濾波電路的濾波作用，一般有電抗元件組成，如在電路兩端并聯(lián)電容器C，或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。在這里選擇用電容濾波，適合小電流負載。 圖2.4 濾波電路設計2.2.4 穩(wěn)壓電路設計由于輸出地直流電壓會隨著穩(wěn)壓電路的波動、負載和溫度發(fā)生變化而變化，所以，為了維持輸出直流電壓穩(wěn)定不變，還要加上穩(wěn)壓電路。由于電源要求的輸出功率較小，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)壓器在使用中普遍使用的是三端穩(wěn)壓器?？梢苑譃楣潭ㄊ胶涂烧{式，按正負的輸出電壓還可分為CW317

16、、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系列則是可調負電壓。它們的可調范圍為1.2-37V，最大輸出電流為1.5A。三端集成穩(wěn)壓電路也成穩(wěn)壓管，它的樣子就像三極管，電子產品中常見到的三端集成穩(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，顧名思義，三端IC是指這種穩(wěn)壓用的集成電路，只有三條引腳輸出，分別是輸入端，輸出端和接地端。將元件有標識的一面朝向自己，若是系列，三條引腳分別是輸入端，接地端和輸出端；若是79系列，則三條引腳分別是接地端，輸入端和輸出端。在實際應用中，應在三端集成穩(wěn)壓電路上安裝足

17、夠大的散熱片，當穩(wěn)壓管功率過高時，穩(wěn)壓性能將會變差甚至損壞，集成穩(wěn)壓具有體積小，重量輕，安裝和調試方便，可靠性和穩(wěn)定性高的優(yōu)點，因此在這次課程設計中選擇LM317集成穩(wěn)壓器。圖2.5 穩(wěn)壓電路設計圖2.5 穩(wěn)壓電路設計2.3 元器件型號選擇由圖2.3可知：Q1集電極電流IC1最大值為ILM=500mA,穩(wěn)壓電路總圖中與該電路并聯(lián)的是取樣電路，由于取樣電路電流很小，所以忽略，即IC1ILM（ILM是輸出最大電流，由任務書ILM=500mA）。所以，R4=VBE2/ILM=0.7/0.5=1.4。三極管型號與Q1管相當標準。由圖2.4可知：由于電源要求的輸出功率較小，為了簡化電路并提高電路的穩(wěn)定性

18、，因此選擇集成穩(wěn)壓器。按正負的輸出電壓還可分為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系列則是可調負電壓。它們的可調范圍為1.2-37V，最大輸出電流為1.5A。在實際應用中，應在三端集成穩(wěn)壓電路上安裝足夠大的散熱片，當穩(wěn)壓管功率過高時，穩(wěn)壓性能將會變差甚至損壞，集成穩(wěn)壓具有體積小，重量輕，安裝和調試方便，可靠性和穩(wěn)定性高的優(yōu)點，因此在這次課程設計中選擇LM317集成穩(wěn)壓器。2.4 Multisim仿真、數(shù)據分析圖2.6 多路輸出直流穩(wěn)壓電源整體電路圖2.7仿真結果圖圖2.8仿真結果圖圖2.9仿真結果圖因78及79系列芯片的允許輸入電壓

19、范圍為8-40V，我們選擇18V電源即可。I不大于500ma，T=0.02s,電路中濾波電容承受的最高電壓時1.414×18=25.452V所以選擇電容的耐壓值應該大于25V，所以在可調電壓部分選擇100uF/25V的電容，固定電壓部分選擇100nF/25V電容。因為大容量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100uF和100nF電容，其中12V以及15V選擇的耐壓值為25V，5V組選擇

20、耐壓值為12V。第3章 課程設計總結本電路實現(xiàn)了利用集成穩(wěn)壓器，將市電轉變?yōu)槎嗦份敵龅闹Я鞣€(wěn)壓電源。主要闡述了如何運用集成穩(wěn)壓器，過流保護電路，單向整流電路，濾波電路，完成輸出±15V，±12V、±5V直流穩(wěn)壓電的一種方法。變壓器將市電變成所需電壓，然后單向整流電路輸出直流電壓，再經過濾波電路將其消除紋波，然后將直流電輸入所選擇的芯片，最終輸出實驗要求的直流穩(wěn)定電壓。同時也敘述了相關元件的工作原理，選定思路等等。同時配合電流保護電路，將電路中電流限定在0.5A以下的范圍內，可以有效地保護電路中的元件，使其能夠正常地工作，本電路有極大的實用價值，只要我們相應的更改芯片，其就能有效地將市電轉化為任意我們需要的直流穩(wěn)壓電源。所學模擬電子技術和數(shù)字電子技術和單片機等基礎課程的知識，我們成功的在電子制作中得到了驗證。深刻的體會到理論聯(lián)系實踐，指導實踐和服務于實踐的內涵。只有靈活的掌握知識，才能真正的應用于實踐。同時理論知識與實踐還是有差距，理論設計能實現(xiàn)的電