正負兩路輸出的直流穩(wěn)壓電源設(shè)計

1、大連理2大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院電源技術(shù)課程設(shè)計題 目：正負兩路輸出的直流穩(wěn)壓電源設(shè)計學(xué)習(xí)中心：層 次：專 業(yè)：年 級： 年 春/秋季學(xué) 號：學(xué) 生：輔導(dǎo)教師：完成日期：年 月 日本課程設(shè)計項目總 則：使用三端集成穩(wěn)壓器設(shè)計一個+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：(1)畫出所設(shè)計的直流穩(wěn)壓電源的系統(tǒng)框圖； 分析各組成部分的 功能。(2)各個功能模塊的設(shè)計，計算元件參數(shù)并給出參數(shù)選擇的依據(jù)， 并按工程實際確定元件參數(shù)的標(biāo)稱值。具體參數(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；電阻的阻值和功率；電容的容值和耐壓以及類型；穩(wěn)壓IC型號等。(3)技術(shù)

2、參數(shù)和設(shè)計要求：額定輸出功率：5W輸入：交流220V輸出電壓：+15V與-5V (共地)(4)對所設(shè)計電源指標(biāo)進行評價并做總結(jié)(需要說明的問題)。 (5)正文字?jǐn)?shù)4000字符左右。目錄摘要 4第1章直流穩(wěn)壓電源的原理 51.1直流穩(wěn)壓電源工作原理 5第2章直流穩(wěn)壓電源的各部分功能分析及設(shè)計 62.1 電源變壓器 62.2 橋式整流電路 62.3 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)計算： 102.6.3 濾波電容參數(shù)計算 102.6.4 總體設(shè)計思路 10設(shè)計總結(jié)與心得體會 13致謝 14

3、附錄A: 15參考文獻 16正負兩路輸出的直流穩(wěn)壓電源設(shè)計摘要：隨著社會的進步，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)電機外多采用直流穩(wěn)壓電源，目前廣泛采用各種半導(dǎo)體直流電源。由于集成穩(wěn)壓器體積小，外接線路簡單、使用方便、工作可靠和通用性等優(yōu) 點，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)計的是正負兩路輸出的直流穩(wěn)壓 電源設(shè)計，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1章直流穩(wěn)壓電源的原

4、理1.1 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?電壓u2較小。2 .整流電路：將變壓器次級交流電壓 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)電壓和負載電流的變化時，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2章 直流

5、穩(wěn)壓電源的各部分功能分析及設(shè)計技術(shù)參數(shù)和設(shè)計要求：額定輸出功率：5W輸入：交流220V輸出電壓：+15V與-5V （共地）2.1 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，因而需要通過電源變壓器降壓后，再對電流電壓處理。 電源變壓器的作用是將來自電網(wǎng)的 220V交流電壓Ui變換為整流電路所需要的 交流電壓U2。2.2 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娦裕瑢⑺膫€二極管分為兩組， 根據(jù)變壓器次級電壓的極性分別導(dǎo)通，將變壓器次級電壓的正極性端與負載電阻 的上端相連，負極性端與負載電阻的下端相連，使負載上始終可以得到一個

6、單方 向的脈動電壓。單相橋式整流電路，具有輸出電壓高，變壓器利用率高、脈動系 數(shù)小等優(yōu)點。所以在電路中采用單相橋式整流電路。圖2橋式整流電路2.3 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。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。 器C已經(jīng)充電到交流電壓 匕的最大值(如波形圖所示)這里假設(shè)t<0時，電容 RC放電時間常數(shù)應(yīng)該滿足R8(35)T/2,式中R為整流

7、濾波電路的負載電阻,為電容提供放電回路,式中T=20ms2.4穩(wěn)壓電路LM7815 LM790匕端穩(wěn)壓芯片引腳圖LM7B15LM7905r UN 41J 電源輸入地產(chǎn)COIUMCQMM蹲ttIN里源朝人期圖3引腳圖表1 LM7815 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 出電流輸出電壓輸出電壓360mV360mV01258MA1. 2W1A0.692 0.748V14.415.6V(T(j)廠 25)表2 LM7905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 出電流輸出電壓輸出電壓360mV360mV01258MA1. 2W1

8、A0.692 0.748V-4.8-5.4V(T(j)廣西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。對穩(wěn)壓電源的性能，主要 有以下四個萬面的要求：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)變動時，輸出電壓Usc的變化應(yīng)該很小一般要求 Usc <1% oUsc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 Usc系數(shù)S來表示：$ =昔1，S的大小，反映一個穩(wěn)壓電源克服輸入電壓變

9、化的 UsrUsr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 .輸出電阻小負載變化時（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載電流變化量之比 Usc rn 二 Alfzrn反映負載變動時，輸出電壓維持恒定的能力， rn越小，則Ifz 變化 時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0.01 歐。3 .電壓溫度系數(shù)小當(dāng)環(huán)境溫度變化時，會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，

10、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來表示： Usc= _Usc usc=0, Alfz =0Kt at4 .輸出電壓紋波小所謂紋波電壓，是指輸出電壓中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 0串聯(lián)型穩(wěn)壓電路，用做一種簡單的穩(wěn)壓電源，可以滿足一般無線電愛好者的 需要。但是，這種電源還有許多“天生的”缺陷，要提高對性能的要求，就必須 再做一些改進。從以下四個右面對它的性能加以改善，便可做成一臺有實用價值 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

11、調(diào)；用復(fù)合 管做調(diào)整管，使輸出電流增大；增加保護電路，使電源工作安全可靠。5 .6設(shè)計步驟穩(wěn)壓電源有多種，經(jīng)過分析論證本設(shè)計采用固定式三端穩(wěn)壓器構(gòu)成。2.6.1電源變壓器：由LM7815 LM790剛性參數(shù)得：1.1.1 &U &30V,穩(wěn)壓器的壓差不宜過大，因此選擇U=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I i < 0.33A,則變壓器二次側(cè)的電流有效值I=0.33*1.1=36

12、7mA。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。1.1.2 整流電路中二極管的參數(shù)計算：變壓器二次側(cè)電壓有效值為 U=22Vf是UR把1.414*22 =31V。I d=| 0/2=184mA 查二極管分立元件參數(shù)表，查手冊選取1N4001,其Um>50v, I f =1A滿足要求。1.1.3 濾波電容參數(shù)計算U=22V,Iimax=367mA,可得 R-=22/1=61 Q又 RLO (35) T/2, T=0.02S;電容 C= (5叮)/ (2R) =819仙 F。應(yīng)去電容常 用值 C=1000n F。綜合考慮波電容可選擇C=1000E 50

13、V的電解電容。另外為了濾除高頻干擾 和改善電源的動態(tài)特性，一般在濾波電容兩端并聯(lián)一個 0.010.1南的高頻瓷片 電容。1.1.4 總體設(shè)計思路由于輸入電壓U1發(fā)生波動、負載和溫度發(fā)生變化時，濾波電路輸出的直流電 壓Ui會隨著變化。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、負載、環(huán)境溫度)發(fā)生變化時，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)計的穩(wěn)壓電源具有性能穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡單等 優(yōu)點。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

14、固定式和可調(diào)式，此外又可分為正電壓輸出或負電壓輸出兩種類型。本課程設(shè)計采用固定式輸出電壓的類型。An.-IS POWER 10 TO 1LM7815CTU1LM7905CT圖3電路總圖第三早Multisim 中的仿真3.1兩通道的電壓|>t|>|<3.2兩通道的電流TS POWER 10 TO 1電 萬用表-XMM2949 132 mA220 Vrms V1LM790&CT設(shè)計總結(jié)與心得體會課程設(shè)計，他把理論與實踐有效的結(jié)合起來，對學(xué)好這么課程意義重大。 經(jīng)過整整（時間）的畢業(yè)設(shè)計，我學(xué)到了很多，設(shè)計過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來了，所以

15、再次我非常感謝我的指導(dǎo)老師 （老師名稱）及幫助我的同學(xué)，正是他們的幫助我才能按時完成設(shè)計。在整個設(shè)計當(dāng)中，我基本上按照本次設(shè)計任務(wù)安排的時間嚴(yán)格執(zhí)行。在這 次課程設(shè)計中，收獲知識的同時，還收獲了閱歷，收獲了成熟，在此過程中，我 通過查找大量資料，請教老師，以及不懈的努力，不僅培養(yǎng)了獨立思考、設(shè)計的 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，我還學(xué)會了很多 學(xué)習(xí)的方法以及相關(guān)軟件的使用，如（Multisim）o而這是日后最實用的，真的是 受益匪淺。我將所學(xué)知識運用到設(shè)計中，按照設(shè)計要求設(shè)計電路的參數(shù)， 在按對 應(yīng)的參數(shù)選取元器件，通過查找資料了解元器件的主要特性與相關(guān)使用注意事 項。在電路設(shè)計中選取最優(yōu)元件來滿足設(shè)計的要求。要面對社會的挑戰(zhàn)，只有不 斷的學(xué)習(xí)、實踐，冉學(xué)習(xí)、冉實踐。致謝通過這次極具意義的課程設(shè)計，讓我更深入的了解了穩(wěn)壓電源的一些基本知 識。在設(shè)計的過程中，我學(xué)會了許多新的知識，也初次嘗試到了課本知識應(yīng)用到 實際設(shè)計過程中的作用，雖然在設(shè)計初有許多知識還不是很了解， 但在指導(dǎo)老師 （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)知識的不 足之處，因此，會在以后的工作學(xué)習(xí)中更加努力的學(xué)習(xí)新知識，掌握新技能，以