正负两路输出的直流稳压电源设计

网络教育学院网络教育学院 电电 源源 技技 术术 课课 程程 设设 计计 题题 目 目 正负两路输出的直流稳压电源设计 学习中心 学习中心 层层 次 次 专专 业 业 年年 级 级 年 春 秋 季 学学 号 号 学学 生 生 辅导教师 辅导教师 完成日期 完成日期 年 月 日 本课程设计项目本课程设计项目 总总 则 则 使用三端集成稳压器设计一个 15V 与 5V 两路输出的直流稳压 电源 要求这两路输出共地 撰写要求撰写要求 1 画出所设计的直流稳压电源的系统框图 分析各组成部分 的功能 2 各个功能模块的设计 计算元件参数并给出参数选择的依 据 并按工程实际确定元件参数的标称值 具体参数要求 变压器的额定电压 额定电流 额定容量 电压比 整流器件型号 电阻的阻值和功率 电容的容值 和耐压以及类型 稳压 IC 型号等 3 技术参数和设计要求 额定输出功率 5W 输入 交流 220V 输出电压 15V 与 5V 共地 4 对所设计电源指标进行评价并做总结 需要说明的问题 5 正文字数 4000 字符左右 目录目录 摘要摘要 3 第第 1 1 章章 直流稳压电源的原理直流稳压电源的原理 5 1 1 直流稳压电源工作原理 5 第第 2 2 章章 直流稳压电源的各部分功能分析及设计直流稳压电源的各部分功能分析及设计 6 2 1 电源变压器 6 2 2 桥式整流电路 6 2 3 滤波电路 7 2 4 稳压电路 7 2 5 稳压电源性能指标 8 2 6 设计步骤 9 2 6 1 电源变压器 9 2 6 2 整流电路中二极管的参数计算 10 2 6 3 滤波电容参数计算 10 2 6 4 总体设计思路 10 设计总结与心得体会设计总结与心得体会 13 致谢致谢 14 附录附录 A A 15 参考文献参考文献 16 正负两路输出的直流稳压电源设计正负两路输出的直流稳压电源设计 摘要摘要 随着社会的进步 电源已成为生产 生活中不可或缺的组成部分 在工农业生产中主要采用交流电 而在电子线路和自动化控制中还需要稳定的 直流电 为了得到直流电除了直流发电机外多采用直流稳压电源 目前广泛采 用各种半导体直流电源 由于集成稳压器体积小 外接线路简单 使用方便 工作可靠和通用性等 优点 因此现在基本取代由分立元件构成的稳压电路 在各种电子设备中应用 十分普遍 又以三端式稳压器应用最为广泛 本文设计的是正负两路输出的直 流稳压电源设计 采用 LM7815 LM7905 集成器件 关键词 直流稳压电源 集成稳压器 第第 1 1 章章 直流稳压电源的原理直流稳压电源的原理 1 11 1 直流稳压电源工作原理直流稳压电源工作原理 直流稳压电源主要由四部分组成 电源变压器 整流电路 滤波电路和稳压电 路 如图 1 所示 1 电源变压器 将电网交流电压变为整流电路所需的交流电压 一般次级 电压 u2 较小 2 整流电路 将变压器次级交流电压 U2变成单向的直流电压 U3 它包含 直流成份和许多谐波分量 3 滤波电路 滤除脉动电压 U3中的谐波分量 输出比较平滑的直流电压 U4 该电压往往随电网电压和负载电流的变化而变化 4 稳压电路 它能在电网电压和负载电流的变化时 保持输出直流电压 U5的稳定 它是直流稳压电源的重要组成部分 决定着直流电源的重要性能指 标 图 1 直流稳压电源工作原理图 第第 2 2 章章 直流稳压电源的各部分功能分析及设计直流稳压电源的各部分功能分析及设计 技术参数和设计要求 技术参数和设计要求 额定输出功率 5W 输入 交流 220V 输出电压 15V 与 5V 共地 2 12 1 电源变压器电源变压器 直流电的输入为 220V 的电网电压 一般情况下 所需直流电压的数值和电 网电压的有效值相差较大 因而需要通过电源变压器降压后 再对电流电压处 理 电源变压器的作用是将来自电网的 220V 交流电压 U1变换为整流电路所需 要的交流电压 U2 2 22 2 桥式整流电路桥式整流电路 桥式整流电路巧妙地利用了二极管的单向导电性 将四个二极管分为两组 根据变压器次级电压的极性分别导通 将变压器次级电压的正极性端与负载电 阻的上端相连 负极性端与负载电阻的下端相连 使负载上始终可以得到一个 单方向的脉动电压 单相桥式整流电路 具有输出电压高 变压器利用率高 脉动系数小等优点 所以在电路中采用单相桥式整流电路 图 2 桥式整流电路 2 32 3 滤波电路滤波电路 整流电路输出波形中含有较多的纹波成分 与所要求的波形相去甚远 所 以通常在整流电路后接滤波电路以滤去整流输出电压的纹波 滤波电路常有电 容滤波 电感滤波和 RC 滤波等 本设计中采用电容滤波电路 为了获得更好的滤波效果 电容容量应选得 更大些 图 3 电容滤波电路 图 3 分别是桥式整流电容滤波电路和它的部分波形 这里假设 t 0 时 电 容器 C 已经充电到交流电压 V2的最大值 如波形图所示 RC 放电时间常数应该 满足 RC 式中 R 为整流滤波电路的负载电阻 为电容提供放电回 3 5 2T 路 式中 T 20ms 2 42 4 稳压电路稳压电路 LM7815 LM7905 三端稳压芯片引脚图 图 3 引脚图 表表 1 1 LM7815LM7815 的主要参数表的主要参数表 电压调 整率 电流调 整率 工作 温度 静态 电流 耗散功 率 最大输 出电流 输出电压 偏差 输出电压 360mV360mV0 1258MA1 2W1A0 692 0 748V 14 4 15 6V T j 25 表表 2 2 LM7905LM7905 的主要参数表的主要参数表 电压调 整率 电流调 整率 工作 温度 静态 电流 耗散功 率 最大输 出电流 输出电压 偏差 输出电压 360mV360mV0 1258MA1 2W1A0 692 0 748V 4 8 5 4V T j 25 2 5 稳压电源性能指标 稳压电源的技术指标可以分为两大类 一类是特性指标 如输出电压 输 出电滤及电压调节范围 另一类是质量指标 反映一个稳压电源的优劣 包括 稳定度 等效内阻 输出电阻 纹波电压及温度系数等 对稳压电源的性能 主要有以下四个万面的要求 1 稳定性好 当输入电压Usr 整流 滤波的输出电压 在规定范围内变动时 输出电 压Usc的变化应该很小一般要求 1 Usc Usc 由于输入电压变化而引起输出电压变化的程度 称为稳定度指标 常用稳 压系数S 来表示 S的大小 反映一个稳压电源克服输入电压变 Usr Usr Usc Usc S 化的能力 在同样的输入电压变化条件下 S越小 输出电压的变化越小 电 源的稳定度越高 通常S约为 10 2 10 4 2 输出电阻小 负载变化时 从空载到满载 输出电压Usc 应基本保持不变 稳压电源 这方面的性能可用输出电阻表征 输出电阻 又叫等效内阻 用rn 表示 它等于输出电压变化量和负载电 流变化量之比 Ifz Usc rn 反映负载变动时 输出电压维持恒定的能力 越小 则Ifz 变化 rnrn 时输出电压的变化也越小 性能优良的稳压电源 输出电阻可小到 1 欧 甚至 0 01 欧 3 电压温度系数小 当环境温度变化时 会引起输出电压的漂移 良好的稳压电源 应在环境 温度变化时 有效地抑制输出电压的漂移 保持输出电压稳定 输出电压的漂 移用温度系数 KT 来表示 0 T Usc KT Usc 0I fz 4 输出电压纹波小 所谓纹波电压 是指输出电压中 50 赫或 100 赫的交流分量 通常用有效值 或峰值表示 经过稳压作用 可以使整流滤波后的纹波电压大大降低 降低的 倍数反比于稳压系数S 串联型稳压电路 用做一种简单的稳压电源 可以满足一般无线电爱好者的 需要 但是 这种电源还有许多 天生的 缺陷 要提高对性能的要求 就必 须再做一些改进 从以下四个右面对它的性能加以改善 便可做成一台有实用 价值的稳压电源了 这就是 增加放大环节 提高稳定性 使输出电压可调 用复合管做调整管 使输出电流增大 增加保护电路 使电源工作安全可靠 2 62 6 设计步骤设计步骤 稳压电源有多种 经过分析论证本设计采用固定式三端稳压器构成 2 6 12 6 1 电源变压器电源变压器 由 LM7815 LM7905 特性参数得 17 5V Ui 30V 稳压器的压差不宜过大 因此选择 Ui 24V 则变压器二次侧 电压 U Ui 1 2 20V 考虑到变压器上的绕组即管子上的压降等因素 变压器二次侧电压大约要 高出 10 即 20 1 1 22 2V 取 22V 设计要求输出功率为 5W 则稳压器输入输出电流基本保持不变 Ii 0 33A 则 变压器二次侧的电流有效值 I 0 33 1 1 367mA 这样变压器的输出功率 P UI 22 0 367 8 2W 故选用 15W 的变压器 2 6 22 6 2 整流电路中二极管的参数计算整流电路中二极管的参数计算 变压器二次侧电压有效值为 U 22V 于是 URM 1 414 22 31V ID I0 2 184mA 查二极管分立元件参数表 查手册选取 1N4001 其 URM 50v IF 1A 满足要求 2 6 32 6 3 滤波电容参数计算滤波电容参数计算 Ui 22V Iimax 367mA 可得 RL 22 1 61 又 RLC 3 5 T 2 T 0 02S 电容 C 5 T 2R 819 F 应去电容 常用值 C 1000 F 综合考虑波电容可选择 C 1000 F 50V 的电解电容 另外为了滤除高频干 扰和改善电源的动态特性 一般在滤波电容两端并联一个 0 01 0 1 F 的高频 瓷片电容 2 6 42 6 4 总体设计思路总体设计思路 由于输入电压 u1发生波动 负载和温度发生变化时 滤波电路输出的直流 电压 UI会随着变化 因此 为了维持输出电压 UI稳定不变 还需加一级稳压 电路 稳压电路的作用是当外界因素 电网电压 负载 环境温度 发生变化 时 能使输出直流电压不受影响 而维持稳定的输出 稳压电路一般采用集成 稳压器和一些外围元件所组成 采用集成稳压器设计的稳压电源具有性能稳定 结构简单等优点 集成稳压器的类型很多 在小功率稳压电源中 普遍使用的是三端稳压器 按输出电压类型可分为固定式和可调式 此外又可分为正电压输出或负电压输 出两种类型 本课程设计采用固定式输出电压的类型 图 3 电路总图 第三章 Multisim 中的仿真 3 1 两通道的电压 3 2 两通道的电流 设计总结与心得体会设计总结与心得体会 课程设计 他把理论与实践有效的结合起来 对学好这么课程意义重大 经过整整 时间 时间 的毕业设计 我学到了很多 设计过程中我遇到了许多困难 但在老师的帮助下我都慢慢的克服过来了 所以再次我非常感谢我的指导老师 老师名称 老师名称 及帮助我的同学 正是他们的帮助我才能按时完成设计 在整个设计当中 我基本上按照本次设计任务安排的时间严格执行 在这 次课程设计中 收获知识的同时 还收获了阅历 收获了成熟 在此过程中 我通过查找大量资料 请教老师 以及不懈的努力 不仅培养了独立思考 设 计的能力 在各种其它能力上也都有了提高 更重要的是 在设计 我还学会 了很多学习的方法以及相关软件的使用 如 Multisim 而这是日后最实用的 真的是受益匪浅 我将所学知识运用到设计中 按照设计要求设计电路的参数 在按对应的参数选取元器件 通过查找资料了解元器件的主要特性与相关使用 注意事项 在电路设计中选取最优元件来满足设计的要求 要面对社会的挑战 只有不断的学习 实践 再学习 再实践 致谢致谢 通过这次极具意义的课程设计 让我更深入的了解了稳压电源的一些基本 知识 在设计的过程中 我学会了许多新的知识 也初次尝试到了课本知识应 用到实际设计过程中的作用 虽然在设计初有许多知识还不是很了解 但在指 导老师 名称名称 的帮助和指导下 也都得到了一一解决 我也知道了自己所学 知识的不足之处 因此 会在以后的工作学习中更加努力的学习新知识 掌握 新技能 以弥补自己的不足 最后再次感谢在设计中给我提供诸多宝贵建议的 老师以及帮助我的同学 附录