多路输出直流稳压电源

1、辽辽 宁宁 工工 业业 大大 学学 模拟电子技术基础模拟电子技术基础课程设计（论文）课程设计（论文） 题目：题目：多路输出直流稳压电源多路输出直流稳压电源 院（系）：院（系）： 专业班级专业班级 学学 号：号： 4242 学生姓名：学生姓名： 指导教师：指导教师： （签字） 起止时间：起止时间： 2014.6.30-2014.7.112014.6.30-2014.7.11 课程设计（论文）任务及评语课程设计（论文）任务及评语 院（系）：电子与信息工程学院 教研室： 电子信息工 程 学 号42学生姓名专业班级 课程设计 （论文） 题目 多路输出直流稳压电源多路输出直流稳压电源 课程设计（论文）任

2、务 设计参数：设计参数： （1）设计并制作一台多路输出直流稳压电源。 （2）输出直流电压，。VVo5V12V15 （3）最大输出电流。mAILM500 （4）具有过流保护功能。 设计要求：设计要求： 1 .分析设计要求，明确性能指标。必须仔细分析课题要求、性能、指标及应用 环境等，广开思路，构思出各种总体方案，绘制结构框图。 2 .确定合理的总体方案。对各种方案进行比较，以电路的先进性、结构的繁简、 成本的高低及制作的难易等方面作综合比较，并考虑器件的来源，敲定可行方 案。 3 .设计各单元电路。总体方案化整为零，分解成若干子系统或单元电路，逐个 设计。 4 .组成系统。在一定幅面的图纸上合理

3、布局，通常是按信号的流向，采用左进 右出的规律摆放各电路，并标出必要的说明。 进度计划 第 1 天：集中学习；第 2 天：收集资料；第 3 天：方案论证；第 4 天：选择器 件进行单元电路设计；第 5 天：单元电路设计及仿真；第 6 天：整体电路设计 并仿真；第 7 天：电路焊接制板；第 8 天：焊接调试；第 9 天：完善设计；第 10 天：答辩。 指导教师评语及成绩 平时： 论文质量： 答辩： 总成绩： 指导教师签字： 年 月 日 注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算 摘 要 在当今社会，几乎所有的电子设备都需要有稳衡的电压供给，才能使其处于 良好的工作状态。家用电

4、器中的电视机、音响、电脑尤其是这样。电网电压时高 时低，电子设备本身耗供电造成不稳定因素。其中直流稳压电源有很多优异的特 性，直流稳压电源的供电电源大都是交流电源，当交流供电的电压或负载变化时， 稳压器的直流输出电压都会保持稳定。直流稳压电源随着电子设备向高精度、高 稳定性和高可靠性方向发展，对电子设备的供电电源提出了高的要求，为获得可 靠的直流稳压电源，一个经济可行的办法是把我国用的 220V 或 380V 的市电通过 一定办法转换为我们所需的直流电，所以直流稳压电源对于我们的模电课程学习 来说十分重要，一个稳定可靠的直流稳压电源是今后我们学习、设计其他电路的 保证。 直流稳压电源是由隔离变

5、压器、整流滤波电路、进口集成控制电路、功率管 或模块调整电路所组成，具有体积小，重量轻，性能稳定可等优点，电压从零起 连续可调，可串联或关联使用，直流输出纹波小，稳定度高，稳压稳流自动转换、 限流式过短路保护和自动恢复功能，是大专院校、工业企业、科研单位及电子维 修人员理想的直流稳压电源，因此制作出能稳定输出15V，12V、5V，电流 小于等于 500ma 的直流电源，意义非常重大。 本文介绍了一种采用集成稳压器制作多路输出直流稳压电源的方法，主要阐 述了如何运用集成稳压器，电源变压器，整流管与滤波电容完成规定任务的设计 方法，重点叙述了整体设计的工作原理，相关元件的选定思路，电路具体调试过

6、程，最后达到课程设计的具体要求。 关键词：变压；整流；滤波；集成稳压 目 录 第 1 章 绪论 .1 1.1 多路输出直流稳压电源概况 .1 1.2 本文研究内容 .1 第 2 章 多路输出直流稳压电源各部分电路设计 .3 2.1 多路输出直流稳压电源总体设计方案 .3 2.2 具体电路设计 .4 2.2.1 电源变压整流电路设计 .4 2.2.2 过流保护电路设计 .5 2.2.3 滤波电路设计 .6 2.2.4 稳压电路设计 .6 2.3 元器件型号选择 .8 2.4 MULTISIM仿真、数据分析.9 第 3 章 课程设计总结 .12 参考文献 .13 元器件清单 .14 第 1 章 绪

7、论 1.1 多路输出直流稳压电源概况 很多电子设备，家用电器都需要直流电源供电，其中除了少量的低功耗、便 携式的一起设备选用干电池供电外，绝大多数电子设备正常工作需要直流供电， 而常用的电源市电是 220V 或 380V 的交流电，因此需要把交流电变换成直流 电。例如在我们学习的大多数集成运算放大器都需要加规定的直流偏置才能正常 工作。所以直流稳压电源对于我们的模电课程学习来说十分重要，一个稳定可靠 的直流稳压电源是今后我们学习、设计其他电路的保证。 但是不同的电路对于直流电压值有着不同的需求，常见的有 15V，12V、5V 等等不同的需求。为了达到巩固课程知识目的的同时，能够 做到学以致用，

8、制作一些对于今后有实际意义的电路，我们选择 15V，12V、5V 六组参数作为设计的电压输出参数值。此次所要设计的电源 要求的输出功率较小，为了简化电路并提高电路的稳定性，因此选择集成稳压器 的设计思路。 三端固定输出集成稳压器是一种串联调整式稳压器。它将全部电路集成在单 块硅片上，整个集成稳压电路只有输入、输出和公共 3 个引出端，使用非常方便。 因其内部有过热、过流保护电路，因此它的性能优良，可靠性高。又因这种稳压 器 具有体积小、使用方便、价格低廉等优点，所以得到广泛应用。其代表产品 有 78xx 正电压输出系列、79xx 负电压输出系列。1 可调输出的集成稳压器是在固定输出集成稳压器的

9、基础上发展起来的，这种 集成稳压器，在集成芯片的内部，输入电流几乎全部流到输出端，流到公共端的 电流非常小，因此可以用少量的外部元件方便的组成精密可调的稳压电路，应用 更为灵活。 1.2 本文研究内容 1.设计并制作一台多路输出直流稳压电源。 2.输出直流电压，。 VVo5 V12V15 3.最大输出电流。 mAILM500 4.具有过流保护功能。 设计要求： 1 .分析设计要求，明确性能指标。必须仔细分析课题要求、性能、指标及 应用环境等，广开思路，构思出各种总体方案，绘制结构框图。 2 .确定合理的总体方案。对各种方案进行比较，以电路的先进性、结构的 繁简、成本的高低及制作的难易等方面作综

10、合比较，并考虑器件的来源，敲定可 行方案。 3 .设计各单元电路。总体方案化整为零，分解成若干子系统或单元电路， 逐个设计。 4.组成系统。在一定幅面的图纸上合理布局，通常是按信号的流向，采用左 进右出的规律摆放各电路，并标出必要的说明。 第 2 章 多路输出直流稳压电源各部分电路设计 2.1 多路输出直流稳压电源总体设计方案 方案 1：可以运用运放电路，只要有一个直流电压，不论大小，均可以运用 同相放大电路，反相放大电路，加法电路，减法电路等将其变为我们想要的任意 电压值。 方案 2：运用康华光版电子技术基础 （模拟部分） ，第十章中所讲的直流 稳压电源章节知识，运用电源变压器、整流电路，滤

11、波电路、稳压电路以及过流 保护电路，即可输出我们想要的任意大小的直流稳压电压。 方案论证:方案一所限制范围过于局限，只能对所给的直流电源进行变换， 另外，运放电路需要运用到大量的电阻，电阻在工作时间过长的时候，会发热， 阻值会发生相应的变化，导致输出电压有较大的波动，所以误差会较大；但方案 2 运用的是 220V 的交流市电，首先可用性强，另外，其中还运用到了 78，及 79 系列的芯片，不仅经济，而且还能得到比较稳定的直流稳压电源。而后面所加的 电流保护电路，也能有效的控制电路工作的正常的范围内。 综上所述，方案 2 为最佳方案。 本设计主要分为变压整流电路，滤波电路，稳压输出电路以及过流保

12、护电路四部 分。总体框图如下所示： 图 2.1 总体电路设计 过流保护电 路 变压整流电 路 稳压输出电 路 滤波电路 2.2 具体电路设计 2.2.1 电源变压整流电路设计 电源变压器是将 220V 的交流输入电压变成整流电路所需电压，因为本实验 最终通过所选芯片 78MXX 和 79MXX 的输入最大与最小电压的范围为（8-40） V，所以我们可以选择带有中间抽头的 T1 变压器，这样两端输出电压可以分别给 78 系列与 79 系列使用，中间抽头作为作为固定输出电压部分的地线，两端的电 压加给 LM317。与此同时变压器与四肢整流二极管 D1-D4 形成变压整流电路。利 用二极管的单向导电

13、性，将大小和时间都随工频交流电变换成单方向的脉动直流 电的过程成为整流。利用二极管的单向导电性，只有半个周期内有电流流过负载。 在 V2 正半周。电流从变压器副边线圈上端流出，只经过 D1 流向 D2,由 D3 流 回 D4，所以 D1、D2 正向导通，D3、D4 反偏截止。在负载上产生一个极性为上正 下负的输出电压。电流通路用实线箭头表示。 同理在 V2 负半周时，D3、D4 正向导通，D1、D2 反偏截止。在负载上产生上 正下负的输出电压。综上可知输入端经变压器后在副边得到了一个单向的脉动电 压。其中整流电路的选择很重要，当负载需要几十瓦或几百瓦的功率时，常常采 用单向整流电路，当负载需要

14、几千瓦以上的功率时，则需采用三相整流电路，因 此，本次课程设计，采用单向整流电路，所以电源变压器与二极管构成的电源变 压整流电路如图所示： 图 2.2 电源变压整流电路 2.2.2 过流保护电路设计 过流保护器件用于保护后续器件免受甩负载或瞬间电压高压的破坏，在某些 特定的应用中，基本的过压保护电路不足以胜任器件的过流保护作用，稳压电路 使用中常常发生负荷超载和输出短路的情况，这时输出电流超出额定值，输出电 压可降至零。由于调整管的电流过大，使管子发热而损坏。因此，实用的串联稳 压电源都必须加有保护电路，保护电路有很多，我们使用的是这种电路，如图： 三极管 Q1 使调整管，电阻 R4 为电流采

15、样电阻，流经 Q1 发射极电流为输出电流 IL。因此，电阻电压大小表明了 IL 的大小，UR4=ILR4。三极管 Q2 和 R4 构成了 限流保护电路。 工作原理为：正常情况下，调整管输出电流在额定值范围内，电阻 R4 上压 降不足以使三极管 Q2 发射结导通，Q2 处于截止状态。当输出电流超过额定值时， UR4=ILR4 使 Q2 导通，Q2 集电极电流 IC2 对 Q1 基极电流 IB1 分流，使 Q1 基极电 流 IB1 减小，Q1 集电极电流 IC1 减小。 理想计算：Q1 集电极电流 IC1 最大值为 ILM=500mA,稳压电路总图中与该电 路并联的是取样电路，由于取样电路电流很小

16、，所以忽略，即 IC1ILM（ILM 是 输出最大电流，由任务书 ILM=500mA） 。 所以，R4=VBE2/ILM=0.7/0.5=1.4。三极管型号与 Q1 管相当标准。电路如 图所示： 图 2.3 过流保护电路 2.2.3 滤波电路设计 利用储能元件-电容 C 两端的电压不能突变的性质，采用电容输入式滤波电 路将整流电路输出的脉动成分大部分滤除，得到比较平滑的直流电。所以经过整 流的脉冲电压纹波很大要经过滤波电路的滤波作用，一般有电抗元件组成，如在 电路两端并联电容器 C，或在整流电路输入端与负载间串联电感器 L，以及有电 容、电感组合而成的各种复式滤波电路。在这里选择用电容滤波，适

17、合小电流负 载。 图 2.4 滤波电路设计 2.2.4 稳压电路设计 由于输出地直流电压会随着稳压电路的波动、负载和温度发生变化而变化， 所以，为了维持输出直流电压稳定不变，还要加上稳压电路。由于电源要求的输 出功率较小，为了简化电路并提高电路的稳定性，因此选择集成稳压器。集成稳 压器在使用中普遍使用的是三端稳压器。可以分为固定式和可调式，按正负的输 出电压还可分为 CW317、CW337、LM317、LM337。其中 317 系列稳压器可以连续输 出可调正电压，337 系列则是可调负电压。它们的可调范围为 1.2-37V，最大输 出电流为 1.5A。 三端集成稳压电路也成稳压管，它的样子就像

18、三极管，电子产品中常见到的 三端集成稳压器还有 78、79 系列分别对应正电压输出和负电压输出.79 系列和 78 系列的外形相似但是连接不同，顾名思义，三端 IC 是指这种稳压用的集成电 路，只有三条引脚输出，分别是输入端，输出端和接地端。将元件有标识的一面 朝向自己，若是系列，三条引脚分别是输入端，接地端和输出端；若是 79 系列， 则三条引脚分别是接地端，输入端和输出端。 在实际应用中，应在三端集成稳压电路上安装足够大的散热片，当稳压管功 率过高时，稳压性能将会变差甚至损坏，集成稳压具有体积小，重量轻，安装和 调试方便，可靠性和稳定性高的优点，因此在这次课程设计中选择 LM317 集成稳

19、 压器。 图 2.5 稳压电路设计 图 2.5 稳压电路设计 2.3 元器件型号选择 由图 2.3 可知：Q1 集电极电流 IC1 最大值为 ILM=500mA,稳压电路总图中与 该电路并联的是取样电路，由于取样电路电流很小，所以忽略，即 IC1ILM（ILM 是输出最大电流，由任务书 ILM=500mA） 。所以， R4=VBE2/ILM=0.7/0.5=1.4。三极管型号与 Q1 管相当标准。 由图 2.4 可知：由于电源要求的输出功率较小，为了简化电路并提高电路的 稳定性，因此选择集成稳压器。按正负的输出电压还可分为 CW317、CW337、LM317、LM337。其中 317 系列稳压

20、器可以连续输出可调正电 压，337 系列则是可调负电压。它们的可调范围为 1.2-37V，最大输出电流为 1.5A。在实际应用中，应在三端集成稳压电路上安装足够大的散热片，当稳压管 功率过高时，稳压性能将会变差甚至损坏，集成稳压具有体积小，重量轻，安装 和调试方便，可靠性和稳定性高的优点，因此在这次课程设计中选择 LM317 集 成稳压器。 2.4 Multisim 仿真、数据分析 图 2.6 多路输出直流稳压电源整体电路 图 2.7 仿真结果图 图 2.8 仿真结果图 图 2.9 仿真结果图 因 78 及 79 系列芯片的允许输入电压范围为 8-40V，我们选择 18V 电源即可。 I 不大

21、于 500ma，T=0.02s,电路中滤波电容承受的最高电压时 1.41418=25.452V 所以选择电容的耐压值应该大于 25V，所以在可调电压部分选择 100uF/25V 的电 容，固定电压部分选择 100nF/25V 电容。 因为大容量电容有一定的绕制电感分布，易引起自激振荡，形成高频干扰。所以 稳压器的输入端并入瓷质小容量电容来抵消电容的电感效应和线路的杂波，抑制 高频干扰。固在稳压芯片前并入 334 瓷质电容，在其后并入 104 瓷质电容。为了 更好的消除纹波，在输出端前再并入 100uF 和 100nF 电容，其中 12V 以及 15V 选 择的耐压值为 25V，5V 组选择耐压

22、值为 12V。 第 3 章 课程设计总结 本电路实现了利用集成稳压器，将市电转变为多路输出的支流稳压电源。主 要阐述了如何运用集成稳压器，过流保护电路，单向整流电路，滤波电路，完成 输出15V，12V、5V 直流稳压电的一种方法。变压器将市电变成所需电压， 然后单向整流电路输出直流电压，再经过滤波电路将其消除纹波，然后将直流电 输入所选择的芯片，最终输出实验要求的直流稳定电压。 同时也叙述了相关元件的工作原理，选定思路等等。同时配合电流保护电路， 将电路中电流限定在 0.5A 以下的范围内，可以有效地保护电路中的元件，使其 能够正常地工作，本电路有极大的实用价值，只要我们相应的更改芯片，其就能 有效地将市电转化为任意我们需要的直流稳压电源。 所学模拟电子技术和数字电子技术和单片机等基础课程的知识，我们成功的 在电子制作中得到了验证。深刻的体会到理论联