正負(fù)兩路輸出的直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)

1、網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院電源技術(shù)課 程 設(shè) 計(jì)題目：正負(fù)兩路輸出的直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)中心：層 次：專 業(yè)：年 級(jí)： 年 春/秋季 學(xué) 號(hào)：學(xué) 生：輔導(dǎo)教師：完成日期：年 月 日本課程設(shè)計(jì)項(xiàng)目總 則：使用三端集成穩(wěn)壓器設(shè)計(jì)一個(gè)+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(jì)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(gè)功能模塊的設(shè)計(jì)，計(jì)算元件參數(shù)并給出參數(shù)選擇的依據(jù)，并按工程實(shí)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(hào)；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(hào)等。（3）技術(shù)參數(shù)和設(shè)計(jì)要求

2、：額定輸出功率：5W 輸入：交流220V 輸出電壓：+15V與-5V（共地）（4）對(duì)所設(shè)計(jì)電源指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)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3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(jì)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(jì)步驟9電源變壓器：9整流電路中二極管的參數(shù)計(jì)算：10濾波電容參數(shù)計(jì)算10總體設(shè)計(jì)思路10設(shè)計(jì)總結(jié)與心得體會(huì)13致謝14附錄A：15參考文獻(xiàn)16正負(fù)兩路輸出的直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)摘要：隨著社會(huì)的進(jìn)步，電源已成為生產(chǎn)、生活中

3、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(dòng)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(jī)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(jiǎn)單、使用方便、工作可靠和通用性等優(yōu)點(diǎn)，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(jì)的是正負(fù)兩路輸出的直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)，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

4、：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?jí)電壓u2較小。2整流電路：將變壓器次級(jí)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(dòng)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(fù)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(fù)載電流的變化時(shí)，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 直流穩(wěn)壓電源的各部分功能分析及設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)和設(shè)計(jì)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

5、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(duì)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U1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?，將四個(gè)二極管分為兩組，根據(jù)變壓器次級(jí)電壓的極性分別導(dǎo)通，將變壓器次級(jí)電壓的正極性端與負(fù)載電阻的上端相連，負(fù)極性端與負(fù)載電阻的下端相連，使負(fù)載上始終可以得到一個(gè)單方向的脈動(dòng)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(dòng)系數(shù)小等優(yōu)點(diǎn)。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

6、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(yuǎn)。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(jì)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。這里假設(shè)t<0時(shí)，電容器C已經(jīng)充電到交流電壓V2的最大值（如波形圖所示）RC放電時(shí)間常數(shù)應(yīng)該滿足RC，式中R為整流濾波電路的負(fù)載電阻，為電容提供放電回路，式中T=20ms2.4穩(wěn)壓電路LM7815，LM7905三端穩(wěn)壓芯片引腳圖圖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

7、溫度靜態(tài)電流耗散功率最大輸出電流輸出電壓偏差輸出電壓360mV360mV01258MA12W1A0.6920.748V14.415.6V(T(j)=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偏差輸出電壓360mV360mV01258MA12W1A0.6920.748V-4.8-5.4V(T(j)=25)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(gè)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(duì)穩(wěn)壓電源的性能，主要有以下四個(gè)

8、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(dòng)時(shí)，輸出電壓Usc的變化應(yīng)該很小一般要求 。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)壓系數(shù)S 來表示：，S的大小，反映一個(gè)穩(wěn)壓電源克服輸入電壓變化的能力。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(fù)載變化時(shí)（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(fù)載電流變化量之比。反映負(fù)載變動(dòng)時(shí)，輸出電壓維持恒定的能力， 越小，則I

9、fz  變化時(shí)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001歐。3.電壓溫度系數(shù)小當(dāng)環(huán)境溫度變化時(shí)，會(huì)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(shí)，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： =0,4.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 。串聯(lián)型穩(wěn)壓電路，用做一種簡(jiǎn)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(duì)性能的要求，就必須再做

10、一些改進(jìn)。從以下四個(gè)右面對(duì)它的性能加以改善，便可做成一臺(tái)有實(shí)用價(jià)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，使輸出電壓可調(diào)；用復(fù)合管做調(diào)整管，使輸出電流增大；增加保護(hù)電路，使電源工作安全可靠。2.6 設(shè)計(jì)步驟 穩(wěn)壓電源有多種，經(jīng)過分析論證本設(shè)計(jì)采用固定式三端穩(wěn)壓器構(gòu)成。電源變壓器：由LM7815、LM7905特性參數(shù)得：17.5VUi30V，穩(wěn)壓器的壓差不宜過大，因此選擇Ui=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(jì)要求輸出功率為5W則穩(wěn)壓器輸入輸出電流基本保持不

11、變Ii0.33A,則變壓器二次側(cè)的電流有效值I=0.33*1.1=367mA。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。整流電路中二極管的參數(shù)計(jì)算：變壓器二次側(cè)電壓有效值為U=22V于是URM=1.414*2231V。ID=I0/2=184mA。查二極管分立元件參數(shù)表，查手冊(cè)選取1N4001，其URM50v, IF =1A 滿足要求。濾波電容參數(shù)計(jì)算Ui=22V,Iimax=367mA,可得RL=22/1=61又RLC（35）T/2，T=0.02S；電容C=（5*T）/（2R）=819F。應(yīng)去電容常用值C=1000F。綜合考慮波電容可選擇C=1000

12、81;F，50V的電解電容。另外為了濾除高頻干擾和改善電源的動(dòng)態(tài)特性，一般在濾波電容兩端并聯(lián)一個(gè)0.010.1µF的高頻瓷片電容。2.6.4總體設(shè)計(jì)思路由于輸入電壓u1發(fā)生波動(dòng)、負(fù)載和溫度發(fā)生變化時(shí)，濾波電路輸出的直流電壓UI會(huì)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(jí)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(fù)載、環(huán)境溫度）發(fā)生變化時(shí)，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(jì)的穩(wěn)壓電源具有性能穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。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

13、可分為固定式和可調(diào)式，此外又可分為正電壓輸出或負(fù)電壓輸出兩種類型。本課程設(shè)計(jì)采用固定式輸出電壓的類型。圖3 電路總圖第三章 Multisim中的仿真3.1兩通道的電壓3.2兩通道的電流設(shè)計(jì)總結(jié)與心得體會(huì)課程設(shè)計(jì)，他把理論與實(shí)踐有效的結(jié)合起來，對(duì)學(xué)好這么課程意義重大。經(jīng)過整整（時(shí)間）的畢業(yè)設(shè)計(jì)，我學(xué)到了很多，設(shè)計(jì)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(shí)完成設(shè)計(jì)。在整個(gè)設(shè)計(jì)當(dāng)中，我基本上按照本次設(shè)計(jì)任務(wù)安排的時(shí)間嚴(yán)格執(zhí)行。在這次課程設(shè)計(jì)中，收獲知識(shí)的同時(shí)，還收獲了閱歷，收獲了成熟，在此過程中，我

14、通過查找大量資料，請(qǐng)教老師，以及不懈的努力，不僅培養(yǎng)了獨(dú)立思考、設(shè)計(jì)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(jì)，我還學(xué)會(huì)了很多學(xué)習(xí)的方法以及相關(guān)軟件的使用,如（Multisim）。而這是日后最實(shí)用的，真的是受益匪淺。我將所學(xué)知識(shí)運(yùn)用到設(shè)計(jì)中，按照設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)電路的參數(shù)，在按對(duì)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(xiàng)。在電路設(shè)計(jì)中選取最優(yōu)元件來滿足設(shè)計(jì)的要求。要面對(duì)社會(huì)的挑戰(zhàn)，只有不斷的學(xué)習(xí)、實(shí)踐，再學(xué)習(xí)、再實(shí)踐。致謝通過這次極具意義的課程設(shè)計(jì)，讓我更深入的了解了穩(wěn)壓電源的一些基本知識(shí)。在設(shè)計(jì)的過程中，我學(xué)會(huì)了許多新的知識(shí)，也初次嘗試到了課本知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際設(shè)計(jì)過程中的作用，雖然在設(shè)計(jì)初有許多知識(shí)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(shí)的不足之處，因此，會(huì)在以后的工作學(xué)習(xí)中更加努力的學(xué)習(xí)新知識(shí)，掌握新技能，以彌補(bǔ)自己的不足。最后再次感謝在設(shè)計(jì)中給我提供諸多寶