多路输出直流稳压电源设计.docx
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多路输出直流稳压电源设计
多路输出直流稳压电源设计
摘要
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，主要阐述如何运用集成稳压器，配合变压器、单向整流桥、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、电路具体调试过程三个部分。
本次课程设计的目的培养学生正确的设计思想，理论联系实际的工作作风，严肃认真、实事求是的科学态度和勇于探索的创新精神。
培养学生综合运用所学知识分析和解决工程实际问题的能力通过课程设计，使学生在理论计算、结构设计、工程绘图、查阅设计资料、标准与规范的运用和计算机应用方面的能力得到训练和提高。
巩固、深化和扩展学生的理论知识与初步的专业技能。
关键词：
直流滤波集成稳压器
1.绪论
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。
1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±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，制作一些对于今后有实际意义的电路，我们选择±12V、±5V以及3—18V五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。
典型可调输出集成稳压器芯片,正电源系列有LM117/217/317，负电源系列有LM137/237/337。
本设计中根据任务需要选择五种集成稳压器芯片：
LM7812、LM7805、LM7912、LM7905、LM317。
2
2设计内容及要求
2.1设计的初始条件及主要任务
2.1.1设计的初始条件
可选元件：
变压器/15W/±12V；整流二极管或整流桥若干，电容、电阻、电位器若干；根据需要选择若干三端集成稳压器；交流电源220V，或自备元器件。
可用仪器：
示波器，万用表，毫伏表
2.1.2设计任务要求
要求设计制作一个多路输出直流稳压电源，可将220V/50Hz交流电转换为多路直流稳压电源
输出：
±12V/1A，±5V/1A，一组可调正电压+3~+18V/1A。
2.2设计思路
本设计主要分为变压电路、整流电路、滤波电路、稳压电路、电源指示五个部分。
变压电路：
将交流电网220V的电压变味所需要的电压值。
整流电路：
将交流电压变成脉动的直流电压。
滤波电路：
由于经过整流的脉动直流电压还含有较大的纹波，因此需要设计滤波电路加以滤除。
稳压电路：
在电网电压波动、负载和温度变化时，依然维持输出直流电压稳定。
电源指示；显示当前的电路通断情况，方便了解电源当前的工作状况。
3单元模块设计原理
3.1电源变压器
电源变压器是将输入的220V交流电压U1转变为整流电路所需要的交流电压U2。
因为要最终通过78、79系列和LM317系列输出正向最大18V负向最大12V的电压，所以选择带有中间抽头的双12V变压器。
考虑到今后的功率需要，这次我选择了25W的变压器。
这样两个12V的输出分别给78、79系列使用，中间抽头作为固定电压输出部分的地线；而将两个12V的输出端加给LM317，即输出24V。
3.2整流电路
整流电路有半波整流电路与单相桥式整流电路。
图3-2-1半波整流电路输入输出波形对比
半波整流电路的特点是输出电压波形为输入正弦波电源波形的正半周期，所以输出电压脉动很大，直流分量较小，整流效率较低。
另一种是单向桥式全波整流电路。
如右图，四肢整流二极管D1~D4形成电桥。
图3-2-2单向桥式全波整流电路
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RL,在由D3流回变压器，所以D1、D3正向导通，D2、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，D2、D4正向导通，D1、D3反偏截止。
在负载上产生上正下负的输出电压。
电流通路如图的虚线箭头表示。
3
图3-2-3单向桥式全波整流电路
输入输出波形对比
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。
3.3滤波电路
图3-3-1几种不同的复式滤波电路
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，如在电阻两端并联电容器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。
4在这里选择用电容滤波，适合小电流负载。
3.4稳压电路
图3-4-1集成稳压器LM317
图3-4-2集成稳压器LM78xx
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。
图3-4-3集成稳压器LM79xx
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，79的1端接地，2端接负的输入。
3端接输出。
3.5电源指示
发光二极管具有工作电压很低；工作电流很小，可靠性高，寿命长。
由于有这些特点，发光二极管在一些光电控制设备中用作光源，在许多电子设备中用作信号显示器。
4因此，我们电源指示部分将使用发光二极管来实现。
通过给它串联不同的分压电阻并联在变压器输出端以及各路稳压电路的输出端以显示其工作状况。
4元件参数选择
4.1集成稳压器的选择：
4.1.1输出电压固定的集成稳压器的选择
输出电压固定的集成稳压器有正电源LM7800系列稳压器和负电源LM7900系列稳压器。
按LM7800系列输出电压可分为7805（+5V）、7806（+6V）、7809（+9V）、7812（+12V）、7815（+15V）、7818（+18V）、7824（+24V）。
按输出电流可分为78Lxx表示输出电流100mA、78Mxx表示输出电流500mA、78xx表示输出电流1.5A。
负向集成稳压器与正向类似。
5
由于此次要输出得电压为±12V、±5V，电流要求均为1A，固选择的芯片为LM7805、LM7812、LM7905、LM7912。
4.1.2输出电压可调的集成稳压器的选择
可调输出的集成稳压器是在固定输出集成稳压器的基础上发展起来的，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。
正电源系列的基准电压为1.25V，可在1.25V~37V之间连续可调。
其内部设有过流、过电压保护和调整管安全工作区保护电路，使用安全可靠，性能比LM7800系列性能更加，而且它的输出电压输出电流均符合要求，所以此次的可调集成稳压器选择LM317。
4.2电源变压器的选择
Uomax+（Ui-Uomin）≤Ui≤Uomin+（Ui-Uo）max
18V+3V≤Ui≤3V+40V
21V≤Ui≤43V
U2≥Uimin/1.1=21/1.1=19.09V
取U2=20则P=20W，所以选取24V/25W的变压器即可。
4.3集成整流桥及滤波电容的选择
由于Urm=1.414×24=33.936V，I=1A，额定工作电流ID=1A，所以集成整流桥芯片选择KBP307。
I=1A。
T=0.02s,电路中滤波电容承受的最高电压时1.414×24=33.936V所以选择电容的耐压值应该大于34V，所以在可调电压部分选择3300uF/50V的电解电容电容，固定电压部分选择3300uF/25V电解电容。
因为大容量电解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解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470uF电解电容，其中12V以及3~18V选择的耐压值为35V，5V组选择耐压值为16V。
4.4分压电阻的选择
4.4.1可调电压部分
设
解之得：
4.4.2发光二极管串联分压部分
由于发光二极管的正常工作电流为5mA至10mA，压降为1~2V；所以在可调电压组的发光二极管后串联2K电阻，12V以及变压器输出端串联1K（变压器输出端的发光二极管选择了工作电流较高的管），5V组串联0.5K电阻。
5硬件调试
相对来说，本次设计的电路并不是太复杂，但是有许多的线路走的比较接近。
这对于元件焊接技术就有一定的要求，稍有不慎就会造成相邻两根线短路而造成电路的焊接错误，严重的还会导致元器件的损坏。
还有一个需要注意的就是元件管脚的接入是否准确，例如发光二极管，在正向时，正极接输出端、负极接地；但是在负向时，正好相反。
电解电容的接法与之类似，而且电解电容一定要接入准确，如果方向错误，不仅将损坏器件，电容还可能飞起、爆裂，危害人身安全。
集成稳压器芯片的管脚还有整流桥的同样在焊接前要核对仔细，否则可能会损坏集成电路；而且它们的管脚相对较多，如果焊接错误，不易改正。
在这次的焊接中，与电工实习时最大的区别就是，这次不是在印刷板上焊接所有的元件布局、走线都有自己决定。
如果布局恰当，不仅美观大方，而且给焊接节省了许多不必要的麻烦；还有一个就是元件的引线粗细不再是恰好适合板上的留孔，对于像较大的二极管，还有散热器的安装，就需要自己将空钻开。
开始没有经验，钻的比较慢，而且效果不佳，再与同学一起多次尝试，找到了开孔的合适工具，大大提高了工作的效率。
电路测试相关参数一览表
工程
数值
变压器输出电压
23.2V
滤波后两端电压
22.9V
LM7812输出电压
+12V
LM7805输出电压
+5V
LM7912输出电压
-12V
LM7905输出电压
-5V
LM317输出电压
2.8V~21.1V（误差22%）
6整体电路图
7器件清单及仪器相关参数
名称
型号
数量
备注
变压器
双12V/25W
1
集成整流桥
KBP307
1
电解电容
3300uF/50V
1
3300uF/25V
4
470uF/35V
3
470Uf/16V
2
瓷片电容
334
5
104
5
电位器
5K
1
电阻
1K
9
360
2
100
1
LED
红色
4
绿色
2
二极管
1N5062
1
1N4007
1
开关
5
三端接线柱
1
排针
若干
导线
若干
万用表
1
电工工具
1套
8心得体会
此次课程设计至此已经接近尾声，一周的时间虽然很短暂，但在这一个星期的设计过程中收获颇丰。
首先，这是自己第一次自己设计一个小的实用电路，感受到了将所学知识转化为实物的喜悦。
更加激励了自己今后的专业学习。
其次，在焊接的过程中难免会有一些错误，通过仔细的寻找错误，让我更加深刻的了解了电路原理，积累了检查电路的经验，培养了自己钻研求实的耐心与精神。
在设计的过程中，我还与同学一起查阅资料，了解到许多课外的知识，也认识到了自己还有许许多多的不足，需要加紧努力，充实自己；在与同学合作的过程中，更加深了大家的了解，培养了团队合作的精神与经验。
感谢学校给我们这次机会，锻炼了我们的动手能力。
通过这次的课程设计，让我加深了对于所学模电知识的理解，真正做到了将理论与实际结合起来，切身体会到了理论与实际差别。
例如像对于可调电阻的计算，可以十分的精确，但是在选管时可能会有许多的麻烦，所以在允许范围内可以有一定的偏差，这对于实际的应用没有太大的影响，但是对于系统的设计制作会有十分大的便捷。
而且也让我很明确得意识到自己在模电上有很多的知识漏洞，以后应该多钻研一下。
同时也感谢指导老师在设计过程中的辅导以及同学的帮助。
参考文献
[1]中国IC网.
[2]吴友宇．模拟电子技术基础．北京：
清华大学出版社，2009.1．
[3]XX百科.
[4]康华光.电子技术基础模拟部分（第五版）.北京：
高等教育出版社，2006.1
[5]张建生.电源技术教程．北京：
电子工业出版社，2007.4．
附录
电子技术课程设计进度要求
序号
设计内容
所用时间
1
布置任务及调研
1天
2
方案确定
0.5天
3
制作与调试
1.5天
4
撰写设计报告书
1天
5
答辩
1天
合计
5天
电子技术课程设计说明书与图纸要求
课程设计说明书内容包括：
1．设计任务及主要技术指标和要求；
2．选定方案的论证及整体电路的工作原理；
3．单元电路的设计计算，元器件选择，电路图；
4．实际电路性能指标测试结果，并与理论指标进行对比分析；
5．按国家有关标准画出整体电路图，列出元件、器件明细表；
6．对设计成果作出评价，说明本设计特点和存在的问题，提出改进意见，
信息工程学院课程设计评分表
评定工程
评分成绩
1．选题合理、目的明确（10分）
2．设计方案正确，具有可行性、创新性（20分）
3．设计结果（例如：
硬件成果、软件程序）（20分）
4．态度认真、学习刻苦、遵守纪律（15分）
5．设计报告的规范化、参考文献充分（不少于5篇）（10分）
6．答辩（25分）
总分
备注：
成绩等级：
优（90分—100分）、良（80分—89分）、中（70分—79分）、及格（60分—69分）、60分以下为不及格。
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