1402赵崇直流稳压电源设计11课件.docx
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1402赵崇直流稳压电源设计11课件
模拟电子技术课程设计报告
设计题目：
直流稳压电源的设计
专业名称：
电气工程
班级：
1402
学号：
201402012032
姓名：
赵崇
指导教师：
赵继徳
设计时间：
2015-12-17
1.直流稳压电源设计
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
1、电路类型：
单路输出：
如5V、6V、12V、24V等；
双路输出：
如正、副5V、12V等；
扩流输出（如Io大于2A）;
输出电压可调电路。
2、主要技术指标：
输出电压UO、输出电流Io、稳压系数S、纹波电压等。
3、元件选择及参数计算。
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
项目
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
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．
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