多路输出直流稳压电源.docx
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多路输出直流稳压电源
模拟电子技术基础
课程设计（论文）
样张1
多路输出直流稳压电源
院（系）名称
电子与信息工程学院
专业班级
物联网141
学号
140408021
学生姓名
李孝明
指导教师
起止时间：
2016.7.4—2016.7.15
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
14040408021
学生姓名
李孝明
专业班级
物联网141
课程设计（论文）题目
多路输出直流稳压电源
课程设计（论文）任务
任务要求：
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。
主要由变压电路、整流电路、滤波电路、稳压电路等组成。
变压电路将电网电压转换成所需的电压；整流电路将交流电压变换成脉动的直流；滤波电路去掉脉动直流电中含有的较大的纹波成分；稳压电路用于保持输出电压稳定。
技术要求：
1、输出直流电压
，
，
。
2、最大输出电流
。
3、具有过流保护功能。
4、利用Multisim（或EWB）进行电路仿真与调试。
指导教师评语及成绩
平时成绩：
答辩成绩：
论文成绩：
作品成绩：
总成绩：
指导教师签字：
年月日
注：
平时成绩占20%，答辩成绩占20%，论文成绩占40%，作品成绩20%。
摘要
直流电源是各种电器中必不可少的一部分，在现代科技中扮演者越来越重要的角色，任何电子产品都少不了电源，而大多数所需求的都是直流稳压电源，因此直流电源研发异常重要。
本文介绍了一种采用集成器件制作多路输出稳压电源的方法，直流稳压电源一般是由电源变压器、整流、滤波及稳压电路所组成。
变压器把市电交流电压变为所需要的低压交流电。
整流电路把交流电变为直流电。
经滤波后，稳压器再把不稳定的直流电压变为稳定的直流电压输出。
本设计通过变压、整流、滤波、从而得到平滑的直流电压，但这样的电压随电网的波动，负载和温度的变化而变化。
因而在滤波之后还需接稳压电路保证输出稳定的直流电压，将220V交流电变为稳定的直流电，本次设计主要使用了7815、7915、7805、7905、7812和7912等三端集成稳压器件，实现输出±5V、±12V以及±15V直流电源。
关键词：
直流电源；整流；滤波；集成稳压器。
第1章绪论
1.1多路输出直流稳压电源的发展概况
随着电子技术的快速发展，电子产品的功能日益强大，与人们日常生活的联系日益紧密。
任何的电子系统中，直流稳压电源都是必不可少的一部分。
它的质量直接关系到仪器的质量，因此掌握稳压电源的设计与制作，对以后的实际工作是很有意义的。
目前,国外直流稳压电源已朝着多功能和数字化的方向发展.Matthew等人提出了采用多路输出电压,进行输出检测的微机数控电源.本文在文献〔2〕的基础上,以单片机为核心,构成可同时控制3路正负输出,具有定点显示和巡回显示等功能的数控直流稳压电源.它有效地克服了传统电源的不足,与国外同类电源相比,具有更高的性价比。
目前多种电子产品的发展都趋于向小型化，精密化的趋势快速发展，因此对于一个经济、耐用、小巧的直流电源的需求迫在眉睫。
1.2本文研究内容
本文研究内容为选择变压器、整流二极管（或整流桥）、滤波电容及集成稳压器等器件设计一款符合多路输出要求的直流稳压电源。
掌握单相整流电路组成及工作原理，掌握单相整流电路输出电压、输出电流的计算并能够选择整流元件，掌握集成稳压电源的主要性能参数及测试方法，熟悉从理论设计到制作成品的全过程。
技术要求：
1、输出直流电压
，
，
。
2、最大输出电流
。
3、具有过流保护功能。
4、利用Multisim（或EWB）进行电路仿真与调试。
第2章多路输出直流稳压电源设计方案
2.1稳压电源设计方案论证
由设计要求知，要输出±5V，±12V，+3~+18V。
方案一：
采用LM317及LM337分别组成独立的可调电压源。
LM317可调式三端稳压器电源能够连续输出可调的直流电压，不过它只能允许可调的正电压，稳压器内部含有过流，过热保护电路；由一个电阻（R）和一个可变电位器（Rw）组成电压输出调节电路，输出电压为：
24V。
LM337输出为负的可调电压，采用两个独立的变压器分别和LM317及LM337组装，操作比较简单。
方案二：
采用LM78XX、79XX系列稳压电源。
同方案一中，可以输出±15V的正相电压且稳压器内部含有过流，过热保护电路，而LM7805和LM7905可以分别输出稳定的+5V和-5V、LM7812和LM7912可以分别输出+12和-12V，LM7815和LM7915可分别输出+15V和-15V相较方案一而言，此电路在制作上难度有所下降而且原理结构简单，此电源就选用了LM78XX、79XX系列稳压电源。
2.2总体设计方案框图及分析
如图2.1所示,电源变压器是将交流电网220V变为所需要的电压值，然后通过整流电路将交流电压变成脉动的直流电压。
由于此直流电压还含有较大的纹波必须通过滤波加以滤除，从而得到平滑的直流电压。
但这样的电压还随着电网波动、负载温度的变化而变化。
因而在整流滤波之后还需要接稳压电路，稳压电路的作用是当电网电压波动、负载和温度变化时，维持输出直流电压的稳定
图2.1总体设计方案
第3章多路输出直流电源电路设计
3.1直流电源具体电路设计
3.1.1直流稳压电源变压器电路设计
电网供电电压交流220V（有效值）50Hz，要获得低压直流输出，首先必须采用电源变压器将电网电压降低获得所需要交流电压。
降压后的交流电压，通过整流电路变成单向直流电，但其幅度变化大（即脉动大）。
但是变压器有一定的功耗所以它的输出功率要小于输入功率即：
=P2/P1。
P2是变压器的副边的功率，P1是变压器原边的功率。
因为至此时输出多端所以选择中间抽头的多路输出变压器。
输出12V、和24V对应于78、79系列和LM317系列。
如图3.1所示，为电源变压器他的作用是将交流电网220V电压转换为要求的交流电压
（V），输出电压波形如图3.2所示。
图3.1变压器图3.2电源输入波形
3.1.2整流电路设计
整流二极管具有单向导电作用，只有当它处于正向偏置，即阳极电位高于阴极电位时二极管D才能到导通。
图3.3是一个简单的滤波电路。
在
期间，即电压
的正半轴，变压器次级电压的极性为上正下负，二极管因承受正向电压而导通，若忽略二极管的正向导通压降，这时负载电阻
上没有电压。
选择整流二极管主要是根据流过二极管的电流
和截止时最高所能承受的反向电压
显然在单相半波整流电路中，二极管截止时所承受的最高反向电压就是整流变压器副边交流电压
的幅值，即
根据二极管的最高反向电压
和平均电流
可以选择合适的整流二极管。
图3.4所示为整流二极管输出波形。
单相整流电路结构简单，但是只有电源的半波被整流出，存在输出电压低、脉动程度大、变压器利用率低的缺点，一般只适用于负载电流小的场合。
图3.3整流电路图3.4整流波形
3.1.3滤波电路设计
整流电路输出的电压是方向不变、大小变化的脉动电压、其中含有直流分量和交流分量。
对于许多要求脉动电压平滑度较高的电子仪器、自动控制装置等，则不能满足要求。
为此在整流电路之后需要加接滤波电路。
在小功率电子线路中应用最广泛的是电容滤波。
利用电容器两端电压不能突变的特点，将电容器与负载并联，可达到平滑输出电压的目的。
设变压器副边电压为
接入电容C后，电容的初始端电压为零，在
为
期间，副边电压
由0开始上升，二极管D1、D3导通电源经D1、D3向负载
供电，同时对电容C充电，如果忽略变压器副边绕组和二极管的正向电压降，考虑到充放电回路时间常数
，电压
与电压器副边电压
一致。
图3.5滤波电路图3.6滤波波形
3.1.4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。
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。
三端集成稳压器还有78、79系列分别对应正电压输出和负电压输出.LM79系列和LM78系列的外形相似但是连接不同，LM79的1端接地，2端接负的输入，3端接输出。
图3.7三端集成稳压器图3.8稳压器接法
下图是三端集成稳压器接入电路连接图主要由78系列（输出正电压）和79系列（输出负电压）两位数字通常表示电压大小，根据设计要求选择：
7805，7905，7812，7912，7815,7915六个稳压器，构成六个输出端；
图3.9稳压电路图
3.2元器件型号选择及参数计算
3.2.1集成稳压器的选择
交流电路经过变压、整流、滤波后，负载上得到比较平滑的直流电源，脉动的交流成分大大减小，但是输出电压是不稳定的。
电网电压发生变化时，会引起变压器副边电压
的波动；在负载电压不变的条件下，若负载
变化引起电流变化时，由于整流滤波电路存在一定的内阻，内阻压降的变化会使输出电压发生相应的变化。
在要求直流稳定电压的场合，必须采用稳压措施。
选择稳压器型号为LM7805、LM7812、LM7905、LM7912、LM7915和LM7815。
78系列分别输出正5V、12V和15V，79系列分别输出负5V、12V和15V。
最大输出电流为1.5A在直流稳压，
3.2.2电源变压器的选择
一般国家给的市电为U=220V，
=50HZ。
此电源不符合模拟电路电子设计，所以需要引入一个变压器装置来使之改变为我们所需要的交流电，对于稳定输出的电压变压后的输入电压为稳定输出电压的2-3倍。
Uomax+（Ui-Uomin）≤Ui≤Uomin+（Ui-Uo）max
18.3V+3V≤Ui≤2V+40V
21.3V≤Ui≤42V
U2≥Uimin/1.1=21.3/1.1=19.363V
取U2=20则P=20W，所以选取24V/20W的变压器即可。
3.2.3整流二极管及滤波电容的选择
由于Urm=1.414×24=33.936V，I=1A，IN4007的反向击穿电压Urm≥100V，额定工作电流
=1A，所以整流二极管选择IN4007。
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，对于双输出的电源制作时电容承受最高电压为1.414×12=16.968V，所以选择电容的耐压值应该大于17V所以选择1000uF/25V的电容；对于单输出时，选用的电容耐压值为50V即可。
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电容，其电容值为100uF，在其后并入电容。
为了更好的消除纹波，在输出端前再并入电解电容。
、3.3总体电路设计
图3.10总电路图
此图设计的多路输出直流稳压电源的原理就是在电路正常工作的时候同时输出三个不同的直流电，因此有三个输出口，三个输出口的电压各不相同，在220V交流电源通过变压器变压后输出20V左右的交流电，然后通过整流桥，整流桥的作用就是将正弦波整流成单向的半波，本实验中波形全是在正半轴，然后通过大电容的滤波电路，滤波电路的作用就是将半波拟合成一条直线，即目标是输出一条直线，但是由于电网电压有10%的波动，所以需要稳定电压输出，即后面的稳压电路就是起到这个目的。
稳压电路主要由六个三端集成稳压器构成，有78系列和79系列，分别输出正的电压和负的电压，二极管在电路中起到指示灯的作用，用以观察电路的通路与否。
第4章仿真电路及仿真结果分析
4.1仿真电路图
图4.1
4.2仿真结果
仿真后，在输出端口1输出要求为结果为±12V的电压，结果如下图所示，由图可知输出结果基本符合。
图4.2端口1输出结果
仿真后，在输出端口2输出要求为结果为±12V的电压，结果如下图所示，由图可知输出结果基本符合。
图4.3端口2输出结果
仿真后，在输出端口3输出要求为结果为±12V的电压，结果如下图所示，由图可知输出结果基本符合。
图4.4端口3输出结果
4.3仿真结果误差分析
集成稳压器
测试结果
理论结果
相对误差
误差分析
LM7805
+5.003V
+5.0V
0.003V
误差允许范围
LM7905
-5.509V
-5.0V
0.509V
误差允许范围
LM7812
+11.961V
+12.0V
0.039V
误差允许范围
LM7912
-12.376V
-12.0V
0.376V
误差允许范围
LM7815
+14.522V
+15.0V
0.478V
误差允许范围
LM7915
-15.326V
-15.0V
0.326V
误差允许范围
由以上结果和表格分析可知，实际与测量数据相差正在允许误差范围内，说明实际电路与理论仿真电路相符合；LM7915输出电压与理论值有较大误差，可能由于电路未完全对称；导线连接问题，连接点的接触问题；元件自身误差，仪器万用表存在误差；几个输出端的输出电压多多少少存在一些误差，有的比仿真值略大，而有的比仿真值略小，不过本次仿真虽然说最终参数与理论值虽然存在一些误差，但还是可以理解，以上误差相对较小，在实际应用时影响较小，可忽略。
第5章多路输出直流稳压电源实物制作与测试
5.1多路输出直流稳压电源电路板焊接
图5.1焊接电路板
焊接过程中要注意各个连线不要接触，避免因接触而带来的短路现象，焊接电路板的时候要各个借口要固定死，不能使之接触不良，要严格按照电路图焊接，事先做好焊接范围，避免因焊接距离过大而造成电路板不够用的现象。
应合理布置各输出输入接口，焊接时还要尽量节省导线长度。
要考虑到各个导线的长度以及在测试时是否便利等情况。
在电路的测试中也要注意各种问题，由于220V电源多高且危险，实验室只提供14V交流电，所以在测试中要考虑电路的电阻阻值大小对输出电压的影响。
5.2多路直流电源实物作品
图5.2实物图
5.3电路板的测试
图5.3电路板测试
5.4多路输出直流稳压电路测试结果
图5.4实测结果
由图可知实际测量结果与理论值有一定的偏差，这主要是由在焊接中，焊锡的本身电阻影响，还有元器件并不一定精准，所以在以后的制作中要考虑多方面因素的影响，做到全面的考虑，试验中出现了各种问题，波形不符，电压不符，等各种问题，但是经过调解电路板的线路走向和找出焊接不通等问题后，成功的解决了大多数问题，试验中，还出现了5V电压测试不出来的问题，最后找出是由于电路电阻过大电压过小的原因，导致输出不明显，最后提高输入电压，成功解决了这个问题。
第6章总结
本次课程设计的题目是多路输出直流稳压电源。
在设计过程中，从任务要求的分析、系统框架的建立、分系统的设计到总体设计，从原理图设计到软件仿真、电路板布线焊接到实物测试，这其中遇到许多的问题，初始时，不知从何处下手，最后经过多处查找资料，上网等方式最终完成。
这次的设计对我来说还不是很容易，还有就是没有能找到合适的变阻器和电阻来搭配可调电压部分，结果是输出的可调电压在3~30V左右。
没有达到合适的3～18V。
但是总体来说达到了预定指标。
可将220V/50Hz交流电转换为多路直流稳压电源，输出±12V/1A，±5V/1A，开发设计的初级阶段，由于对Multisim电路仿真软件使用不够熟练，通过上网查阅相关教程和查阅相关书籍，我对Multisim电路仿真软件的使用有了进一步的认识。
随着设计的深入，逐步加深对该软件的认识和对修改元件库内元件参数的熟悉和理解。
通过这段时间里的学习，我学习到了很多新知识，也对电子设备开发的过程有了更深的了解，并且对电路设计的基本思路有了较深的认识。
本人签字：
参考文献
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[10]谢自美.《电子线路设计》（第三版）.武汉;华中科技出版社.2006
附录I
总体电路图
附录II
元器件清单
名称
型号
数值
数量/个
二极管
IN4007
4
LED
红黄绿各两个
6
电解电容
2200uF/25V
6
电解电容
68uF/25V
12
色环电阻
1KΩ
6
三端集成稳压器
7805CT
+05V
1
三端集成稳压器
7905CT
-05V
1
三端集成稳压器
7812CT
+12V
1
三端集成稳压器
7912CT
-12V
1
三端集成稳压器
7815CT
+15V
1
三端集成稳压器
7915CT
-15V
1
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