±5V简易直流稳压电源的设计要点

大连理2大堂网络高等教育专科生毕业大作业题 目：± 5V简易直流稳压电源的设计学习中心：层次： 高中起点专科专业：电气工程及其自动化年 级：学 号：学 生：辅导教师：完成日期：2012年2月i+ 5V简易直流稳压电源的设计内容摘要本文主要论述了直流稳压电源的设计原理和实现方法。直流稳压电源由变压 器、整流电路、滤波电路和稳压电路四部分构成。本次设计选用了串联稳压电源。 稳压电路部分采用了继承三段稳压芯片LM317Mz及W7912通过接滑动变阻器从而实现了电压的可调。我们又采用 7805、7905输出正负5V的电源作为数字电压 表的工作原理。数字电压表部分采用常见的数字集成电路ICL7107,它不仅结构简单，而且测量精度高，能够满足设计要求。关键词： 直流稳压电源LM317M 7805、7905 ICL7107#目录内容摘要I.引言11基本电路原理分析21.1 整体电路框图21.2 电路原理分析22实验电路与元件参数选择62.1 实验电路62.2 元件介绍62.3 原件参数计算与选择73 总结9参考文献10+ 5V简易直流稳压电源的设计引言由于不同的电子产品可能需要不同的电源， 设计可调电源就会使需要不同电 源的电子产品得到与之匹配的电源， 从而使其能正常工作，使它的工作效率达到 最高。电源的优劣将会决定电子产品的使用寿命，因此，我们需要的是高质量的 直流电源。交流电网220V的电压通过电源变压器将变为需要的电压值，然后通过整流 电路将交流电压变成脉动的直流电压。由于此脉动的直流电压还含有较大的纹 波，必须通过滤波电路加以滤波，从而得到平滑的直流电压。但这样的电压还是 会随电网电压波动、负载和温度等的变化而变化。因而在整流、滤波电路之后， 还须接稳压电路，保证输出的直流电压稳定。直流稳压电源又称直流稳压器。它的供电电压大都是交流电压，当交流供电 电压的电压或输出负载电阻变化时， 稳压器的直接输出电压都能保持稳定。 稳压 器的参数有电压稳定度、纹波系数和响应速度等。此次的课程设计，要求输出土 5V稳定电压。要能顺利完成这一设计，需要 不仅熟悉了解课本上的知识，还要学会将理论知识应用到实践中，利用书籍资料 来帮助自己。本文设计要求的技术参数和设计要求：容量：5W输入电压：交流220V输出电压：直流士 5V输出电流：1A#1基本电路原理分析1.1 整体电路框图图1-1直流稳压电源的原理框图和波形变换整体电路由以下四部分构成：电源变压器：将交流电网电压 U1变为合适的交流电压U2。整流电路：将交流电压 U2变为脉动的直流电压U3。滤波电路：将脉动直流电压 U3转变为平滑的直流电压 U4。稳压电路：当电网电压波动及负载变化时，保持输出电压Uo的稳定。1.2 电路原理分析本次设计首先采用变压器把 220V交流电变成所需要的电压。利用二极管的 单向导电性，可以设计出把交流电变成直流电的电路；再根据电容的滤波作用， 输出纹波较小的直流电，从而得到平滑的直流电压；最后通过稳压块的稳压作用， 就可以得到输出稳定的直流电。由输出电压U0、电流I0确定稳压电路形式。通过计算极限参数（电压、电流 和功率）选择器件有稳压电路所要求的直流电压 （Ui）、直流电流（Ii）输入确定整流 滤波电路形式，选择整流二极管及滤波电容并确定变压器的副边电压Ui的有效值、电流Ii（有效值）即变压器功率。由电路的最大功耗工作条件确定稳压器、扩 流功率管的散热措施。在电子电路中，通常需要电压稳定的直流电源供电， 小功 率稳压电源一般是由电源变压器、 整流、滤波和稳压四部分电路组成。下面分别 就稳压电源的四个组成部分分别分析其原理。（1）电源变压器电源变压器的作用是将电网 220V的交流电压变换成整流滤波电路所需的低 电压。根据设计要求，输出最大电源为+10V/1A,因此，输出的最大功率为10W。 另外，为了输出正、负电压，考虑到每个稳压集成块的压降为3V左右，所以可以选择220V/± 16V / 10W的变压器。（2）整流电路整流电路一般由单项导电性的二极管构成，经常采用单项半波、单项全波和 单向桥式整流电路。如图2-2所示的整流电路为应用广泛的桥式整流电路。电路 中采用了 4个二极管，组成三项桥式整流电路。整流过程中， 4个整流管轮流导 通，无论正半周还是负半周，流过负载的电流方向一致，形成全波整流，将变压 器处的交流电压变成了脉动直流电压。图1-2整流电路整流电路的参数如下：2 2输出电压平均值：Uo(av)=U2电0.9U2 0()兀输出电流平均值：Io(AV)="3定0.92 RlRl平均整流电流：I D(AV-0.45% ( )Rl最大反向电压：Urm = 2U21 1U c整流二极管的选择：IF >0.452, UR >1.1/2U2 Rl(3)滤波电路交流电经整流电路后可变为脉动直流电，但其中含有较大的交流分量，为使 设备上用纯净的交流电，还必须用滤波电路滤除脉动电压中的交流成分。 常见的 滤波电路有：电容滤波电路、电感滤波电路、电感电容滤波电路以及n型滤波电路。在此电路中，由于电容滤波电路电路较为简单、且能得到较好的效果，故 选用此电路。在加入电容滤波电路后，由于电容是储能元件，利用其充放电特性， 使输出波形平滑，减少脉动成分，以达到滤波的目的。为了使滤波效果更好，可 选用大容量的电容为滤波电容。因为电容放电的时间常数越大，放电过程越慢，脉动成分越少，同时使得电压更高。滤波电容一般选几十至几千微法的电解电容,一般选取RC =(3 5)T图1-3滤波电路(4)稳压电路经过整流和滤波后得直流电压，会由于电网电压的波动以及负载电阻的变动而发生变化。在绝大多数情况下，这种输出电压的变化波动显得太大， 仍需进一 步对其稳定，这就需要采用稳压电路。目前常用的稳压电路有并联式稳压电路、 串联稳压电路以及集成式稳压电路。由于集成式稳压芯片具有较完善的短路和限 流保护、过热保护和调整管安全工作区保护电路，因而工作是比较稳定的，电路图1-4输出正电压电路图1-5输出负电压电路也相对比较简单。为了使电路正常工作，要求输入电压应比输出电压至少高出2.5V3V。电路如图1-4、图1-5所示。电容C1可防止自击振荡，还可抑制电源 的高频脉冲干扰，一般取0.11uF。输出端电容C2可以改善负载的瞬态响应， 消除电路的高频噪声，同时也具有消除自击振荡的作用2实验电路与元件参数选择2.1 实验电路图2.1实验电路图78和79系列分别是正电压和负电压串联稳压集成电路，体积小、集成度高、线性调整率和负载调整率高，在线性电源时代占领了很大市场。 LM7805为固定 +5V输出稳压集成电路(采取特殊方法也可使输出高于5 V),最大输出电流为1A, 标准封装形式有TO-220、TO-263。78和79系列集成电路应用相对固定，电路形式简单，只是正负直流电压输 出时应注意变压器最小输出功率和最小输出电压，如图所示。78系列和79系列稳压前后直流电压差为 23V。由于为正负双电源输出， 稳压前后直流电压差应为56V2.2 元件介绍(1)三端集成稳压器集成稳压器具有输出电流大，输出电压高，体积小，可靠性高等优点，在电 子电路中应用广泛。集成稳压器的主要技术指标，包括额定输人电压、输出电压范围、输出电流 范围、稳压系数和温度系数等等。额定输人电压是指使直流稳压电源正常工作的输人直流电压的范围。输出电压范围是指直流稳压电源能够稳定输出的直流电压范围。如固定输出6V、9V、12V、15V等等。连续可调的直流电源可在一定电压范围内输出，如 集成稳压器CW138的输出电压可在一内连续可调。输出电流范围是指直流稳压电源在正常工作条件下所允许输出的电流范围。如由集成稳压器构成的直流稳压电源，最大输出电流为5A稳压系数是指当负载和环境温度不变时，输出电压的相对变化量。它是衡量直流稳压电源对电网电压即输人交流电压波动的适应能力，即稳压性能好坏的标志。一般情况，其数值越小表明输出电压越稳定。温度系数是指直流稳压电源的输入电压和负载均不变时，由于环境温度变化 引起的输出电压变化量与温度变化量之比。该系数越小，表明直流稳压电源受环 境温度的影响也越小，输出电压越稳稳压器L78、79系列集成稳压器是一种有广泛用途的三端集成稳压器。W78系列三端集成稳压电路具有固定输出正电压，L79系列三端集成稳压电路具有固 定输出负电压。这两个系列稳压器都具有较完善的短路和限流保护、过热保护和调整管安全工作区保护电路，因而他的工作是比较可靠的。字母后面的数字表示 输出电压，电压等级：5V、6V、8V、12V、15V、18V、24V 。如设计一个输出、 的线性直流稳压电源，选择 L7815、L7905。三端固定稳压器注意事项：1）防止输入输出接反，损坏器件；2）防止稳压器浮地故障；3）如果输出电压|V0|> 7V,应接保护二极管4）输入电压不能超过Vimax78 系歹U VImax=35V , 79 系歹U VImax=-35V5）输入电压必须大于VImin78 系列,VImin >7V, 79 系列,VImin &-7V6）输出电流不能超过最大值IOmax7）加散热片（2）整流桥整流桥的作用是将交流电转变为直流脉动电压。整流桥堆产品是由四只整流 硅芯片作桥式连接，外用绝缘朔料封装而成，大功率整流桥在绝缘层外添加锌金 属壳包封，增强散热。最大整流电流从 0.5A至U100A,最高反向峰值电压从50V 到1600V。一般整流桥命名中有3个数字，第一个数字代表额定电流；后两个数字 代表额电压。本实验用 RS307,即额定电流3A,额定电压1000V。2.3 原件参数计算与选择（1）稳压器要求输出+5V、-5V的直流电，选择选择 L7805、L7905。（2）变压器为了使电路正常工作，要求输入电压应比输出电压自少高出2.5V3V,且Uo(av)=2i2U2忠0.9U2。所以变压器的输出电压的平均值至少应为8V,因五此选择双8V/8W的变压器。(3)电容大小的选择对于滤波电容C来说RLC =(3 5)TL2即RlC = 0.03 0.05s滤波电容一般选几十至几千微法的电解电容。又因为输 出最大电流为1A,故可估算出RL范围，取RL为18G,求得C约为2200uF。 故电容 C选¥ 2200U/25V的电解电容。电容 C1 一般取 0.11uF,在此取 C1=0.33uF。电容 C2一般取 0.1uF, C0 应取 0.22nF。3总结交流电网220V的电压通过电源变压器将变为需要的电压值，然后通过整流 电路将交流电压变成脉动的直流电压。由于此脉动的直流电压还含有较大的纹 波，必须通过滤波电路加以滤波，从而得到平滑的直流电压。但这样的电压还是 会随电网电压波动、负载和温度等的变化而变化。因而在整流、滤波电路之后， 还须接稳压电路，保证输出的直流电压稳定。本设计的特点是由220V电压由变压器转变成有效值 5V的双通道输出电压， 将输出的2个支路的输入端均并联到整流部分，得到输出波纹较大的正负两直流 输出，由于电压波纹较大，要经过大电容的滤波，从而得到较稳定的直流输出， 但是所得的电压不是我们任务设计的要求， 所以还要经过稳压片稳压，才能得