多路輸出直流穩(wěn)壓電源

1、遼 寧 工 業(yè) 大 學(xué) 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)（論文）題目：多路輸出直流穩(wěn)壓電源院（系）： 專業(yè)班級 學(xué) 號： 42 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： （簽字）起止時間：課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)及評語院（系）：電子與信息工程學(xué)院 教研室： 電子信息工程學(xué) 號42學(xué)生姓名專業(yè)班級課程設(shè)計(jì)（論文）題目多路輸出直流穩(wěn)壓電源課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)設(shè)計(jì)參數(shù)：（1）設(shè)計(jì)并制作一臺多路輸出直流穩(wěn)壓電源。（2）輸出直流電壓，。（3）最大輸出電流。（4）具有過流保護(hù)功能。設(shè)計(jì)要求：1 .分析設(shè)計(jì)要求，明確性能指標(biāo)。必須仔細(xì)分析課題要求、性能、指標(biāo)及應(yīng)用環(huán)境等，廣開思路，構(gòu)思出各種總體方案，繪制結(jié)構(gòu)框圖。2 .確定合理的總體方

2、案。對各種方案進(jìn)行比較，以電路的先進(jìn)性、結(jié)構(gòu)的繁簡、成本的高低及制作的難易等方面作綜合比較，并考慮器件的來源，敲定可行方案。3 .設(shè)計(jì)各單元電路?？傮w方案化整為零，分解成若干子系統(tǒng)或單元電路，逐個設(shè)計(jì)。4 .組成系統(tǒng)。在一定幅面的圖紙上合理布局，通常是按信號的流向，采用左進(jìn)右出的規(guī)律擺放各電路，并標(biāo)出必要的說明。進(jìn)度計(jì)劃第1天：集中學(xué)習(xí)；第2天：收集資料；第3天：方案論證；第4天：選擇器件進(jìn)行單元電路設(shè)計(jì)；第5天：單元電路設(shè)計(jì)及仿真；第6天：整體電路設(shè)計(jì)并仿真；第7天：電路焊接制板；第8天：焊接調(diào)試；第9天：完善設(shè)計(jì)；第10天：答辯。指導(dǎo)教師評語及成績 平時： 論文質(zhì)量： 答辯： 總成績： 指

3、導(dǎo)教師簽字： 年 月 日注：成績：平時20% 論文質(zhì)量60% 答辯20% 以百分制計(jì)算摘 要在當(dāng)今社會，幾乎所有的電子設(shè)備都需要有穩(wěn)衡的電壓供給，才能使其處于良好的工作狀態(tài)。家用電器中的電視機(jī)、音響、電腦尤其是這樣。電網(wǎng)電壓時高時低，電子設(shè)備本身耗供電造成不穩(wěn)定因素。其中直流穩(wěn)壓電源有很多優(yōu)異的特性，直流穩(wěn)壓電源的供電電源大都是交流電源，當(dāng)交流供電的電壓或負(fù)載變化時，穩(wěn)壓器的直流輸出電壓都會保持穩(wěn)定。直流穩(wěn)壓電源隨著電子設(shè)備向高精度、高穩(wěn)定性和高可靠性方向發(fā)展，對電子設(shè)備的供電電源提出了高的要求，為獲得可靠的直流穩(wěn)壓電源，一個經(jīng)濟(jì)可行的辦法是把我國用的220V或380V的市電通過一定辦法轉(zhuǎn)換為

4、我們所需的直流電，所以直流穩(wěn)壓電源對于我們的模電課程學(xué)習(xí)來說十分重要，一個穩(wěn)定可靠的直流穩(wěn)壓電源是今后我們學(xué)習(xí)、設(shè)計(jì)其他電路的保證。直流穩(wěn)壓電源是由隔離變壓器、整流濾波電路、進(jìn)口集成控制電路、功率管或模塊調(diào)整電路所組成，具有體積小，重量輕，性能穩(wěn)定可等優(yōu)點(diǎn)，電壓從零起連續(xù)可調(diào)，可串聯(lián)或關(guān)聯(lián)使用，直流輸出紋波小，穩(wěn)定度高，穩(wěn)壓穩(wěn)流自動轉(zhuǎn)換、限流式過短路保護(hù)和自動恢復(fù)功能，是大專院校、工業(yè)企業(yè)、科研單位及電子維修人員理想的直流穩(wěn)壓電源，因此制作出能穩(wěn)定輸出±15V，±12V、±5V，電流小于等于500ma的直流電源，意義非常重大。本文介紹了一種采用集成穩(wěn)壓器制作多路輸

5、出直流穩(wěn)壓電源的方法，主要闡述了如何運(yùn)用集成穩(wěn)壓器，電源變壓器，整流管與濾波電容完成規(guī)定任務(wù)的設(shè)計(jì)方法，重點(diǎn)敘述了整體設(shè)計(jì)的工作原理，相關(guān)元件的選定思路，電路具體調(diào)試過程，最后達(dá)到課程設(shè)計(jì)的具體要求。關(guān)鍵詞：變壓；整流；濾波；集成穩(wěn)壓目 錄第1章 緒論11.1 多路輸出直流穩(wěn)壓電源概況11.2 本文研究內(nèi)容1第2章 多路輸出直流穩(wěn)壓電源各部分電路設(shè)計(jì)32.1 多路輸出直流穩(wěn)壓電源總體設(shè)計(jì)方案32.2 具體電路設(shè)計(jì)4 電源變壓整流電路設(shè)計(jì)4 過流保護(hù)電路設(shè)計(jì)5 濾波電路設(shè)計(jì)6 穩(wěn)壓電路設(shè)計(jì)62.3 元器件型號選擇82.4 Multisim仿真、數(shù)據(jù)分析9第3章 課程設(shè)計(jì)總結(jié)12參考文獻(xiàn)13元器件

6、清單14第1章 緒論1.1 多路輸出直流穩(wěn)壓電源概況很多電子設(shè)備，家用電器都需要直流電源供電，其中除了少量的低功耗、便攜式的一起設(shè)備選用干電池供電外，絕大多數(shù)電子設(shè)備正常工作需要直流供電，而常用的電源市電是220V或380V的交流電，因此需要把交流電變換成直流電。例如在我們學(xué)習(xí)的大多數(shù)集成運(yùn)算放大器都需要加規(guī)定的直流偏置才能正常工作。所以直流穩(wěn)壓電源對于我們的模電課程學(xué)習(xí)來說十分重要，一個穩(wěn)定可靠的直流穩(wěn)壓電源是今后我們學(xué)習(xí)、設(shè)計(jì)其他電路的保證。但是不同的電路對于直流電壓值有著不同的需求，常見的有±15V，±12V、±5V等等不同的需求。為了達(dá)到鞏固課程知識目的的

7、同時，能夠做到學(xué)以致用，制作一些對于今后有實(shí)際意義的電路，我們選擇±15V，±12V、±5V六組參數(shù)作為設(shè)計(jì)的電壓輸出參數(shù)值。此次所要設(shè)計(jì)的電源要求的輸出功率較小，為了簡化電路并提高電路的穩(wěn)定性，因此選擇集成穩(wěn)壓器的設(shè)計(jì)思路。三端固定輸出集成穩(wěn)壓器是一種串聯(lián)調(diào)整式穩(wěn)壓器。它將全部電路集成在單塊硅片上，整個集成穩(wěn)壓電路只有輸入、輸出和公共3個引出端，使用非常方便。因其內(nèi)部有過熱、過流保護(hù)電路，因此它的性能優(yōu)良，可靠性高。又因這種穩(wěn)壓器 具有體積小、使用方便、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，所以得到廣泛應(yīng)用。其代表產(chǎn)品有78xx正電壓輸出系列、79xx負(fù)電壓輸出系列。1可調(diào)輸出的集成

8、穩(wěn)壓器是在固定輸出集成穩(wěn)壓器的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，這種集成穩(wěn)壓器，在集成芯片的內(nèi)部，輸入電流幾乎全部流到輸出端，流到公共端的電流非常小，因此可以用少量的外部元件方便的組成精密可調(diào)的穩(wěn)壓電路，應(yīng)用更為靈活。1.2 本文研究內(nèi)容1.設(shè)計(jì)并制作一臺多路輸出直流穩(wěn)壓電源。2.輸出直流電壓，。3.最大輸出電流。4.具有過流保護(hù)功能。設(shè)計(jì)要求：1 .分析設(shè)計(jì)要求，明確性能指標(biāo)。必須仔細(xì)分析課題要求、性能、指標(biāo)及應(yīng)用環(huán)境等，廣開思路，構(gòu)思出各種總體方案，繪制結(jié)構(gòu)框圖。2 .確定合理的總體方案。對各種方案進(jìn)行比較，以電路的先進(jìn)性、結(jié)構(gòu)的繁簡、成本的高低及制作的難易等方面作綜合比較，并考慮器件的來源，敲定可行方案

9、。3 .設(shè)計(jì)各單元電路?？傮w方案化整為零，分解成若干子系統(tǒng)或單元電路，逐個設(shè)計(jì)。4.組成系統(tǒng)。在一定幅面的圖紙上合理布局，通常是按信號的流向，采用左進(jìn)右出的規(guī)律擺放各電路，并標(biāo)出必要的說明。第2章 多路輸出直流穩(wěn)壓電源各部分電路設(shè)計(jì)2.1 多路輸出直流穩(wěn)壓電源總體設(shè)計(jì)方案方案1：可以運(yùn)用運(yùn)放電路，只要有一個直流電壓，不論大小，均可以運(yùn)用同相放大電路，反相放大電路，加法電路，減法電路等將其變?yōu)槲覀兿胍娜我怆妷褐怠７桨?：運(yùn)用康華光版電子技術(shù)基礎(chǔ)（模擬部分），第十章中所講的直流穩(wěn)壓電源章節(jié)知識，運(yùn)用電源變壓器、整流電路，濾波電路、穩(wěn)壓電路以及過流保護(hù)電路，即可輸出我們想要的任意大小的直流穩(wěn)壓電壓

10、。方案論證:方案一所限制范圍過于局限，只能對所給的直流電源進(jìn)行變換，另外，運(yùn)放電路需要運(yùn)用到大量的電阻，電阻在工作時間過長的時候，會發(fā)熱，阻值會發(fā)生相應(yīng)的變化，導(dǎo)致輸出電壓有較大的波動，所以誤差會較大；但方案2運(yùn)用的是220V的交流市電，首先可用性強(qiáng)，另外，其中還運(yùn)用到了78，及79系列的芯片，不僅經(jīng)濟(jì)，而且還能得到比較穩(wěn)定的直流穩(wěn)壓電源。而后面所加的電流保護(hù)電路，也能有效的控制電路工作的正常的范圍內(nèi)。綜上所述，方案2為最佳方案。本設(shè)計(jì)主要分為變壓整流電路，濾波電路，穩(wěn)壓輸出電路以及過流保護(hù)電路四部分?？傮w框圖如下所示： 濾波電路過流保護(hù)電路變壓整流電路穩(wěn)壓輸出電路圖2.1總體電路設(shè)計(jì)2.2

11、具體電路設(shè)計(jì)2.2.1 電源變壓整流電路設(shè)計(jì)電源變壓器是將220V的交流輸入電壓變成整流電路所需電壓，因?yàn)楸緦?shí)驗(yàn)最終通過所選芯片78MXX和79MXX的輸入最大與最小電壓的范圍為±（8-40）V，所以我們可以選擇帶有中間抽頭的T1變壓器，這樣兩端輸出電壓可以分別給78系列與79系列使用，中間抽頭作為作為固定輸出電壓部分的地線，兩端的電壓加給LM317。與此同時變壓器與四肢整流二極管D1-D4形成變壓整流電路。利用二極管的單向?qū)щ娦裕瑢⒋笮『蜁r間都隨工頻交流電變換成單方向的脈動直流電的過程成為整流。利用二極管的單向?qū)щ娦?，只有半個周期內(nèi)有電流流過負(fù)載。在V2正半周。電流從變壓器副邊線圈

12、上端流出，只經(jīng)過D1流向D2,由D3流回D4，所以D1、D2正向?qū)?，D3、D4反偏截止。在負(fù)載上產(chǎn)生一個極性為上正下負(fù)的輸出電壓。電流通路用實(shí)線箭頭表示。同理在V2負(fù)半周時，D3、D4正向?qū)ǎ珼1、D2反偏截止。在負(fù)載上產(chǎn)生上正下負(fù)的輸出電壓。綜上可知輸入端經(jīng)變壓器后在副邊得到了一個單向的脈動電壓。其中整流電路的選擇很重要，當(dāng)負(fù)載需要幾十瓦或幾百瓦的功率時，常常采用單向整流電路，當(dāng)負(fù)載需要幾千瓦以上的功率時，則需采用三相整流電路，因此，本次課程設(shè)計(jì)，采用單向整流電路，所以電源變壓器與二極管構(gòu)成的電源變壓整流電路如圖所示：圖2.2電源變壓整流電路2.2.2 過流保護(hù)電路設(shè)計(jì)過流保護(hù)器件用于保

13、護(hù)后續(xù)器件免受甩負(fù)載或瞬間電壓高壓的破壞，在某些特定的應(yīng)用中，基本的過壓保護(hù)電路不足以勝任器件的過流保護(hù)作用，穩(wěn)壓電路使用中常常發(fā)生負(fù)荷超載和輸出短路的情況，這時輸出電流超出額定值，輸出電壓可降至零。由于調(diào)整管的電流過大，使管子發(fā)熱而損壞。因此，實(shí)用的串聯(lián)穩(wěn)壓電源都必須加有保護(hù)電路，保護(hù)電路有很多，我們使用的是這種電路，如圖：三極管Q1使調(diào)整管，電阻R4為電流采樣電阻，流經(jīng)Q1發(fā)射極電流為輸出電流IL。因此，電阻電壓大小表明了IL的大小，UR4=ILR4。三極管Q2和R4構(gòu)成了限流保護(hù)電路。工作原理為：正常情況下，調(diào)整管輸出電流在額定值范圍內(nèi)，電阻R4上壓降不足以使三極管Q2發(fā)射結(jié)導(dǎo)通，Q2處

14、于截止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)輸出電流超過額定值時，UR4=ILR4使Q2導(dǎo)通，Q2集電極電流IC2對Q1基極電流IB1分流，使Q1基極電流IB1減小，Q1集電極電流IC1減小。理想計(jì)算：Q1集電極電流IC1最大值為ILM=500mA,穩(wěn)壓電路總圖中與該電路并聯(lián)的是取樣電路，由于取樣電路電流很小，所以忽略，即IC1ILM（ILM是輸出最大電流，由任務(wù)書ILM=500mA）。所以，R4=VBE2/ILM=0.7/0.5=1.4。三極管型號與Q1管相當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)。電路如圖所示：圖2.3 過流保護(hù)電路2.2.3 濾波電路設(shè)計(jì)利用儲能元件-電容C兩端的電壓不能突變的性質(zhì)，采用電容輸入式濾波電路將整流電路輸出的脈動成分大部分

15、濾除，得到比較平滑的直流電。所以經(jīng)過整流的脈沖電壓紋波很大要經(jīng)過濾波電路的濾波作用，一般有電抗元件組成，如在電路兩端并聯(lián)電容器C，或在整流電路輸入端與負(fù)載間串聯(lián)電感器L，以及有電容、電感組合而成的各種復(fù)式濾波電路。在這里選擇用電容濾波，適合小電流負(fù)載。 圖2.4 濾波電路設(shè)計(jì)2.2.4 穩(wěn)壓電路設(shè)計(jì)由于輸出地直流電壓會隨著穩(wěn)壓電路的波動、負(fù)載和溫度發(fā)生變化而變化，所以，為了維持輸出直流電壓穩(wěn)定不變，還要加上穩(wěn)壓電路。由于電源要求的輸出功率較小，為了簡化電路并提高電路的穩(wěn)定性，因此選擇集成穩(wěn)壓器。集成穩(wěn)壓器在使用中普遍使用的是三端穩(wěn)壓器?？梢苑譃楣潭ㄊ胶涂烧{(diào)式，按正負(fù)的輸出電壓還可分為CW317

16、、CW337、LM317、LM337。其中317系列穩(wěn)壓器可以連續(xù)輸出可調(diào)正電壓，337系列則是可調(diào)負(fù)電壓。它們的可調(diào)范圍為1.2-37V，最大輸出電流為1.5A。三端集成穩(wěn)壓電路也成穩(wěn)壓管，它的樣子就像三極管，電子產(chǎn)品中常見到的三端集成穩(wěn)壓器還有78、79系列分別對應(yīng)正電壓輸出和負(fù)電壓輸出.79系列和78系列的外形相似但是連接不同，顧名思義，三端IC是指這種穩(wěn)壓用的集成電路，只有三條引腳輸出，分別是輸入端，輸出端和接地端。將元件有標(biāo)識的一面朝向自己，若是系列，三條引腳分別是輸入端，接地端和輸出端；若是79系列，則三條引腳分別是接地端，輸入端和輸出端。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)在三端集成穩(wěn)壓電路上安裝足

17、夠大的散熱片，當(dāng)穩(wěn)壓管功率過高時，穩(wěn)壓性能將會變差甚至損壞，集成穩(wěn)壓具有體積小，重量輕，安裝和調(diào)試方便，可靠性和穩(wěn)定性高的優(yōu)點(diǎn)，因此在這次課程設(shè)計(jì)中選擇LM317集成穩(wěn)壓器。圖2.5 穩(wěn)壓電路設(shè)計(jì)圖2.5 穩(wěn)壓電路設(shè)計(jì)2.3 元器件型號選擇由圖2.3可知：Q1集電極電流IC1最大值為ILM=500mA,穩(wěn)壓電路總圖中與該電路并聯(lián)的是取樣電路，由于取樣電路電流很小，所以忽略，即IC1ILM（ILM是輸出最大電流，由任務(wù)書ILM=500mA）。所以，R4=VBE2/ILM=0.7/0.5=1.4。三極管型號與Q1管相當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)。由圖2.4可知：由于電源要求的輸出功率較小，為了簡化電路并提高電路的穩(wěn)定性

18、，因此選擇集成穩(wěn)壓器。按正負(fù)的輸出電壓還可分為CW317、CW337、LM317、LM337。其中317系列穩(wěn)壓器可以連續(xù)輸出可調(diào)正電壓，337系列則是可調(diào)負(fù)電壓。它們的可調(diào)范圍為1.2-37V，最大輸出電流為1.5A。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)在三端集成穩(wěn)壓電路上安裝足夠大的散熱片，當(dāng)穩(wěn)壓管功率過高時，穩(wěn)壓性能將會變差甚至損壞，集成穩(wěn)壓具有體積小，重量輕，安裝和調(diào)試方便，可靠性和穩(wěn)定性高的優(yōu)點(diǎn)，因此在這次課程設(shè)計(jì)中選擇LM317集成穩(wěn)壓器。2.4 Multisim仿真、數(shù)據(jù)分析圖2.6 多路輸出直流穩(wěn)壓電源整體電路圖2.7仿真結(jié)果圖圖2.8仿真結(jié)果圖圖2.9仿真結(jié)果圖因78及79系列芯片的允許輸入電壓

19、范圍為8-40V，我們選擇18V電源即可。I不大于500ma，T=0.02s,電路中濾波電容承受的最高電壓時1.414×18=25.452V所以選擇電容的耐壓值應(yīng)該大于25V，所以在可調(diào)電壓部分選擇100uF/25V的電容，固定電壓部分選擇100nF/25V電容。因?yàn)榇笕萘侩娙萦幸欢ǖ睦@制電感分布，易引起自激振蕩，形成高頻干擾。所以穩(wěn)壓器的輸入端并入瓷質(zhì)小容量電容來抵消電容的電感效應(yīng)和線路的雜波，抑制高頻干擾。固在穩(wěn)壓芯片前并入334瓷質(zhì)電容，在其后并入104瓷質(zhì)電容。為了更好的消除紋波，在輸出端前再并入100uF和100nF電容，其中12V以及15V選擇的耐壓值為25V，5V組選擇

20、耐壓值為12V。第3章 課程設(shè)計(jì)總結(jié)本電路實(shí)現(xiàn)了利用集成穩(wěn)壓器，將市電轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗦份敵龅闹Я鞣€(wěn)壓電源。主要闡述了如何運(yùn)用集成穩(wěn)壓器，過流保護(hù)電路，單向整流電路，濾波電路，完成輸出±15V，±12V、±5V直流穩(wěn)壓電的一種方法。變壓器將市電變成所需電壓，然后單向整流電路輸出直流電壓，再經(jīng)過濾波電路將其消除紋波，然后將直流電輸入所選擇的芯片，最終輸出實(shí)驗(yàn)要求的直流穩(wěn)定電壓。同時也敘述了相關(guān)元件的工作原理，選定思路等等。同時配合電流保護(hù)電路，將電路中電流限定在0.5A以下的范圍內(nèi)，可以有效地保護(hù)電路中的元件，使其能夠正常地工作，本電路有極大的實(shí)用價(jià)值，只要我們相應(yīng)的更改芯片，其就能有效地將市電轉(zhuǎn)化為任意我們需要的直流穩(wěn)壓電源。所學(xué)模擬電子技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù)和單片機(jī)等基礎(chǔ)課程的知識，我們成功的在電子制作中得到了驗(yàn)證。深刻的體會到理論聯(lián)系實(shí)踐，指導(dǎo)實(shí)踐和服務(wù)于實(shí)踐的內(nèi)涵。只有靈活的掌握知識，才能真正的應(yīng)用于實(shí)踐。同時理論知識與實(shí)踐還是有差距，理論設(shè)計(jì)能實(shí)現(xiàn)的電