多路輸出直流穩(wěn)壓電源[共21頁]

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1、 模擬電子技術基礎 課程設計(論文) 多路輸出直流穩(wěn)壓電源 院（系）名稱 電子與信息工程學院 專業(yè)班級 物聯(lián)網(wǎng)141 學號 140408021 學生姓名 李孝明 指導教師 起 止 時 間： 2016.7.4—2016.7.15 課程設計（論文）任務及評語 院（系）：電子與信息工程學院 教研室：電子信息工程 學 號 14040408021 學生姓名 李孝明 專業(yè)班級 物聯(lián)網(wǎng)141 課程設計（論文）題目 多路輸出直流穩(wěn)壓電源 課程設計（論文）任務 任務要求： 多路輸出

2、直流穩(wěn)壓電源可將220V/50Hz交流電轉換為多路直流穩(wěn)壓電源。主要由變壓電路、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路等組成。變壓電路將電網(wǎng)電壓轉換成所需的電壓；整流電路將交流電壓變換成脈動的直流；濾波電路去掉脈動直流電中含有的較大的紋波成分；穩(wěn)壓電路用于保持輸出電壓穩(wěn)定。 技術要求： 1、輸出直流電壓，，。 2、最大輸出電流。 3、具有過流保護功能。 4、利用Multisim（或EWB）進行電路仿真與調試。 指導教師評語及成績 平時成績： 答辯成績： 論文成績： 作品成績： 總成績：

3、 指導教師簽字： 年 月 日 注：平時成績占20%，答辯成績占20%，論文成績占40%，作品成績20%。 本科生課程設計（論文） 摘 要 直流電源是各種電器中必不可少的一部分，在現(xiàn)代科技中扮演者越來越重要的角色，任何電子產(chǎn)品都少不了電源，而大多數(shù)所需求的都是直流穩(wěn)壓電源，因此直流電源研發(fā)異常重要。 本文介紹了一種采用集成器件制作多路輸出穩(wěn)壓電源的方法，直流穩(wěn)壓電源一般是由電源變壓器、整流、濾波及穩(wěn)壓電路所組成。變壓器把市電交流電壓變?yōu)?/p>

4、所需要的低壓交流電。整流電路把交流電變?yōu)橹绷麟?。?jīng)濾波后，穩(wěn)壓器再把不穩(wěn)定的直流電壓變?yōu)榉€(wěn)定的直流電壓輸出。 本設計通過變壓、整流、濾波、從而得到平滑的直流電壓，但這樣的電壓隨電網(wǎng)的波動，負載和溫度的變化而變化。因而在濾波之后還需接穩(wěn)壓電路保證輸出穩(wěn)定的直流電壓，將220V交流電變?yōu)榉€(wěn)定的直流電，本次設計主要使用了7815、7915、7805、7905、7812和7912等三端集成穩(wěn)壓器件，實現(xiàn)輸出±5V、±12V以及±15V直流電源。 關鍵詞：直流電源；整流；濾波；集成穩(wěn)壓器。 目 錄 第1章 緒論 1 1.1 多路輸出直流穩(wěn)壓電源的發(fā)展概況 1

5、 1.2本文研究內(nèi)容 1 第2章 多路輸出直流穩(wěn)壓電源設計方案 1 2.1 穩(wěn)壓電源設計方案論證 1 2.2總體設計方案框圖及分析 1 第3章 多路輸出直流電源電路設計 2 3.1直流電源具體電路設計 2 3.1.1 直流穩(wěn)壓電源變壓器電路設計 2 3.1.2 整流電路設計 2 3.1.3濾波電路設計 3 3.1.4 穩(wěn)壓電路設計 4 3.2 元器件型號選擇及參數(shù)計算 5 3.2.1集成穩(wěn)壓器的選擇 5 3.2.2電源變壓器的選擇 5 3.2.3整流二極管及濾波電容的選擇 5 3.3總體電路設計 6 第4章 仿真電路及仿真結果分析 7 4.1仿真電路圖 7

6、4.2仿真結果 7 4.3仿真結果誤差分析 9 第5章多路輸出直流穩(wěn)壓電源實物制作與測試 10 5.1多路輸出直流穩(wěn)壓電源電路板焊接 10 5.2 多路直流電源實物作品 11 5.3電路板的測試 11 5.4 多路輸出直流穩(wěn)壓電路測試結果 12 第6章 總結 13 參考文獻 14 附 錄 I 15 附 錄 II 16 II 第1章 緒論 1.1 多路輸出直流穩(wěn)壓電源的發(fā)展概況 隨著電子技術的快速發(fā)展，電子產(chǎn)品的功能日益強大，與人們?nèi)粘Ｉ畹穆?lián)系日益緊密。任何的電子系統(tǒng)中，直流穩(wěn)壓電源都是必不可少的一部分。它的質量直接關系到儀器的質量，因此掌握穩(wěn)壓電源的設計與

7、制作，對以后的實際工作是很有意義的。目前,國外直流穩(wěn)壓電源已朝著多功能和數(shù)字化的方向發(fā)展. Matthew 等人提出了采用多路輸出電壓,進行輸出檢測的微機數(shù)控電源.本文在文獻〔2〕的基礎上,以單片機為核心,構成可同時控制3路正負輸出,具有定點顯示和巡回顯示等功能的數(shù)控直流穩(wěn)壓電源.它有效地克服了傳統(tǒng)電源的不足,與國外同類電源相比,具有更高的性價比。目前多種電子產(chǎn)品的發(fā)展都趨于向小型化，精密化的趨勢快速發(fā)展，因此對于一個經(jīng)濟、耐用、小巧的直流電源的需求迫在眉睫。 1.2本文研究內(nèi)容 本文研究內(nèi)容為選擇變壓器、整流二極管（或整流橋）、濾波電容及集成穩(wěn)壓器等器件設計一款符合多路輸出要求的直流穩(wěn)

8、壓電源。掌握單相整流電路組成及工作原理，掌握單相整流電路輸出電壓、輸出電流的計算并能夠選擇整流元件，掌握集成穩(wěn)壓電源的主要性能參數(shù)及測試方法，熟悉從理論設計到制作成品的全過程。 技術要求： 1、輸出直流電壓，，。 2、最大輸出電流。 3、具有過流保護功能。 4、利用Multisim（或EWB）進行電路仿真與調試。 16 第2章 多路輸出直流穩(wěn)壓電源設計方案 2.1 穩(wěn)壓電源設計方案論證 由設計要求知，要輸出±5V，±12V，+3~+18V。  方案一：采用LM317及LM337分別組成獨立的可調電壓源。  LM317可調式三

9、端穩(wěn)壓器電源能夠連續(xù)輸出可調的直流電壓，不過它只能允許可調的正電壓，穩(wěn)壓器內(nèi)部含有過流，過熱保護電路；由一個電阻（R）和一個可變電位器(Rw)組成電壓輸出調節(jié)電路，輸出電壓為：24V。LM337輸出為負的可調電壓，采用兩個獨立的變壓器分別和LM317及LM337組裝，操作比較簡單。  方案二：采用LM78XX、79XX系列穩(wěn)壓電源。  同方案一中，可以輸出±15V的正相電壓且穩(wěn)壓器內(nèi)部含有過流，過熱保護電路，而LM7805和LM7905可以分別輸出穩(wěn)定的+5V和-5V、LM7812和LM7912可以分別輸出+12和-12V，LM7815和LM7915可分別輸出

10、+15V和-15V相較方案一而言，此電路在制作上難度有所下降而且原理結構簡單，此電源就選用了LM78XX、79XX系列穩(wěn)壓電源。 2.2總體設計方案框圖及分析 如圖2.1所示,電源變壓器是將交流電網(wǎng)220V變?yōu)樗枰碾妷褐?，然后通過整流電路將交流電壓變成脈動的直流電壓。由于此直流電壓還含有較大的紋波必須通過濾波加以濾除，從而得到平滑的直流電壓。但這樣的電壓還隨著電網(wǎng)波動、負載溫度的變化而變化。因而在整流濾波之后還需要接穩(wěn)壓電路，穩(wěn)壓電路的作用是當電網(wǎng)電壓波動、負載和溫度變化時，維持輸出直流電壓的穩(wěn)定 圖2.1 總體設計方案 第3章 多路輸出直

11、流電源電路設計 3.1直流電源具體電路設計 3.1.1 直流穩(wěn)壓電源變壓器電路設計 電網(wǎng)供電電壓交流220V(有效值)50Hz，要獲得低壓直流輸出，首先必須采用電源變壓器將電網(wǎng)電壓降低獲得所需要交流電壓。降壓后的交流電壓，通過整流電路變成單向直流電，但其幅度變化大（即脈動大）。但是變壓器有一定的功耗所以它的輸出功率要小于輸入功率即：=P2/P1。P2是變壓器的副邊的功率，P1是變壓器原邊的功率。因為至此時輸出多端所以選擇中間抽頭的多路輸出變壓器。輸出12V、和24V對應于78、79系列和LM317系列。 如圖3.1所示，為電源變壓器他的作用是將交流電網(wǎng)220V電壓轉換為要求的交流電壓V

12、2=2V2sinwt（V），輸出電壓波形如圖3.2所示。 圖3.1 變壓器 圖 3.2 電源輸入波形 3.1.2 整流電路設計 整流二極管具有單向導電作用，只有當它處于正向偏置，即陽極電位高于陰極電位時二極管D才能到導通。圖3.3是一個簡單的濾波電路。 在期間，即電壓的正半軸，變壓器次級電壓的極性為上正下負，二極管因承受正向電壓而導通，若忽略二極管的正向導通壓降，這時負載電阻上沒有電壓。 選擇整流二極管主要是根據(jù)流過二極管的電流和截止時最高所能承受的反向電壓顯然在單相半波整流電路中，二極管

13、截止時所承受的最高反向電壓就是整流變壓器副邊交流電壓的幅值，即 根據(jù)二極管的最高反向電壓和平均電流可以選擇合適的整流二極管。圖3.4所示為整流二極管輸出波形。單相整流電路結構簡單，但是只有電源的半波被整流出，存在輸出電壓低、脈動程度大、變壓器利用率低的缺點，一般只適用于負載電流小的場合。 圖3.3整流電路 圖3.4整流波形 3.1.3濾波電路設計 整流電路輸出的電壓是方向不變、大小變化的脈動電壓、其中含有直流分量和交流分量。對于許多要求脈動電壓平滑度較高的電子儀器、自動

14、控制裝置等，則不能滿足要求。為此在整流電路之后需要加接濾波電路。在小功率電子線路中應用最廣泛的是電容濾波。利用電容器兩端電壓不能突變的特點，將電容器與負載并聯(lián)，可達到平滑輸出電壓的目的。設變壓器副邊電壓為 接入電容C后，電容的初始端電壓為零，在為期間，副邊電壓由0開始上升，二極管D1、D3導通電源經(jīng)D1、D3向負載供電，同時對電容C充電，如果忽略變壓器副邊繞組和二極管的正向電壓降，考慮到充放電回路時間常數(shù)，電壓與電壓器副邊電壓一致。 圖3.5 濾波電路 圖3.6 濾波波形

15、 3.1.4 穩(wěn)壓電路設計 由于輸出地直流電壓會隨著穩(wěn)壓電路的波動、負載和溫度發(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。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{式，按正負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)輸出可調正電壓，337系列則是可調負電壓。它們的可調范圍為1.2~37V，最大輸出電流為1.5A。三端集成穩(wěn)壓器還有78、79系列分別對應正電壓輸出和負電壓輸出. LM79系列和LM78系列的外形相似但是連接不同，LM79的1端接地，2端接負的輸入，3端接輸出。

16、 圖3.7三端集成穩(wěn)壓器 圖3.8 穩(wěn)壓器接法 下圖是三端集成穩(wěn)壓器接入電路連接圖主要由78系列（輸出正電壓）和79系列（輸出負電壓）兩位數(shù)字通常表示電壓大小，根據(jù)設計要求選擇：7805，7905，7812，7912，7815,7915六個穩(wěn)壓器，構成六個輸出端； 圖3.9穩(wěn)壓電路圖 3.2 元器件型號選擇及參數(shù)計算 3.2.1集成穩(wěn)壓器的選擇 交流電路經(jīng)過變壓、整流、濾波后，負載上得到比較平滑的直流電源，脈動的交流成分大大減小

17、，但是輸出電壓是不穩(wěn)定的。電網(wǎng)電壓發(fā)生變化時，會引起變壓器副邊電壓的波動；在負載電壓不變的條件下，若負載變化引起電流變化時，由于整流濾波電路存在一定的內(nèi)阻，內(nèi)阻壓降的變化會使輸出電壓發(fā)生相應的變化。在要求直流穩(wěn)定電壓的場合，必須采用穩(wěn)壓措施。選擇穩(wěn)壓器型號為LM7805、LM7812、LM7905、LM7912、LM7915和LM7815。78系列分別輸出正5V、12V和15V，79系列分別輸出負5V、12V和15V。最大輸出電流為1.5A在直流穩(wěn)壓， 3.2.2電源變壓器的選擇 一般國家給的市電為U=220V，=50HZ。此電源不符合模擬電路電子設計，所以需要引入一個變壓器裝置來使之改變

18、為我們所需要的交流電，對于穩(wěn)定輸出的電壓變壓后的輸入電壓為穩(wěn)定輸出電壓的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則P=20W，所以選取24V/20W的變壓器即可。 3.2.3整流二極管及濾波電容的選擇 由于Urm=1.414×24=33.936V，I=1A，IN4007的反向擊穿電壓Urm≥100V，額定工作電流=1A，所以整流二極管選擇IN4007。I=1A。T=0.02s,

19、電路中濾波電容承受的最高電壓時1.414×24=33.936V，對于雙輸出的電源制作時電容承受最高電壓為1.414×12=16.968 V，所以選擇電容的耐壓值應該大于17V所以選擇1000uF/25V的電容；對于單輸出時，選用的電容耐壓值為50V即可。因為大容量電解電容有一定的繞制電感分布，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小容量電容來抵消電解電容的電感效應和線路的雜波，抑制高頻干擾。固在穩(wěn)壓芯片前并入電容，其電容值為100uF，在其后并入電容。為了更好的消除紋波，在輸出端前再并入電解電容。 、3.3總體電路設計

20、 圖3.10總電路圖 此圖設計的多路輸出直流穩(wěn)壓電源的原理就是在電路正常工作的時候同時輸出三個不同的直流電，因此有三個輸出口，三個輸出口的電壓各不相同，在220V交流電源通過變壓器變壓后輸出20V左右的交流電，然后通過整流橋，整流橋的作用就是將正弦波整流成單向的半波，本實驗中波形全是在正半軸，然后通過大電容的濾波電路，濾波電路的作用就是將半波擬合成一條直線，即目標是輸出一條直線，但是由于電網(wǎng)電壓有10%的波動，所以需要穩(wěn)定電壓輸出，即

21、后面的穩(wěn)壓電路就是起到這個目的。穩(wěn)壓電路主要由六個三端集成穩(wěn)壓器構成，有78系列和79系列，分別輸出正的電壓和負的電壓，二極管在電路中起到指示燈的作用，用以觀察電路的通路與否。 第4章 仿真電路及仿真結果分析 4.1仿真電路圖 圖4.1 4.2仿真結果 仿真后，在輸出端口1輸出要求為結果為±12V的電壓，結果如下圖所示，由圖可知輸出結果基本符合。 圖4.2端口1輸出結果 仿真后，在輸出端口2輸出要求為結果為±12V的電壓，結果如下圖所示，由圖可知輸出結果基本符合。

22、 圖4.3端口2輸出結果 仿真后，在輸出端口3輸出要求為結果為±12V的電壓，結果如下圖所示，由圖可知輸出結果基本符合。 圖4.4端口3輸出結果 4.3仿真結果誤差分析 集成穩(wěn)壓器 測試結果 理論結果 相對誤差 誤差分析 LM7805 +5.003V +5.0V 0.003V 誤差允許范圍 LM7905 -5.509V -5.0

23、V 0.509V 誤差允許范圍 LM7812 +11.961V +12.0V 0.039V 誤差允許范圍 LM7912 -12.376V -12.0V 0.376V 誤差允許范圍 LM7815 +14.522V +15.0V 0.478V 誤差允許范圍 LM7915 -15.326V -15.0V 0.326V 誤差允許范圍 由以上結果和表格分析可知，實際與測量數(shù)據(jù)相差正在允許誤差范圍內(nèi)，說明實際電路與理論仿真電路相符合；LM7915輸出電壓與理論值有較大誤差，可能由于電路未完全對稱；導線連接問題，連接點的接觸問題；元件自身誤差，儀器萬用表

24、存在誤差；幾個輸出端的輸出電壓多多少少存在一些誤差，有的比仿真值略大，而有的比仿真值略小，不過本次仿真雖然說最終參數(shù)與理論值雖然存在一些誤差，但還是可以理解，以上誤差相對較小，在實際應用時影響較小，可忽略。 第5章多路輸出直流穩(wěn)壓電源實物制作與測試 5.1多路輸出直流穩(wěn)壓電源電路板焊接 圖5.1焊接電路板 焊接過程中要注意各個連線不要接

25、觸，避免因接觸而帶來的短路現(xiàn)象，焊接電路板的時候要各個借口要固定死，不能使之接觸不良，要嚴格按照電路圖焊接，事先做好焊接范圍，避免因焊接距離過大而造成電路板不夠用的現(xiàn)象。應合理布置各輸出輸入接口，焊接時還要盡量節(jié)省導線長度。要考慮到各個導線的長度以及在測試時是否便利等情況。 在電路的測試中也要注意各種問題，由于220V電源多高且危險，實驗室只提供14V交流電，所以在測試中要考慮電路的電阻阻值大小對輸出電壓的影響。 5.2 多路直流電源實物作品 圖5.2 實物圖 5.3電路板的測試

26、 圖5.3電路板測試 5.4 多路輸出直流穩(wěn)壓電路測試結果 圖5.4實測結果 由圖可知實際測量結果與理論值有一定的偏差，這主要是由在焊接中，焊錫的本身電阻影響，還有元器件并不一定精準，所以在以后的制作中要考慮多方面因素的影響，做到全面的考慮，試驗中出現(xiàn)了各種問題，波形不符，電壓不符，等各種問題，但是經(jīng)過調解電路板的線路走向和找出焊接不通等問題后，成功的解決了大多數(shù)問題，試驗中，還出現(xiàn)了5V電壓測試不出來的問題，最后找出是由于電路電阻過大電壓過小的原因，導致輸出不明顯，最后提高輸入電壓，成功解決了這個問題

27、。 第6章 總結 本次課程設計的題目是多路輸出直流穩(wěn)壓電源。在設計過程中，從任務要求的分析、系統(tǒng)框架的建立、分系統(tǒng)的設計到總體設計，從原理圖設計到軟件仿真、電路板布線焊接到實物測試，這其中遇到許多的問題，初始時，不知從何處下手，最后經(jīng)過多處查找資料，上網(wǎng)等方式最終完成。 這次的設計對我來說還不是很容易，還有就是沒有能找到合適的變阻器和電阻來搭配可調電壓部分，結果是輸出的可調電壓在3~30V左右。沒有達到合適的3～18V。但是總體來說達到了預定指標。 可將220V/50Hz交流電轉換為多路直流穩(wěn)壓電源，輸出±12V/1A，±5V/1A

28、，開發(fā)設計的初級階段，由于對Multisim電路仿真軟件使用不夠熟練，通過上網(wǎng)查閱相關教程和查閱相關書籍，我對Multisim電路仿真軟件的使用有了進一步的認識。隨著設計的深入，逐步加深對該軟件的認識和對修改元件庫內(nèi)元件參數(shù)的熟悉和理解。 通過這段時間里的學習，我學習到了很多新知識，也對電子設備開發(fā)的過程有了更深的了解，并且對電路設計的基本思路有了較深的認識。 本人簽字： 參考文獻 [1] 康華光.電子技術基礎模擬部分[M].第五版.北京

29、:高等教育出版社,2006 [2] 梅麗鳳.《單片機原理及接口技術》.清華大學出版社，2009.2 [3] 何仰贊《電力系統(tǒng)分析》. 武漢：華中理科技學出版社，2002.3 [4] 于海生《微型計算機控制技術》. 清華大學出版社2003.4 [5] 王士政《電網(wǎng)調度自動化與配網(wǎng)自動化技術》.中國水利水電出版社2007.3 [6] 吳云友,《模擬電子技術》（第一版）.北京;高等教育出版社，2010 [7] 張延琪《常用電子電路280》. 中國電力出版社，2010 [8] 吳鎮(zhèn)山.《電子線路設計與實踐》.電子工業(yè)出版社，2005.9 [9] 謝自美.《電子線路設計、實驗與測試》.武

30、漢;華中科技出版社.2006 [10] 謝自美.《電子線路設計》（第三版）.武漢;華中科技出版社.2006  附 錄 I 總體電路圖 附 錄 II 元器件清單 名稱 型號 數(shù)值 數(shù)量/個 二極管 IN4007 4 LED 紅黃綠各兩個 6 電解電容 2200uF/25V 6 電解電容 68uF/25V 12 色環(huán)電阻 1KΩ 6 三端集成穩(wěn)壓器 7805CT +05V 1 三端集成穩(wěn)壓器 7905CT -05V 1 三端集成穩(wěn)壓器 7812CT +12V 1 三端集成穩(wěn)壓器 7912CT -12V 1 三端集成穩(wěn)壓器 7815CT +15V 1 三端集成穩(wěn)壓器 7915CT -15V 1