5V-12V直流稳压电源模拟电子课程设计

15V、12V直流稳压电源设计姓名：周文凯专业：电子信息科学与技术班级：10级1班学号：201001050934指导教师：王桂海信息科学与工程学院电子系2012年6月28日1摘要直流稳压电源是一种当电网电压波动或温度、负载改变时，能保持输出直流电压基本不变的电源。其电源电路包括电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四个环节。设计中要用的元件有变压器、稳压器、整流二极管、电解电容等。实测结果表明，该装置实现了题目要求的全部功能，实现了题目的基本要求。关键词：直流、整流、稳压、滤波、电源5V、12V直流稳压电源设计2目录第一章引言…………………………………………………………3第二章任务与要求…………………………………………………11.电源变压……………………………………………………………12.整流器…………………………………………………………………13.滤波电路………………………………………………………………24.稳压电路………………………………………………………………21.电路的选择…………………………………………………………22.稳压器介绍…………………………………………………………2第三章电路设计方案………………………………………………31.5V部分…………………………………………………………………41.参数计算……………………………………………………………42.电路元器件选择……………………………………………………52.12V部分………………………………………………………………51.参数计算……………………………………………………………52.电路元器件选择……………………………………………………6第四章设计原理分析…………………………………………………61.5V12V输出分析………………………………………………………72.输出示波分析…………………………………………………………7第五章电路仿真………………………………………………………81.波动电压测试………………………………………………82.输出电流测试………………………………………………8第六章实验总结………………………………………………………9参考文献………………………………………………………………9附录……………………………………………………………………105V、12V直流稳压电源设计3引言随着随身电子产品的日益增多，市面上的直流稳压电源也是千变万化，内部构造原理也是不尽相同。直流直流稳压电源一般由电源变压器、整流滤波电路及稳压电路所组成。变压器把市电交流电压变为所需要的低压交流电，整流器把交流电变为直流电，滤波后再把不稳定的直流电压变为稳定的直流电压输出。通过变压、整流、滤波、稳压过程将220V的交流电，变为稳定的直流电，并实现5V、12V的输出。由于电网的不稳定，存在这一定的波动，对稳压有相对较高的要求。5V、12V直流稳压电源设计41一、任务极其要求基本要求：输出电压及最大输出电流1档12VOUOamx1000mAI2档VU5OOamx2000mAI二、电路设计方案直流稳压电源一般由电源变压器、整流滤波电路、滤波电路及稳压电路所组成，基本框图1如下：1、电源变压器变压器是变换交流电压、电流和阻抗的器件，当初级线圈中通有交流电流时，铁芯（或磁芯）中便产生交流磁通，使次级线圈中感应出电压（或电流）。变压器由铁芯（或磁芯）和线圈组成，线圈有两个或两个以上的绕组，其中接电源的绕组叫初级线圈，其余的绕组叫次级线圈，变压器的基本原理是电磁感应原理。此实验中其作用是把220V电网电压降至所需电压。2、整流电路设计中采用桥式整流电路，桥式整流电路因电源变压器在正负半周内都向负载提供电流，变压器得到了充分利用，效率较高，同时它也具有输出电压相对较大、纹波电压相对较小等优点，故采用其作为整流部分电路。桥式整流电路及工作示意图2如下：5V、12V直流稳压电源设计23、滤波电路为了进一步减小纹波电压，使输出电压的波形变得比较平缓，本次设计采用电容滤波电路，将脉动直流电中的脉动交流成分尽量滤除掉，而只留下直流成分，使输出电压成为比较平滑的直流电压，其电路结构图3如下图所示：4、稳压电路1、电路的选择稳压电路是利用能够自动调整输出电压变化的电路来使输出的电压不随电网电压、温度或负载的变化而变化，从而达到稳定输出电压的目的。一般有并联型、串联型线性稳压电路和开关型稳压电路等。其作用是当交流电网电压波动或负载变化时，保证输出直流电压的稳定。简单的稳压电路可采用稳压管来实现，在稳压性能要求较高的场合，可采用串联反馈式稳压电路（包括基准电压、取样电路、放大电路和调整管部分）。目前市场上通用的集成稳压电路已非常普遍。集成稳压电路与分立元件组成的稳压电路相比，具有外接电路简单，使用方便、体积小、工作可靠等优点。常用的集成稳压器有三端固定集成稳压器和三端可调集成稳压器，它们都属于电压串联反馈型。2、稳压器介绍5V、12V直流稳压电源设计3三端固定集成稳压器包含78XX和79XX两大系列。78XX系列式三端固定正电压输出稳压器，79XX系列式三端固定负电压输出稳压器。78XX系列和79XX系列其型号后的XX代表输出电压值，有5V、6V、9V、12V、15V、18V、24V等。其额定电流以78或79后面的字母区分，其中L为0.1A，M为0.5A，无字母为1.5A。1、X78xx封装图4X78XX封装2、典型应用图5X78XX典型电路3、典型特性曲线图6X78XX典型特性曲线5V、12V直流稳压电源设计4第三章设计原理分析1、5V部分图7.5V部分1.参数计算：1.电压的计算Ui=△U+Uo,△U为三端稳压器压差，△U≥3V，Ui=(3+Uo)×1.1×1.1=(3+5)×1.21=9.68V,U2=Ui/1.2=8.06V,故C1俩端最高电压为Uc1max=1.41U2×1.1=12.53V,5V、12V直流稳压电源设计5C1可稍微取高点，取耐压值16V即可2.电流的计算Ii=Io,Ido=0.5Ii=0.5Io,Id=2.5Ido,I2=1.41Id,因为Io≤2A,则Ido=0.5A,Id=1.25A,I2=1.767A2.电路元器件选择：1.变压器I2=1.41Id=1.767A,P2=U2×I2=17.08W,取η=0.8，则P1=P2/η=21.354W,所以选择容量为25W左右的变压器2.滤波电容T=Rl×C=0.5×（3—5）T’,C=0.03/Rl—0.05/RlRl=Ui/Ii≥32.23/0.3=107.45Ω,C=0.03/107.45=279μF,取300μF.3.稳压器前后小滤波电容：取值0.1μF.4.稳压器件：LM7805.5.输出滤波电容参考输出电流，取C4=100μF.2、12V部分图8.12V部分1.参数计算：1.电压的计算Ui=△U+Uo,△U为三端稳压器压差，△U≥3V，Ui=(3+Uo)×1.1×1.1=(3+12)×1.21=18.15V,U2=Ui/1.2=15.13V,故C1俩端最高电压为Uc1max=1.41U2×1.1=23.29V,5V、12V直流稳压电源设计6C1可稍微取高点，取耐压值25V即可2.电流的计算Ii=Io,Ido=0.5Ii=0.5Io,Id=2.5Ido,I2=1.41Id,因为Io≤1A,则Ido=0.25A,Id=0.625A,I2=0.88A2.电路元器件选择：1.变压器I2=1.41Id=0.88A,P2=U2×I2=10.6W,取η=0.8，则P1=P2/η=13.25W,所以选择容量为15W左右的变压器2滤波电容T=Rl×C=0.5×（3--5）T’,C=0.03/Rl—0.05/RlRl=Ui/Ii≥18.15/0.3=60.5Ω,C=0.03/60.5=496μF,取500μF.3.稳压器前后小滤波电容：取值0.1μF.4.稳压器件：LM7805.5.输出滤波电容参考输出电流，取C4=100μF.第四章设计原理分析1、5V.12V输出分析1.电路图图9.5V、12V分析由图可知输出端电压分别为5.01V、12.00V，符合设计要求。2.输出示波分析5V、12V直流稳压电源设计7图10.输出电压测试由图可知输出端电压分别为5.01V、12.00V，符合设计要求。第五章电路仿真1.波动电压测试由于电网电压存在一定的波动性，分别取200V、240V进行测试。1.电压为200V时测试为：图11.200V输入电压测试2、电压为200V时测试为：5V、12V直流稳压电源设计8图12.240V输入电压测试由测试结果可知，输入电压在200V-240V变化时，输出电压保持在5.01V、12.00V，符合设计要求。2、输出电流测试图13.输出电流测试5V、12V直流稳压电源设计9第六章实验总结通过此次课程设计，更加扎实的掌握了有关模拟电子技术方面的知识，在设计过程中虽然遇到了一些问题，但经过一次又一次的思考，一遍又一遍的检查终于找出了原因所在，也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。实践出真知，通过亲自动手操作，使我们掌握的知识不再是纸上谈兵。在课程设计过程中，不断发现错误，不断改正，不断领悟，不断获取。最终的检测调试环节，本身就是在践行“过而能改，善莫大焉”的知行观。这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多问题，在今后社会的发展和学习实践过程中，一定要不懈努力，不能遇到问题就想到要退缩，一定要不厌其烦的发现问题所在，然后一一进行解决，只有这样，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上劈荆斩棘，而不是知难而退，那样永远不可能收获成功，收获喜悦，也永远不可能得到社会及他人对你的认可！课程设计诚然是一门专业课，给我很多专业知识以及专业技能上的提升，同时又是一门讲道课，一门辩思课。了解了电路的连线方法；以及如何提高电路的性能等等，掌握了可调直流稳压电源构造及原理。参考文献《模拟电子技术基础》清华大学电子学教研组高等教育出版社《protues教程》朱清慧清华大学出版社5V、12V直流稳压电源设计10附录：5V、12V直流稳压电源设计11