线性稳压电源设计

电子系统 综合设计与仿真

题目：线性稳压电源设计

报告目录

一． 二． 三． 四． 五． 六． 七． 八．

实验目的·····················································2 实验内容·····················································2 实验原理·····················································2 实验过程·····················································5 实验结果·····················································6 元器件清单···················································7 心得体会·····················································8 附录：PCB 图·················································9

摘要：本文设计的是量程为±12V 和量程+5V的直流稳压电源，其量程为+5V进行输出扩流，其输出最小电流为2A 。以单相桥式整流及三端集成稳压器为主，设计一台具有实用价值的小容量简易直流稳压电源。直流稳压电源一般由变压器、整流、滤波电路及稳压电路所组成。按照所学知识和相关指导书及的写作要求，综述直流稳压电源的工作原理、各自适用范围及优缺点，完整详细地设计了±12V 、+5V简易直流稳压电源电路，并对各组成部分的功能及工作原理进行了分析。

关键词：整流，±12V ，+5V，电源。

一、实验目的

1、学习直流稳压电源的原理。

2、掌握基本的直流稳压电源的设计和扩流电路的应用。

二、实验内容

1、输入为交流220V ，50Hz 的市电，输出为直流5V ，电流不小于2A 的稳压电源。

2、输入为交流220V ，50Hz 的市电，输出为直流正负12V 稳压电源。

三、实验原理

一般直流稳压电源都使用AC220V 市电作为电源，经过变压、整流、滤波后输送给稳压电路进行稳压，最终成为稳定的直流电源。这个过程中的变压、整流、滤波等电路可以看作直流稳压电源的基础电路，没有这些电路对市电的前期处理，稳压电路将无法正常工作。

具体流程如下图：

1、变压

利用铁芯变压器来改变交流电压，使其能供我们进行接下来的整流滤波和稳压。在此我们使用了220V/40~60Hz-15V和220V/40~60Hz-7.5V的双输出变压器。

2、整流

小功率直流稳压电源中常用的整流电路有单相半波整流电路、单相全波整流电路和单相桥式整流电路三种。其中，单相半波整流电路效率低，通常用在要求不高的简单的整流电路中。单相全波整流电路只用了两只整流二极管，但要求电源变压器次级具有中心抽头，而且整流二极管的耐压必须高于2U2. 单相桥式整流电路使用了四只整流二极管，每只二极管的耐压值必须高出输入电流的峰值。这三种整流电路中，桥式整流电路应用最广泛，在一些无工频变压器而直接将220V 交流转变成直流的开关稳压电源中都采用桥式整流电路做交、直流变换。

在此实验中，我们采用了四个二极管组成的整流桥，其等效电路如下图：

3、滤波

滤波电路的任务是滤除整流输出电压中的纹波分量，以获得平滑的直流输出电压。常见的有电容滤波，电感电容滤波等形式。在小功率直流稳压电源中主要采用电容滤波，因此，我们采用了较为简单的电容滤波。

4、整流滤波电路的简单设计

设计一个小功率整流滤波电路，首先要根据负载要求的的输出电压、负载电流和纹波电压的大小，选择合适的整流滤波电路，做一些简单的估算，然后选择合适的元件，最后再经过测试加以调整。

负载电流在mA 数量级，对纹波要求不高的场合，可以选用简单的半波整流电路，其余一般选用桥式整流电容滤波电路。

下面介绍桥式整流电容滤波电路的

设计过程。

a ）选择整流二极管

其中U im 为输入交流电压的振幅值。

b ）选择滤波电容

其中T 为输入交流电压的周期，而且滤波电容的耐压应大于加在电容器上的最大电压。 c ）对电源变压器的要求

根据整流滤波电路输出直流电压U 0和直流电流I L ，对变压器次级电压的电流的要求是：

其中U 2和I 2为变压器次级电压、电流的有效值。

d ）输出纹波电压估算

电容滤波电路的纹波电压是接近锯齿波的复杂周期性波形，为了便于估算，将其看成理想的锯齿波，则纹波电压的峰峰值u rpp 和有效值U r 分别为：

其中f=50Hz。

5. 线性集成稳压器

集成稳压电源分为线性和开关型两类，线性稳压器外围电路简单、输出电阻小，输出纹波电压小，瞬态响应好，但是其功耗大、效率低，一般多用在输出电流5V 以下的稳压电路中。在此，我们选择了LM78xx 系列的芯片。

78xx 系列串联型线性固定电压输出集成稳压器正电压输出，负电压输出时为79xx 系列，xx 表明输出电压的值，此处，依据试验要求，我们选择了LM7805用于输出+5V的直流电压、LM7812和LM7912用于输出 12V 的直流电压。芯片内集成了恒流源、基准电压源、采样电阻、比较放大、调整管、过热过流保护电路、温度补偿电路等，所有电路集成在单块硅片上，只有输入输出公共三个引出端，故名三端式，其引脚如下图所示：

78系列引脚

79系列引脚

6. 扩流电路

在实验中要求我们输出一个5V ，不小于2A 的电流，可用最大输出电流为1.5A 的LM7805芯片并联。扩流电路如下：

四、实验过程

1、正负12V 直流稳压电源

经过实验原理的学习，我们已经基本选定了元器件，经过分析，得到实验原理图如下：

输入市网电压AC220V 、50Hz 的交流信号后，通过电源变压器得到较低的副边电压U 并送到整流电路。整流电路由4个1N4001二极管组成桥式整流电路（实验中直接用的是KBP307整流桥）

，当正弦交流电压为正的

时候，D 2、D 3导通，当交流电压为负的时候D 1、D 4导通，是输出的电压周期变为原来的一半，且电压总为正，从而初步达到变交流电压为直流电压。经过整流以后的电压U 经过滤波电容C 1、C 2的滤波作用将整流以后的电压里的交流成分即纹波电压滤除。当滤波电容不接负载时由于电容没有放电回路，所以输出的是一个恒定的电压量；当滤波电容接负载的时候由于有了放电回路，而电容的放电时间常数为一定值，使放电的时间被控制在一定的范围，从而达到滤波的目的。选用4700μF 的电解电容作滤波电容。每个稳压器输入和输出端接入的电容是实现频率补偿，防止稳压器产生高频自激振荡和抑制电路引入的高频干扰。

2、正5V 直流稳压电源，2A 扩流

五、实验结果

1、Multisim 仿真结果

12V 直流稳压电源

● +5V的直流稳压电源

2、硬件测试结果

● 12V 直流稳压电源

六、元器件清单

七、心得体会

作为第一次课程设计，整个资料搜集与工作过程有待提高。第一步用一些时间重点温习模电课本中稳压电源部分，对直流稳压电压的原理，结构框图，变压、整流滤波、稳压三大部分有了初步了解。第二步结合任务书的基本要求，用一些时间查找搜集相关书籍与网络资料，结合老师上课讲的原理，确立变压、单相桥式整流电容滤波、两路稳压输出、数控与数显的设计结构。画出整个电路草图。第三步，学习multisim 软件的电路原理图画法与电路仿真。在该软件的学习与使用的过程中遇到一些大大小小的问题。比如安装程序，熟悉各种工具的使用，元器件的查找，仿真起初难以出结果等等。原理图和仿真完成后，第四步则实际操作，用硬件来实现电路，达到设计的要求。最后撰写报告。整个课程设计过程，不仅使我们更扎实的学习电子技术课程、学会仿真软件multisin ；而且将理论知识与实践相结合，一定程度的锻炼了我们的动手和电子设计能力，资料搜集能力，也达到了一种将知识活学活用的目的。

附录：1 附录：2