±15V直流稳压电源 (2)

直流稳压管电源一般由电源变压器、整流电路 、滤波电路及稳压电路组成。变压器把市电交流电压变为所需的低压交流电。整流器把交流电变为直流电。经滤波器后，稳压器在把不稳定的直流电压变为稳定的直流电压输出。本设计主要采用三端稳压电路设计直流稳压电源，通过相关知识计算出各电路中各个器件的参数，使电路性能达到设计要求中的电压调整率、电流调整率、负载调整率、纹波电压等各项指标。

关键词：变压器；整流电路；滤波电路；稳压电路;

1 总体方案

1.1  稳压电源的设计方案

1）根据稳压电源的输出电压Uo、最大输出电流Iomax，确定稳压器的型号及电路形式。

2）根据稳压器的输入电压，确定电源变压器副边电压的有效值；根据稳压电

源的最大输出电流I0max，确定流过电源变压器副边的电流和电源变压器副边的功率；根据，查出变压器的效率，从而确定电源变压器原边的功率。然后根据所确定的参数，选择电源变压器。

3）确定整流二极管的正向平均电流、整流二极管的最大反向电压和滤波电容的电容值和耐压值。根据所确定的参数，选择整流二极管和滤波电容

1.2  原理框图

稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四个部分组成。

如图1所示。

   +                   +                +               +              +                          

  u1        电 源      u2      整 流    u3     滤 波     u1    稳 压    Uo 

                                                              -

   -        变压器    _ -       电 路   _ -      电 路   _  -    电 路   _-

（a）稳压电源的组成框图

（b）整流与稳压过程

图1-1稳压电源的组成框图及整流与稳压过程

2 设计原理分析

2.1  电源变压器

2.1.1  电源变压器图电路设计

                       图2.1.1变压器电路                              图2.1.2变压器波形图  

电源变压器的作用是将来自电网的220V交流电压u1变换为整流电路所需要的交流电压u2。电源变压器的效率为：

其中：P2 是变压器副边功率，P1 是变压器原边功率。

因此，当算出了副边功率P2后，就可以根据上表算出原边功率P1。

2.1.2  电源变压器参数计算

集成稳压器的输入电压虽然受到最大输入电压的，但为了使稳压器工作在最佳状态及获得理想的稳压指标，该输入电压也有最小值的要求。输入电压UI的确定，应考虑如下因素：稳压器输出电压Uo；稳压器输入和输出之间的最小压差(Ui－Uo)min；稳压器输入电压的纹波电压URIP，取Uo、(Ui－Uo)min之和的15%；电网电压的波动引起的输入电压的变化，取UO、(UI－UO)min、URIP之和的15%。对于集成三端稳压器，具有较好的稳压输出特性。

输出为15V的集成稳压器，其最小输出电压为：      (2.1.1) 

取 =23V;                                                      (2.1.2)  

由                                                (2.1.3)

得                  =/1.120.9V                            (2.1.4)

取=22v ,此时在输入电压8～40V之间,符合稳压器条件。

变压器副边电流     

>                                                    (2.1.5)

取,由，得变压器副边输出功率

=                                                  (2.1.6)

根据表1  小型变压器的效率

2.1.3  电源变压器器件选择

选用P1=4W＞3.67W的变压器

2.2  整流电路

2.2.1  整流电路图设计

图2.2.1单相桥式整流电路                               图2.2.2单相桥式整流电路波形图 

2.2.2  整流参数计算

a．直流电压Uo

                                                                    （2.2.1）                                                 

b．直流电源Io

                                                                    （2.2.2）  

c．波动系数                                                      （2.2.3） 

2.2.3  整流参数器件选择

D1-D4选用IN4001型号二极管

2.3  滤波电路

2.3.1  滤波电路图设计 

图2.2.3 滤波电路                             图2.2.4滤波电路的波形图

2.3.2  滤波电路参数的计算

a. 耐压电流                                                       （2.3.1）

b．放电时间常数范围                                                （2.3.2）

c．输入输出关系                                                    （2.3.3）  

d．波动系数                                                       （2.3.4）

2.3.3  滤波电路器件选择

电容放电的时间常数 τ =RLC 愈大，放电过程愈慢，则输出电压愈高，同时脉动成分也愈少，即滤波效果愈好。故应该选择一个。

2.4  稳压电路

2.4.1  稳压电路图设计

               图2.4.1 正、负双稳压输出电路                   图2.4.2双稳态输出波形

集成稳压器的类型很多，在小功率稳压电源中，普遍使用的是三端稳压器。按输出电压类型可分为固定式和可调式，此外又可分为正电压输出或负电压输出两种类型。

（1）固定电压输出稳压器

常见的有CW78（LM78）系列三端固定式正电压输出集成稳压器；CW79（LM79）系列三端固定式负电压输出集成稳压器。三端是指稳压电路只有输入、输出和接地三个接地端子。型号中最后两位数字表示输出电压的稳定值，有5V、6V、9V、15V、18V和24V。稳压器使用时，要求输入电压UI与输出电压Uo的电压差UI - Uo ≥2V。稳压器的静态电流Io = 8mA。当Uo = 5 ～18V时，UI的最大值UImax= 35V；当Uo=18 ～ 24V时，UI的最大值UImax = 40V。    

（2）可调式三端集成稳压器

可调式三端集成稳压器是指输出电压可以连续调节的稳压器，有输出正电压的CW317系列（LM317）三端稳压器；有输出负电压的CW337系列（LM337）三端稳压器。在可调式三端集成稳压器中，稳压器的三个端是指输入端、输出端和调节端。稳压器输出电压的可调范围为Uo=1.2～37V，最大输出电流Iomax =1.5A。输入电压与输出电压差的允许范围为：

UI -Uo = 3 ～ 40V。三端可调式集成稳压器的引脚及其应用电路可见参考书。

根据设计要求：

（1）有+15V和-15V两路输出，误差不超过±0.5V。

（2）输出电流在0～80mA范围内变化时，均可正常稳压

（3）在保证正常稳压的前提下，尽量减小功耗。

(4) 具有过流保护功能

2.4.2  稳压电路参数计算

+15V和-15V两路输出，误差不超过±0.5V；输出电流在0～80mA范围内

2.4.3  集成三端稳压选择

集成稳压器选用+15V输出的LM7815和-15V输出的LM7915固定电压输出的集成三端稳压器，二者的输出电压误差为±0.5V，输出最大电流为100mA；在工作环境温内和功耗范围内有过温和过流保护。

2.4.4  LM78**/LM79**资料

1）LM78系列介绍

用LM7815/LM7915系列三端稳压IC来组成稳压电路所需的外围元件极少，电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路，使用起来可靠、方便，而且价格便宜。该系列集成稳压IC型号中的LM78或LM79后面的数字代表该三端集成稳压电路的输出电压，如LM7815表示输出的电压为正15v，LM7915表示输出电压为负15v。

最大输出电流1.5A。

LM78系列输出电压分别为5V、6V、8V、9V、10V、12V、15V、18V、24V；

    LM79系列的输出电压则与LM78相反。

2）实际应用

在实际应用中，应在三端集成稳压电路上安装足够大的散热器（当然小功率的条件下不用）。当稳压管温度过高时，稳压性能将变差，甚至损坏。

3）LM7815/LM7915 引脚图、参数及典型应用电路

1. LM7815 引脚图、参数及典型应用电路

（a）LM7815引脚图                  （b） LM7815典型应用电路

图2.4.3  LM7815 引脚图及典型应用电路

表1   LM7815参数

2.  LM7915 引脚图、参数及典型应用电路

LM7915引脚图                           LM7915典型应用电路

图2.4.4 LM7915 引脚图及典型应用电路

表2   LM7915参数

3  实验设计

3.1  实验设计电路图

图3.1.1 直流稳压电源总原理图

3.2  实验设计设备及器件

（1）multisim模拟仿真电子实验软件

（2）变压器 输入交流电，幅度220V，频率50Hz

（3）整流堆 输入电压范围0V—25V

（4）电容 470uF电容两个，0.1F电容2个，0.33F电容两个,300欧姆电阻两个

（5）三端集成稳压器 LM7815，LM7915各一块

（6）双通道示波器

（7）连接导线若干

3.3  仿真

图3.3.1 ±15v直流稳压电源仿真图

课程设计心得体会

为期一周的课程设计已经结束了，虽然期间有很多波折和失败，但最终还是的完成了课程设计要求，这一期间，我收获良多。

我们组分到的题目是设计正负15V输出的直流稳压电源，老师为我们的题目进行详细的要求。刚接到这个题目我心中一阵窃喜，直流稳压电源最后一节课我们粗略讲过，对各个知识点的记忆还很清晰，而且上课老师告诉我们两个很好用、现在用的很多也实用的集成稳压器LM7815和LM7915。这更是大大降低器件选择，参数计算和电路搭接的难度。

首先我把课本上关于直流稳压源那一张的内容仔细浏览了一遍，理出了设计直流稳压电源四个主要部分的功能，器件参数要求和电路搭接。然后上网大致搜索了一下直流稳压源的设计电路经过自己的努力和网上查找最终我画出了初步的电路图，开始在电脑上搭接电路，真正的考验开始了。

我以为这个是个很简单的电路，各个部分结构都很清晰，而且我非常自信的认为我的电路很正确。可最终的结果在mlutisim上仿了好几次都是错的，最后通过请教了我们模电老师一点一点地解决了问题原因在于我把变压器和整流桥给弄错了。经过修正和调试终于将电路完整的、正确的准确无误的在示波器上将近似正负15伏电压的波形输出。

通过这次课程设计懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正提高自己的实际动手能力和思考的能力，我体会最深刻的三点是：第一、要敢于去动手操作和实践，从失败中总结经验，然后应用到下次的实践当中，不断地失败不断地重新开始，直至成功。第二、不能盲目自信，很多事不能想当然，遇事都要进过谨慎周密的考虑后再行动，如果只是凭自己的感觉就行动结果往往会带来不好的结果。第三、真正体会到自己的学识的少，以后应该好好的学习，尤其是关于自己专业方面的书、相关的软件使用，还有老师上课讲的东西真的很重要应该去好好的去学、去听。

最后要感谢老师的耐心的指导和建议。

参考文献

[1]清华大学电子教研组编.童诗白，华成英主编:《模拟电子技术基础》.第四版.2006.5

[2]北京电子工业出版社.、王立香、任鲁涌主编：《multisim & Ultiboard 10原理图与PCB设计》.2009

目录

1 总体方案    1

1.1  稳压电源的设计方案    1

1.2  原理框图    1

2 设计原理分析    2

2.1  电源变压器    2

2.1.1  电源变压器图电路设计    2

2.1.2  电源变压器参数计算    2

2.1.3  电源变压器器件选择    3

2.2  整流电路    3

2.2.1  整流电路图设计    3

2.2.2  整流参数计算    4

2.2.3  整流参数器件选择    4

2.3  滤波电路    5

2.3.1  滤波电路图设计    5

2.3.2  滤波电路参数的计算    5

2.3.3  滤波电路器件选择    5

2.4  稳压电路    5

2.4.1  稳压电路图设计    6

2.4.2  稳压电路参数计算    7

2.4.3  集成三端稳压选择    7

2.4.4  LM78**/LM79**资料    7

3  实验设计    10

3.1  实验设计电路图    10

3.2  实验设计设备及器件    10

3.3  仿真    10

课程设计心得体会    12

参考文献    13