直流稳压电源 一、任务要求简介 1．基本要求 (1)输入电压220V、50Hz、四路直流电源输出在电压变化范围+10%~-10%的情况下: a第一路输出电压-5V，最大输出电流为1.5A； b。二路输出电压为 12V，最大输出电流为1.5A； c.第三路输出电压为 5V，最大输出电流为3A； d第四路输出电压范围0~+5V最大输出电流为1A； (2)负载调整率≤1%(最低输入电压下满载) (3)纹波电压(峰-峰)≤5mV(在最低输入电压下，满载) （4）效率≥40% (5)电压调节率≤1%(输入电压2200V变化范围＋10%～－10%下，空载到满载） (6)具有过流和短路保护功能 2．发挥部分 实现第四路输出电压数字管的显示功能，提高电压调节率和负载调节率
二、系统功能简介 (一)变压器 本课程采用220V转16V变压器。满足设计所需的电压值。 (二)整流电路 整流电路（rectifying circuit）将交流电能转换为直流电能的电路主要有半波整流电路、全波整流电路和桥式整流。 a) 半波整流 b)全波整流 c)桥式整流 图1 三种整流电路 方案1半波整流 如图a)因此，利用二极管的单向导电性，将大小和方向随时间变化的工频交流电转化为单向脉动直流电的过程称为整流。半波整流后，输出电压约为原电压的一半，如24V半波整流后，交流电压的输出直流电压约为12V。半波整流电路由一个二极管构成。使用元件少。输出波形脉动大，直流成分小，变压器利用率低。 方案2 全波整流电路 如图b所示，全波整流是一种交流整流电路。在这种整流电路中，电流个周期内，电流通过一个整流器件（如晶体二极管），在另一个半周内，电流通过第二个整流器件，两个整流器件的连接可以使电流通过同一方向的负载。全波整流前后的波形不同于半波整流，是全波整流中交流的两个半波，提高了整流器的效率，使整个电流易于光滑。因此，全波整流广泛应用于整流器中。电源变压器在应用全波整流器时必须有中心抽头。负载电阻R的电流方向总是一样的，无论是正半周还是负半周。全波整流输出电压的直流成分增加，脉动程度降低，但变压器需要中心抽头，制造麻烦，整流二极管需要承受较高的反向电压，一般适用于输出电压不太高的场合。全波整流电路采用中央抽头变压器和两个二极管，使整个周期内有直流输出。输出电压平均值是半波整流的两倍，两个二极管轮流工作，正电流等于负载电流平均值的一半。二极管承受的最大反向电压等于变压器副侧两个绕组的峰值电压。 方案3 桥式整流电路 桥式整流器采用四个二极管，两个对接。输入正弦波的正半部分是两个管导通，得到正输出；输入正弦波的负半部分时，另外两个管导通。因为这两个管是反向连接的，所以输出仍然得到正弦波的正半部分。 输入正弦波的桥式整流器效率是半波整流器的两倍。 比较优缺点：第三种整流方法在效率和整流程度上都更好，因此本课程采用桥式整流电路设计。
图2 降压整流电路
(3)滤波电路 滤波电路中最重要的是滤波电容器。其工作原理是当整流电压高于电容电压时，当整流电压低于电容电压时，电容器放电，电压在充放电过程中基本稳定。 (四)稳压电路 稳压电路的作用是进一步稳定整流后的直流电压。稳压电路是指输入电压、负载、环境温度、电路参数变化时仍能保持输出电压恒定的电路。该电路可提供稳定的直流电源，广泛应用于各种电子设备中。本设计采用LM7805,LM7812,LM7905,LM7912,LM317等芯片。 LM7912简介:
图3 标准应用
图4 外形引脚排列图管脚图 LM7812简介: 三端稳压集成电路 lm7812。在电子产品中，常见的三端稳压集成电路有正电压 输出的 lm78 ×× 输出系列和负电压 lm79××系列。顾名思义，三端 IC 是指 只有三个引脚输出，即输入端、接地端和输出端。 它看起来像普通的三极管，TO- 220 还有标准包装 lm9013 样子的 TO-92 封装。 用 lm78/lm79 系列 三端稳压 IC 构成稳压电源所需的外围元件很少， 电路内还有过流、过热、调节管的保护电路，使用可靠方便，但是 而且价格便宜。该系列集成稳压 IC 型号中的 lm78 或 lm79 后面的数字代表应该 三端集成稳压电路的输出电压，如 lm7806 表示输出电压为正 6V，lm7909 表示输出电压为负 9V。 由于三端固定集成稳压电路使用方便，常用于电子生产。 最大输出电流1.5A，LM78XX系列输出电压分别为 5V;6V;8V;9V;10V;12V;15V;18V;24V。 当生产需要一个能量输出时 1.5A 上述电流的稳压电源通常使用几块三块 端稳压电路并联，使其最大输出电流为 N 个 1.5A，但应用时应注意： 并联使用的集成稳压电路应采用同一厂 同一批号的产品，以确保参数 的一致。此外，在输出电流上有一定的保留 为了避免个别集成稳压电路的损失 其他电路的连锁烧毁是有效的。
图5 基本应用 LM317 LM317是输出电压范围为1的3端正电压稳压器.超过12伏到37伏.5安的电流。该稳压器非常容易使用，只需要两个外部电阻来设置输出电压。此外，内部限流、热关闭和安全工作区域补偿基本上可以防止保险丝燃烧。 LM317服务于各种应用，包括局部稳压和卡上稳压。该设备还可用于制伏可编程输出稳压器，或在调整点和输出之间连接固定电阻，LM317可用作精密稳流器。 *输出电流超过1.5A *输出在1.2~37V之间可调节 *内热过载保护 *内部短路电流不受温度变化的限制 *输出晶体管安全工作区补偿 *福空高压应用工作
特性简介 可调输出电压低至1.2V。保证1.5A 输出电流.01%。典型负载调整率0.1%。80dB 纹波抑制比。输出短路保护。过流过热保护。调整管道安全工作区域的保护。标准三端晶体管包装。 电压范围 LM117/LM317 1.25V 至 37V 连续可调。 包装形式如下：
绝对最大额定值罗 符号 参数 值 单位 VI-O 输入输出电压差 40 V IO 输出电流 内部限制 Top 工作结温 LM117 -55到150 ℃ LM217 -25到150 LM317 0到125 Ptot 功耗 内部限制 Tstg 储存温度 -65到150 ℃ 注：输入至少比输出高2V，否则不能调压。输入电要最高不能超过40V吧。输出电流最好不超过1A。输入12V如果输出最高为10，V左右。 由于其内部仍然是线性稳压，功耗相对较大。当输入输入电压差大，输出电流大时，注意317的功耗不要太大。一般加散热片后功耗不超过20W。所以压差大的时候建议分档调压。 三、硬件设计 (一)功能框图设计
(1)电源变压器可通过降压变压器实现。 (2)整流部分一般采用桥式整流，可采用四个整流二极管连接成桥式，也可采用二极管整流桥堆。 (3)滤波电路一般在电流输出不大的情况下选择电容滤波。 (4)三端集成稳压器有两种:固定输出和可调输出。由于项目要求的输出电源是固定的，稳压部分采用输出电压固定的三端集成稳压器。
(二)单元电路设计 (1)稳压电路的设计 根据主题任务和技术指标的要求，选择W7815、W7915、W7812、W7912三端集成稳压器的性能指标如表1所示（LMXX如系列参数所示。 1.电压调节率的定义是维持Io在温度不变的情况下，该参数反映了稳压电源克服输入电压变化影响的能力。 2.负载调整率，负载调整率=(空载时输出电压-满载时输出电压)/(额定负载时输出电压)*100%。 3. 输出最大电流，由LM可以看到系列数据手册，LM7805，LM7905，LM最大输出电压为7812.5A，电流不足可以并联增加倍数，因此输出5V的并联两个LM最大输出电流37805A,输出12V，-5V，最大输出电流为7812和7905.5A。
图6 5V稳压电路
图7 12V和-5V稳压电路
图8 0-5V稳压可调电路 05V稳压电路的原理图如图4所示。LM由317稳压电路组成，其中VD1,VD2,C1获得负压，R3,VDZ与C稳定压滤波后，场效应管VT提高恒流VD3，VD4正向导通的二次稳压性能，从而提高01.25V该端提供-1.3V负基准电压连接到电位器RP2.根据图3所示的公式，输出1.25V~6.25V正电压，则R1与RP2的比值为1:4，测量后选择1K电阻和4K电位器的电阻值。
图9 从零起调的LM317稳压电路
(2)设计双路输出变压器、整流和滤波电路 如图4所示。 变压器的选择主要考虑初次电压电流要求。由于LM输入电压为7812(7912) 18.5～ 28.5V（－18.5～ 28.5V），LM317要求输入，设置UI取为20V，根据电容滤波电路中的电压关系：如果，U2≈UI/1.2.变压器二次电压有效值2×U2≈2×16V。根据主题技术指标的要求，变压器为/50W即可。
整流电路可由由四个整流二极管组成，也可以直接选择桥式整流堆，只要每个整流管的最大反向电压，整流电流就可以。例如，这里有50个选择V/2A桥式整流堆。 滤波电容的容量C应按公式计算RLC≥(3～5)T确定/2。RL为电容所带负载，这里为集成稳压电路的等效输入电阻，T为u2周期。这里C取2200μF/36V满足要求。 (3)直流稳压电源电路图(全图)
图11 整体电路图 四、真设计与调试 （一）电压调整率
图12
图12
图13
由上图可知 1．输出5v电压的电压调整率为0.01%，符合设计要求。 2．输出12v电压的电压调整率为0.03%，符合设计要求。 3．输出-5v电压的电压调整率为0.00%，符合设计要求。 4. 输出0~5v可调电压5v的电压调整率为0.06%，符合设计要求。 （二）负载调整率
1．输出5v电压的负载调整率为0.03%，符合设计要求。 2．输出12v电压的负载调整率为0.1%，符合设计要求。 3．输出-5v电压的负载调整率为0.14%，符合设计要求。 4．输出0~5v可调电压的负载调整率为0.06%，符合设计要求。 （三）纹波电压峰峰值
（四）效率
由上图所示，该电路的效率为54%，符合设计要求。 （五）最大输出电流
五、调试结果
六、成本核算
元器件 个数 单价 合计 附录 LM7805 2 3 LM7812 3 3 LM7905 1 3 LM7912 1 3 LM317 1 6 GBJ5010整流桥 2 5 直排 2200uF电解电容 2 3 耐压50V 220uF电解电容 5 1 耐压50V 100uF电解电容 3 0.5 耐压50V 10uF电解电容 1 0.5 耐压50V 0.33uF陶瓷电容 3 0.2 0.1uF陶瓷电容 5 0.2 1N4001G二极管 13 0.1 2.2V稳压管 1 0.1 场效应管2sk170 1 11 200Ω电阻 1 1 2KΩ电阻 1 1 1K欧姆电阻 1 1 220V变16V变压器50W 1 58 4K欧姆电位器 1 1 10欧姆滑动变阻器25W 2 30 合计 165.9