直流稳压电源的设计 1

附件1： 周新亮

课 程 设 计

题 目 学 院 专 业 班 级 姓 名 指导教师

2013 年 1 月 16 日

课程设计任务书

学生姓名： 周新亮 专业班级：电子科学与技术1201班 指导教师： 吴友宇 工作单位： 信息工程学院 题 目: 多路输出直流稳压电源设计 初始条件：

可选元件：变压器/15W/±12V；整流二极管或整流桥若干，电容、电阻、电位器若干；根据

需要选择若干三端集成稳压器；交流电源220V，或自备元器件。

可用仪器：示波器，万用表，毫伏表

要求完成的主要任务: （1）设计任务

根据技术要求和已知条件，完成对多路输出直流稳压电源的设计、装配与调试。

（2）设计要求

① 要求设计制作一个多路输出直流稳压电源，可将220V/50Hz交流电转换为多路直流稳压

电源

输出：±12V/1A，±5V/1A，一组可调正电压+3~+18V/1A。

② 选择电路方案，完成对确定方案电路的设计。计算电路元件参数与元件选择、并画出总

体电路原理图，阐述基本原理。（选做：用PSPICE或EWB软件完成仿真） ③ 安装调试并按规定格式写出课程设计报告书。

时间安排：

1、月求说明。

2、 3、

4、

5、

课设答疑地点：鉴主14楼电子科学与技术实验室。

指导教师签名： 年 月 日

系主任（或责任教师）签名： 年 月 日

ˆ

目录

摘要 ………………………………………………………………………………I 1 技术指标及要求……………………………………………………………1

1.1 设计任务及要求 ……………………………………………………1 1.2 设计思想 ……………………………………………………………1 2 方案论证及整体电路工作原理 …………………………………………1 2.1 方案论证………………………………………………………………1 2.2 整体电路工作原理……………………………………………………3 3 单元电路设计：……………………………………………………………3 3.1 电源变压器……………………………………………………………3 3.2 整流及滤波电容的计算………………………………………………5 3.3 可调电压电阻的计算…………………………………………………5 4 测试结果及与理论指标对比分析…………………………………………6 4.1 输出电压测试结果……………………………………………………6 4.2 测试结果与理论指标分析……………………………………………6 5 体会与心得…………………………………………………………………6 6 参考文献……………………………………………………………………7 附录1 ……………………………………………………………………………8 附录2 ……………………………………………………………………………9

摘要

直流稳压电源一般是由电源变压器、整流、滤波及稳压电路所组成。

变压器把市电交流电压变为所需要的低压交流电。整流电路把交流电变为直 流电。经滤波后，稳压器再把不稳定的直流电压变为稳定的直流电压输出。 本设计通过变压、整流、滤波、稳压过程，将220V交流电变为稳定的直流 电，本次设计主要使用了LM317、7805、7905、7812和7912等集成电路， 实现输出±5V、±12V电压及一路+3V ~ +18V可调电压。稳压电路采用集 成稳压器。

关键词：变压 ； 整流 ； 滤波 ； 稳压

1 技术指标及要求

1.1 设计任务及要求

1.1.1 设计任务

根据任务书的要求，需要设计降压、整流、滤波及稳压等环节，稳压环

节还需要有正确的输出

1.1.2 设计要求

设计一个多路输出直流稳压电源，可将220V/50Hz交流电转换为多路直 流稳压电源，输出：±12V/1A，±5V/1A，一组可调电压+3~+18V/1A。选择 电路方案，确定电路方案的设计。计算电路元件参数与元件选择、并画出总 体电路原理图，阐述基本原理。 1.2 设计思想

本次设计首先采用变压器把220V交流电变成所需要的电压；整流，利 用二极管的单向导电性，可以设计出把交流电变成直流电的电路；再根据电 容的滤波作用，输出纹波较小的直流电，从而得到平滑的直流电压；最后通 过稳压块的稳压作用，就可以得到输出稳定的直流电。

2 方案论证及整体电路工作原理

2.1 方案论证

2.1.1 变压器

根据设计要求，输出最大电源为+18V/1A， 因此，输出的最大功率为

18W。另外，为了输出正、负电压，所以可以选择220V/ 18W/±15V的变

压器。

2.1.2 整流电路

因为选择了三端输出的变压器，所以整流桥可以选择单桥整流桥或由四 个二极管构

成整流。选择单桥整流的电路和四个二极管的效果一样，但是单桥整流桥所 需经费要高。从电路的结构和经济两方面出发，最后决定选择了由四个二极 管构成整流较好。 2.1.3 滤波电路

经过整流的电压要经过滤波电路的滤波作用，在这里选择电容滤波，简 单，方便，而且适合小电流负载。 2.1.4 集成稳压片

由设计要求知，要输出±5V，±12V，+3~+18V。

方案一：采用LM317及LM337分别组成独立的可调电压源。LM317可 以输出可调的直流电压，稳压器内部含有过流，过热保护电路；由一个电阻 （R）和一个可变电位器(Rw)组成电压输出调节电路，输出电压为：

Vo1.25(1Rw/R1)[1]

。LM337输出为负的可调电压，采用两个独立的变压

器分别和LM317及LM337组装，操作比较简单。

方案二：采用LM317可调式三端稳压器以及LM78XX、79XX系列稳压 电源。同方案一中，LM317可以输出3~18V的正相电压且稳压器内部含有 过流，过热保护电路，而LM7805和LM7905可以分别输出稳定的+5V和-5V、 LM7812和LM7912可以分别输出+12和-12V[1]，相较方案一而言，此电路在 制 作上难度有所下降而且原理结构简单，此电源就选用了LM317以及LM78XX、 79XX系列稳压电源。

2.2 整体电路工作原理

根据交流电变成直流电的原理，该设计问题按先后顺序可分为变压电

路、整流电路、滤波电路、稳压电路，其流程图如图1所示。

图1

3 单元电路设计

3.1 电源变压器

3.1.1 电源变压器参数计算与元器件选择

通过变压器的副边输出功率来选择变压器，LM317的输出电压范围为 3~18V，则其输入电压范围在 Uomaxmin(UiUo)UiUominmax(UiUo)[3]

即：18V + 3V ≤ Ui ≤ 3V + 40V U2 ≥ Uimin / 1.2 = 17.5V

又有I=1A，变压器副边输出功率P2 ≥ I2 U2 = 17.5 W。 变压器的效率η = 0.7，则原边输入功率P ≥ P2 / η = 25W。

任务书给定变压器只有15W，故所有直流稳压源不能同时进行高功率输出。 由上分析，输出电流为1A时，输出电压不可能大于12V。因此，可以 选择 15W/±15V 的变压器。

3.2 整流及滤波电容的计算

电路如下图所示

图1 可调稳压电路

图2 恒压稳压电路 整流采用由四个二极管

1N4007构成整流，其特性参数为URM = 2200V，

而

i42.4V

，则URM满足要求。当单端输出时，IF =1A，Iomax =1A，则

UoUo

UiUi

能满足要求。 因为稳压系数

SV

[2]

式中，当Uo =18V，Ui =20V，

ΔUop-p =10mV，SV =3×10-3 Ui 则滤波电容为 C

UoppUiUoSV

3.70V

ICtIt

omax1715F UiUi

可调稳压电路电容C

18V25.45V，不可调稳压电路 电容C

12V16.97V。由于在采购过程中只买到2个 2200µF/50V、2个1000µF/25V电容，由于需要电容大小为2703µF，故实际 由一个2200µF/25电容和1000µF也并用于可调输出电路的滤波。

3.3 可调电压电路电阻的计算 下图为可调稳压电路

由LM317的性质知道:

Va=1.25(1+

R3RV1[2]

)R1

当输出为3~18V时，经计算得R2=280Ω,RV1min = 0Ω,RV1max= 2400Ω。实 际上不可能达到这一要求，以防实际工作中出现误差，保留一定的余度。故 取R2为选用一个50OOΩ的电位器，因此可调500Ω电位器可以满足R2=280 Ω,RV1 = 2.5KΩ的可调电位器，由于资源有限，所以本设计就选用了5.1K 的电位器并联上一个5.1K的电阻，其有效电阻了2.55KΩ的可调电位器，此

值可满足RV1max= 2400Ω的要求。

4 测试结果及与理论指标对比分析

4.1输出电压测试结果

表1 测量值与理论值

4.2 测试结果与理论指标分析

在实际电路中，电阻的阻值并不完全理想化，在焊接过程中，电路板

上的锡丝也有电阻，各种元件并不是没有误差，导致正电压源的输出与理 论值有些许出入。但是负电压源的测量值与实际值的差别很大，我检查了

一下，是由于在最开始焊接电路的时候。我把79XX三端输出稳压管的三个 引脚弄错了，通电后对稳压管造成了影响，是输出电压值有错误；我重新 接入了新的稳压管后，其输出电压达到了误差较小的理论值左右。

5 体会与心得

在本次课设实验中，电路的分析，焊接，调试。直流稳压源的设计用

到了电路的分析，仿真软件的使用，对结果的思考与检验。但是本次试验还是比较成功的。

参考文献

[1] 康华光．电子技术基础（模拟部分）（第四版）．武汉：高等教育

出版社，2005.7

[2] 王增福，魏永明《新编线性稳压电路》，北京，电子工业出版社， 2001.1

[3] 谢自美．电子线路设计.设计.实验.测试（第三版）．武汉：华中科技大学出版社，2006

附录1 整体电路图

附录2 元件清单

表2 元件清单

本科生课程设计成绩评定表

指导教师签字： 年 月 日

附件1： 周新亮

课 程 设 计

题 目 学 院 专 业 班 级 姓 名 指导教师

2013 年 1 月 16 日

课程设计任务书

学生姓名： 周新亮 专业班级：电子科学与技术1201班 指导教师： 吴友宇 工作单位： 信息工程学院 题 目: 多路输出直流稳压电源设计 初始条件：

可选元件：变压器/15W/±12V；整流二极管或整流桥若干，电容、电阻、电位器若干；根据

需要选择若干三端集成稳压器；交流电源220V，或自备元器件。

可用仪器：示波器，万用表，毫伏表

要求完成的主要任务: （1）设计任务

根据技术要求和已知条件，完成对多路输出直流稳压电源的设计、装配与调试。

（2）设计要求

① 要求设计制作一个多路输出直流稳压电源，可将220V/50Hz交流电转换为多路直流稳压

电源

输出：±12V/1A，±5V/1A，一组可调正电压+3~+18V/1A。

② 选择电路方案，完成对确定方案电路的设计。计算电路元件参数与元件选择、并画出总

体电路原理图，阐述基本原理。（选做：用PSPICE或EWB软件完成仿真） ③ 安装调试并按规定格式写出课程设计报告书。

时间安排：

1、月求说明。

2、 3、

4、

5、

课设答疑地点：鉴主14楼电子科学与技术实验室。

指导教师签名： 年 月 日

系主任（或责任教师）签名： 年 月 日

ˆ

目录

摘要 ………………………………………………………………………………I 1 技术指标及要求……………………………………………………………1

1.1 设计任务及要求 ……………………………………………………1 1.2 设计思想 ……………………………………………………………1 2 方案论证及整体电路工作原理 …………………………………………1 2.1 方案论证………………………………………………………………1 2.2 整体电路工作原理……………………………………………………3 3 单元电路设计：……………………………………………………………3 3.1 电源变压器……………………………………………………………3 3.2 整流及滤波电容的计算………………………………………………5 3.3 可调电压电阻的计算…………………………………………………5 4 测试结果及与理论指标对比分析…………………………………………6 4.1 输出电压测试结果……………………………………………………6 4.2 测试结果与理论指标分析……………………………………………6 5 体会与心得…………………………………………………………………6 6 参考文献……………………………………………………………………7 附录1 ……………………………………………………………………………8 附录2 ……………………………………………………………………………9

摘要

直流稳压电源一般是由电源变压器、整流、滤波及稳压电路所组成。

变压器把市电交流电压变为所需要的低压交流电。整流电路把交流电变为直 流电。经滤波后，稳压器再把不稳定的直流电压变为稳定的直流电压输出。 本设计通过变压、整流、滤波、稳压过程，将220V交流电变为稳定的直流 电，本次设计主要使用了LM317、7805、7905、7812和7912等集成电路， 实现输出±5V、±12V电压及一路+3V ~ +18V可调电压。稳压电路采用集 成稳压器。

关键词：变压 ； 整流 ； 滤波 ； 稳压

1 技术指标及要求

1.1 设计任务及要求

1.1.1 设计任务

根据任务书的要求，需要设计降压、整流、滤波及稳压等环节，稳压环

节还需要有正确的输出

1.1.2 设计要求

设计一个多路输出直流稳压电源，可将220V/50Hz交流电转换为多路直 流稳压电源，输出：±12V/1A，±5V/1A，一组可调电压+3~+18V/1A。选择 电路方案，确定电路方案的设计。计算电路元件参数与元件选择、并画出总 体电路原理图，阐述基本原理。 1.2 设计思想

本次设计首先采用变压器把220V交流电变成所需要的电压；整流，利 用二极管的单向导电性，可以设计出把交流电变成直流电的电路；再根据电 容的滤波作用，输出纹波较小的直流电，从而得到平滑的直流电压；最后通 过稳压块的稳压作用，就可以得到输出稳定的直流电。

2 方案论证及整体电路工作原理

2.1 方案论证

2.1.1 变压器

根据设计要求，输出最大电源为+18V/1A， 因此，输出的最大功率为

18W。另外，为了输出正、负电压，所以可以选择220V/ 18W/±15V的变

压器。

2.1.2 整流电路

因为选择了三端输出的变压器，所以整流桥可以选择单桥整流桥或由四 个二极管构

成整流。选择单桥整流的电路和四个二极管的效果一样，但是单桥整流桥所 需经费要高。从电路的结构和经济两方面出发，最后决定选择了由四个二极 管构成整流较好。 2.1.3 滤波电路

经过整流的电压要经过滤波电路的滤波作用，在这里选择电容滤波，简 单，方便，而且适合小电流负载。 2.1.4 集成稳压片

由设计要求知，要输出±5V，±12V，+3~+18V。

方案一：采用LM317及LM337分别组成独立的可调电压源。LM317可 以输出可调的直流电压，稳压器内部含有过流，过热保护电路；由一个电阻 （R）和一个可变电位器(Rw)组成电压输出调节电路，输出电压为：

Vo1.25(1Rw/R1)[1]

。LM337输出为负的可调电压，采用两个独立的变压

器分别和LM317及LM337组装，操作比较简单。

方案二：采用LM317可调式三端稳压器以及LM78XX、79XX系列稳压 电源。同方案一中，LM317可以输出3~18V的正相电压且稳压器内部含有 过流，过热保护电路，而LM7805和LM7905可以分别输出稳定的+5V和-5V、 LM7812和LM7912可以分别输出+12和-12V[1]，相较方案一而言，此电路在 制 作上难度有所下降而且原理结构简单，此电源就选用了LM317以及LM78XX、 79XX系列稳压电源。

2.2 整体电路工作原理

根据交流电变成直流电的原理，该设计问题按先后顺序可分为变压电

路、整流电路、滤波电路、稳压电路，其流程图如图1所示。

图1

3 单元电路设计

3.1 电源变压器

3.1.1 电源变压器参数计算与元器件选择

通过变压器的副边输出功率来选择变压器，LM317的输出电压范围为 3~18V，则其输入电压范围在 Uomaxmin(UiUo)UiUominmax(UiUo)[3]

即：18V + 3V ≤ Ui ≤ 3V + 40V U2 ≥ Uimin / 1.2 = 17.5V

又有I=1A，变压器副边输出功率P2 ≥ I2 U2 = 17.5 W。 变压器的效率η = 0.7，则原边输入功率P ≥ P2 / η = 25W。

任务书给定变压器只有15W，故所有直流稳压源不能同时进行高功率输出。 由上分析，输出电流为1A时，输出电压不可能大于12V。因此，可以 选择 15W/±15V 的变压器。

3.2 整流及滤波电容的计算

电路如下图所示

图1 可调稳压电路

图2 恒压稳压电路 整流采用由四个二极管

1N4007构成整流，其特性参数为URM = 2200V，

而

i42.4V

，则URM满足要求。当单端输出时，IF =1A，Iomax =1A，则

UoUo

UiUi

能满足要求。 因为稳压系数

SV

[2]

式中，当Uo =18V，Ui =20V，

ΔUop-p =10mV，SV =3×10-3 Ui 则滤波电容为 C

UoppUiUoSV

3.70V

ICtIt

omax1715F UiUi

可调稳压电路电容C

18V25.45V，不可调稳压电路 电容C

12V16.97V。由于在采购过程中只买到2个 2200µF/50V、2个1000µF/25V电容，由于需要电容大小为2703µF，故实际 由一个2200µF/25电容和1000µF也并用于可调输出电路的滤波。

3.3 可调电压电路电阻的计算 下图为可调稳压电路

由LM317的性质知道:

Va=1.25(1+

R3RV1[2]

)R1

当输出为3~18V时，经计算得R2=280Ω,RV1min = 0Ω,RV1max= 2400Ω。实 际上不可能达到这一要求，以防实际工作中出现误差，保留一定的余度。故 取R2为选用一个50OOΩ的电位器，因此可调500Ω电位器可以满足R2=280 Ω,RV1 = 2.5KΩ的可调电位器，由于资源有限，所以本设计就选用了5.1K 的电位器并联上一个5.1K的电阻，其有效电阻了2.55KΩ的可调电位器，此

值可满足RV1max= 2400Ω的要求。

4 测试结果及与理论指标对比分析

4.1输出电压测试结果

表1 测量值与理论值

4.2 测试结果与理论指标分析

在实际电路中，电阻的阻值并不完全理想化，在焊接过程中，电路板

上的锡丝也有电阻，各种元件并不是没有误差，导致正电压源的输出与理 论值有些许出入。但是负电压源的测量值与实际值的差别很大，我检查了

一下，是由于在最开始焊接电路的时候。我把79XX三端输出稳压管的三个 引脚弄错了，通电后对稳压管造成了影响，是输出电压值有错误；我重新 接入了新的稳压管后，其输出电压达到了误差较小的理论值左右。

5 体会与心得

在本次课设实验中，电路的分析，焊接，调试。直流稳压源的设计用

到了电路的分析，仿真软件的使用，对结果的思考与检验。但是本次试验还是比较成功的。

参考文献

[1] 康华光．电子技术基础（模拟部分）（第四版）．武汉：高等教育

出版社，2005.7

[2] 王增福，魏永明《新编线性稳压电路》，北京，电子工业出版社， 2001.1

[3] 谢自美．电子线路设计.设计.实验.测试（第三版）．武汉：华中科技大学出版社，2006

附录1 整体电路图

附录2 元件清单

表2 元件清单

本科生课程设计成绩评定表

指导教师签字： 年 月 日