5v直流稳压电源设计.docx

5v直流稳压电源设计.docx

《5v直流稳压电源设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《5v直流稳压电源设计.docx（9页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

5v直流稳压电源设计

内容摘要

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。

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。

本设计主要采用直流稳压构成集成稳压电路，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，并实现

5V电压稳定输出。

关键词：

5V，变压器，整流，滤波，稳压器

引言

关于稳压电源的分类，首先就应该清楚电源的输出是什么，是输出直流电还是输出交流电。

第二个层次的分类可以根据调整管的工作状态来分类。

第三个层次的分类就是根据稳压电路与负载的连接方式来分类。

再往下面细分由于各种不同的电路特性相差太大，就不好一概而论，应该根据每一个具体类别的特性进行分类区分了。

当然这里所谈的分类只是根据直流稳压电源的特点给出一个大致的分类思路，图1是根据上面的思路划分的稳压电源种类。

图1稳压电源分类

根据调整管的工作状态，我们常把直流稳压电源分成两类：

线性稳压电源和开关稳压电源[1]。

线性稳压直流电源的特点是：

输出电压比输入电压低；反应速度快，输出纹波较小；工作产生的噪声低；效率较低（现在经常看的LDO就是为了解决效率问题而出现的）；发热量大（尤其是大功率电源），间接地给系统增加热噪声。

线性电源产品可广泛应用于科研、大专院校、实验室、工矿企业、电解、电镀、充电设备等。

开关电源的工作过程相当容易理解，在线性电源中，让功率晶体管工作在线性模式，与线形电源不同的是，PWM开关电源是让功率晶体管工作在导通和关断的状态，在这两种状态中，加在功率晶体管上的伏-安乘积是很小的（在导通时，电压低，电流大；关断时，电压高，电流小）/功率器件上的伏安乘积就是功率半导体器件上所产生的损耗。

与线性电源相比，PWM开关电源更为效的工作过程是通过“斩波”[2]，即把输入的直流电压斩成幅值等于输入电压幅值的脉冲电压来实现的。

脉冲的占空比由开关电源的控制器来调节。

一旦输入电压被斩成交流方波，其幅值就可以通过变压器来升高或降低。

通过增加变压器的二次绕组数就可以增加输出的电压组数。

最后这些交流波形经过整流滤波后就得到直流输出电压。

开关电源产品广泛应用于工业自动化控制、军工设备、科研设备、LED照明、工控设备、通讯设备、电力设备、仪器仪表、医疗设备、半导体制冷制热等领域。

第1章直流稳压电源

直流稳压电源是一种将220V工频交流电转换成稳压输出的直流电压的装置，它需要变压、整流、滤波、稳压四个环节才能完成[2]，见图2。

图2直流稳压电源框图

其中：

①电源变压器：

是降压变压器，它将电网220V交流电压变换成符合需要的交流电压，并送给整流电路，变压器的变比由变压器的副边电压确定。

②整流电路：

整流电路将交流电压变换成脉动的直流电压。

再经滤波电路滤除较大的纹波成分，输出纹波较小的直流电压。

常用的整流滤波电路有全波整流滤波、桥式整流滤波等。

③滤波电路：

可以将整流电路输出电压中的交流成分大部分加以滤除，从而得到比较平滑的直流电压。

各滤波电容C满足RC＝（3~5）T/2，或中T为输入交流信号周期，RL为整流滤波电路的等效负载电阻。

④稳压电路：

稳压电路的功能是使输出的直流电压稳定，不随交流电网电压和负载的变化而变化。

常用的集成稳压器有固定式三端稳压器与可调式三端稳压器。

第2章硬件电路

2.1设计要求

直流稳压电源的主要技术指标：

①输入电压交流220v，输出直流电压Uo=

5v

②输出电流Io=1A

2.2电路设计

2.2.1整流电路

整流电路的作用是将交流降压电路输出的电压较低的交流电转换成单向脉动性直流电，这就是交流电的整流过程，整流电路主要由整流二极管组成[3]。

经过整流电路之后的电压已经不是交流电压，而是一种含有直流电压和交流电压的混合电压，习惯上称单向脉动性直流电压。

采用二极管单相全波整流电路如图3所示。

图3单相全波整流电路

在u2的正半周内，二极管VD1、VD3导通，VD2、VD4截止；u2的负半周内，VD2、VD4导通，VD1、VD3截止。

正负半周内部都有电流流过的负载电阻RL，且方向是一致的。

电路的输出波形如图4所示。

图4整流电路输出波形

在桥式整流电路中，每个二极管都只在半个周期内导电，所以流过每个二极管的平均电流等于输出电流的平均值的一半，即电路中的每只二极管承受的最大反向电压为

（U2是变压器副边电压有效值）。

2.2.2滤波电路

滤波电路常用于滤去整流输出电压中的纹波。

在设计中，常利用电容器两端的电压不能突变和流过电感器的电流不能突变的特点，将电容器和负载电容并联或电容器与负载电阻串联，以达到使输出波形基本平滑的目的。

选择电容滤波电路，直流输出电压：

Uo1=（1.1～1.2）U2

直流输出电流：

I2是变压器副边电流的有效值。

2.2.3稳压电路

前面所讨论的整流滤波电路，都是不能保证输出稳定的直流电压。

输出电压不稳定的主要原因有以下几个方面：

经整流滤波后输出的直流电压，虽然平滑程度较好，但其稳定性仍比较差。

其原因主要有以下几个方面：

1、由于输入电压不稳定（通常交流电网允许有±10％的波动），而导致整流滤波电路输出直流电压不稳定；

2、由于整流滤波电路存在内阻，当负载变化时，引起负载电流发生变化，使输出直流电压发生变化；

3、由于电子元件（特别是导体器件）的参数与温度有关，当环境温度发生变化时，引起电路元件参数发生变化，导致输出电压发生变化；

4、整流滤波后得到的直流电压中仍然会有少量纹波成份，不能直接供给那些对电源质量要求较高的电路。

所以，为了得到输出稳定的直流电压，经整流滤波后的直流电压必须采取一定的稳压措施才能适合电子设备的需要。

本设计选用固定式三端稳压器。

选用W7805三端正电源稳压电路，输出稳定+5v电压；选用W7905三端负电源稳压电路，输出稳定的-5v电压。

它有一系列固定的电压输出，应用非常的广泛。

每种类型由于内部电流的限制，以及过热保护和安全工作区的保护，使它基本上不会损坏。

如果能够提供足够的散热片，它们就能够提供大于1.5A的输出电流。

虽然是按照固定电压值来设定的，但是当接入适当的外部器件后，就能获得各种不同的电压和电流。

具有如下特点：

（1）短路电流230mA,峰值电流2.2A，但是当输出电流超过1.5A时，就需要提供足够的散热片；

（2）输入电压极限值35v，输出电压典型值为5V，最大值5.25V；

（3）热过载保护；

（4）短路保护；

（5）输出晶体管安全工作区保护；

78xx/79xx系列在降压电路中应注意以下事项：

（1）输入输出压差不能太大,太大则转换效率急速降低，而且容易击穿损坏；

（2）输出电流不能太大，1.5A是其极限值。

大电流的输出，散热片的尺寸要足够大，否则会导致高温保护或热击穿；

（3）输入输出压差也不能太小,大小效率很差。

其封装电路如图5所示。

图5W7805/W7905引脚图

其中，对于W7805：

1端为输入端，2端为公共端，3端为输出端。

对于W7905：

1端为公共端，2端为输入端，3端为输出端。

输出+5V和-5V电压的稳压电路图如图6所示。

图6稳压器电路

其中，正常时，输入与输出之间的电压不得低于2v。

Ci、Co用于实现频率补偿，防止稳压器产生高频自激和抑制电路引入的高频干扰。

2.2.4直流稳压电路整体图

直流稳压电路图如图7所示。

图7直流稳压电路图

电压观察电路如图8所示。

图8电压测量电路

第3章元件选取

3.1电源变压器

在电容滤波的整流电路中，变压器次级线圈除供给负载电流外，还要向电容充电。

由于充电时的电流瞬时值很大，因此通过变压器次级线圈的电流平均值虽然等于I=，但通过变压器次级线圈的有效值I2要比I=大，I2和I=的关系决定于电流脉冲波型的形状，波型愈小，有效值愈大。

一般取：

由于一般这种整流电路后面都要用稳压电路，因此以上估算已能解决实际问题，而没有必要再作繁琐的精确计算。

3.2整流二极管的选择

流过每个二极管的直流电流

有载时的直流输出电压：

故变压器次级线圈电压的有效值：

每个二极管承受的最大反向电压：

可根据ID和

值选二极管。

可选用整流二极管IN4004（标准整流电流为1A，最大反向工作电压为400V）。

3.3滤波电容的C的确定

RLC（RL为负载阻值）越大，电容器放电越慢，输出电压平均值越大。

一般可选放电时间常数RLC大于C的充电周期（3~5）倍[4].对桥式整流来说,C的充电周期等于交流电网周期的一半，即

式中，为流电周期，RL为负载电阻，

取

所以

电容耐压VC=

=1.414*4.2V

取C=0.01F/5V。

第4章总结

通过近一段时间的努力,在指导老师们的辛勤指导下,在同学的帮助下,结合软件硬件,终于将直流稳压电源制作完成了。

让我感觉到所学的知识能得到很好的应用，巩固了所学的专业知识，增强了自己的动手能力，在制作计的过程中学到了很多东西。

通过本次毕业设计,我用自己所学的专业知识结合同学意见完成了实物，并且达到满意的效果。

在这次设计中我用到了模拟电路、数字电路、Protel99SE等课程学到的知识，让我明白自身知识的缺乏，很多方面需要进一步加强。

在整个毕业设计期间我进一步了解了PCB板的制作，更能熟练的应用Protel99SE软件弥补很多以前没注意到的地方，通过本次学习收获不少；进一步提高了硬件软件结合的产品设计与开发能力，当然在这方面还有很多地方需要努力。

在过程中我得到过很多同学的帮助，以及指导老师的意见，使得我的毕业设计圆满完成。

这些经验在以后的工作中一定会有很大的帮助的。

参考文献

[1]白德鹏．红外遥控的直流稳压电源．电子科技大学学位论文，2007

[2]王鸿麟．直流稳压电源的原理和设计．北京：

人民邮电出版社，1981

[3]李哲英，李晓光，陈同占．现代电子系统小功率直流稳压电源设计．北京：

中国铁道出版社，1996

[4]王兆安，黄俊．电力电子技术．北京：

机械工业出版社，2005