正负两路输出的直流稳压电源设计.doc

1、一、 集成稳压器选型集成稳压器是指将不稳定的直流电压变为稳定的直流电压的集成电路。由于集成稳压器具有稳压精度高、工作稳定可靠、外围电路简单、体积小、重量轻等显箸优点，在各种电源电路中得到了普遍的应用。其中，三端集成稳压器是目前稳压电源中应用最广的一个系列。这是由于该器件系列化程度好:固定式集成稳压器(78/79系列)有正电压、负电压输出;输出电压分挡规格齐全;输出电流分成四档;精度适中;能满足一般电子产品的需要。可调式集成稳压器(317/337系列)既保留了固定式的特点,输出电压又在1.25一37V连续可调,因此应用十分广泛。78XX系列集成稳压器是常用的固定正输出电压的集成稳压器，输出电压有

2、5V、6V、9V、12V、15V、18V、24V等规格，79XX系列集成稳压器是常用的固定负输出电压的集成稳压器，输出电压有-5V、-6V、-9V、-12V、-15V、-18V、-24V等规格，最大输出电流为1.5A。它的内部含有限流保护、过热保护和过压保护电路，采用了噪声低、温度漂移小的基准电压源，工作稳定可靠。78XX系列和79XX集成稳压器为三端器件：1脚为输入端，2脚为接地端，3脚为输出端，使用十分方便。 根据本文的设计要求，可采用7815和7905两片三端集成芯片实现+15V和-5V电压输出。其封装外形图如图1所示。图1：三端集成稳压器常用封装二、78XX和79XX三端稳压器的工作原

3、理简介78XX的芯片内部结构单元框图如下图图2所示。图2：78XX的芯片内部结构单元框图由图可知，三端集成稳压器采用串联稳压方式。它由启动电路、基准电路、误差放大器、调整管、取样电阻及保护电路等组成。其工作原理是：取样电路将输出电压Uo按比例取出，送入比较放大器与基准电压进行比较，差值被放大后去控制调整管，以使输出电压Uo保持稳定。79XX系列集成压器是常用的固定负输出电压的三端集成稳压器，除输入电压和输出电压均为负值外，其他参数和特点与78XX系列集成稳压器相同，内部结构如图3所示，原理不再赘述。图3：79XX系列集成压器内部结构图三、典型应用电路三端集成稳压器的应用电路很简单，基本应用电路

4、如图4所示，以78XX为例，只要把正输入电压加到输入端（输入电压比输出电压高一定额度），78XX的公共端接地，其输出端便能输出芯片标称正电压，79XX系列集成稳压器只要把负输入电压加到输入端（输入电压模值比输出电压模值高一定额度），其公共端接地，其输出端便能输出芯片标称负电压。图4：三端集成稳压器经典应用电路实际应用电路中，芯片输入端和输出端与地之间分别接大容量滤波电容外，通常还要在芯片引出脚根部接小电容到地，用于抑制芯片的自激振荡和压窄高频带宽，减少高频噪声。四、电路设计1、直流稳压电源的基本原理直流稳压电源一般由变压器，整流电路，滤波电路和稳压电路组成，其原理框图5所示。图5：直流稳压电源

5、原理框图电源变压器的作用是将电网的交流220v电压 Ui变换成所需的电压U1，整流电路的作用是将交流电压U1变换成脉动的直流电压U2，整流电路主要有半波整流、全波整流方式，可以由二极管构成的整流桥实现，常见的整流二极管有1N4007、1N5148等，桥堆有RS210等。滤波电路作用是将脉动直流U2滤除纹波，变成纹波小的U3，常见的电路有RC滤波，KL和TI型滤波电路等，小纹波的U3作为稳压芯片的输入电压，从而得到稳压输出U0。2、负5V直流电压的稳压电源电路根据以上分析，可设计出-5V直流电压的稳压电源电路的基本形式图6所示。图 6：负5V直流稳压电源电路原理图220V交流市电通过电源变压器变

6、换成交流低压，再经过桥式整流电路D1D4和滤波电容C1的整流和滤波，在固定式三端稳压器MC7905的Vin和GND两端形成一个并不十分稳定的直流电压(该电压常常会因为市电电压的波动或负载的变化等原因而发生变化)。此直流电压经过MC7905的稳压和C2的滤波便在稳压电源的输出端产生了精度高、稳定度好的直流输出电压。本稳压电源可作为TTL电路或单片机电路的电源。三端稳压器是一种标准化、系列化的通用线性稳压电源集成电路，以其体积小、成本低、性能好、工作可靠性高、使用简捷方便等特点，成为目前稳压电源中应用最为广泛的一种单片式集成稳压器件。2.1 变压器设计变压器是一种应用电磁感应原理，将电能从一个电路

7、传输到另一电路的电磁装置，是电源的关键设备之一。变压器只能用于交流传输，不能用于直流传输，在交流电路中起到电气隔离、储能、变压、变流、变阻等作用，在本设计电路中，主要应用其变压特性。由于此直流稳压源是市电供电，则可选用工频变压器，额定电压为220V，频率为50HZ,由于要求的输出电压是-5v，因此输入三端集成稳压器合适的输入电压为7V，又考虑到变换电路的自身压降，故选择变压器的次级输出交流电压为9v，可以求出变压比为220/9，设计为25。根据额定输出功率为5W，额定输出电压模值为5V，可以求额定输出电流为1A，根据变压器的工作原理，则可估知变压器的初级额定输出电流有效值为41mA，次级额定输

8、出电流有效值为555mA，考虑到变压器的降额和抗饱和使用，可以设计变压器的额定电流为1A，次级绕组功率为9W，假设变压器效率为0.7，可设计变压器的容量为15W。2.2 整流器选择 整流电路（rectifying circuit）是把交流电能转换为直流电能的电路，主要由整流二极管组成，电源电路中的整流电路主要有半波整流电路、全波整流电路和桥式整流三种。半波整流电路输出的电压只有半周，所以这种单向脉动性直流电主要成分仍然是50Hz的，因为输入交流市电的频率是50Hz，半波整流电路去掉了交流电的半周，没有改变单向脉动性直流电中交流成分的频率；全波和桥式整流电路相同，用到了输入交流电压的正、负半周，

9、使频率扩大在倍为100Hz，所以这种单向脉动性直流电的交流成分主要成分是100Hz的，这是因为整流电路将输入交流电压的一个半周转换了极性，使输出的直流脉动性电压的频率比输入交流电压提高了一倍，这一频率的提高有利于滤波电路的滤波。 在电源电路的三种整流电路中，只有全波整流电路要求电源变压器的次级线圈设有中心抽头，其他两种电路对电源变压器没有抽头要求。另外，半波整流电路中只用一只二极管，全波整流电路中要用两只二极管，而桥式整流电路中则要用四只二极管。根据上述两个特点，可以方便地分辨出三种整流电路的类型，但要注意以电源变压器有无抽头来分辨三种整流电路比较准确。 在半波整流电路中，当整流二极管截止时，

10、交流电压峰值全部加到二极管两端。对于全波整流电路而言也是这样，当一只二极管导通时，另一只二极管截止，承受全部交流峰值电压。所以对这两种整流电路，要求电路的整流二极管其承受反向峰值电压的能力较高；对于桥式整流电路而言，两只二极管导通，另两只二极管截止，它们串联起来承受反向峰值电压，在每只二极管两端只有反向峰值电压的一半，所以对这一电路中整流二极管承受反向峰值电压的能力要求较低。通过对电路原理的分析，我们的整流模块选择桥式整流。拓扑形式图7所示。图 7：桥式整流电路根据输出电流和电压的考虑，每只二极管所承受的最大反向电压为，为12.726V；对于桥式整流，每只二极管的平均电流，为0.5A；RC滤波

11、电路中，电容C的选择应适应,即RC放电时间常数应满足：RC=(35)T/2选择整流二极管的型号为1N4002，其反向电压耐压值为50V，滤波电容选择0.33u，输出旁路电容选择为0.1u。3、正12V稳压电源电路正15V电路和负5V电路结构相似，其电路原理图8所示。图 8：正15V直流稳压电源电路正15V稳压电路的原理和负5V稳压电路的原理一样，电路结构也基本相同，主要区别是输入电压极性相反，电路元器件中除了变压器次级电压，即U1应选择为-20V，其它元器件结构选型均与-5V电路相同，所以设计电路参数时，除了变压器匝数比有变化外，其他不变。4、整体电路系统的整体电路图如图9所示。图 9：所设计

12、直流稳压电源整体原理图由图可以看出使用三端集成器的稳压电源，外围电路十分简单，集成度高，因此使用十分方便。此系统中，变压器设计成为单端输入，双端输出，即二次侧成为双端输出，以减少变压器体积，节约资源，提高效率。五、总结设计这款电源，主要分为了几个模块，首先是变压器模块，将市电转化为低压交流，然后是整流模块，将交流转化成直流，接着是滤波模块，最后经稳压芯片稳压，得出直流稳压输出，由上面电路图可知，此款电源的输出有两路，内部结构基本成对称情形，外围电路非常简单，便于设计快速设计，由于电路简单，并且内置保护模块，故此电源十分稳定，结构简单也使得电源的设计工作大大简化，整体上说此电源结构简单，运行稳定

13、，重量轻，便于携带集成。然而，由于芯片输入和输出存在着相当的压降，并且电流比较大，因此也存在着效率低，发热量大的缺点，比起单片开关电源来，效率明显偏低，因此主要使用在对效率要求不高的场合，任何产片在设计中都不可能十全十美，因此，在使用时，需要折中考虑。由于MC7815和MC7905的输入电压的极性相反，因此在电路连接的时候，应特别注意电路的电气连接，避免因连接错误而引起严重后果，另外芯片的输出电流为1A，因此在使用时候，应考虑其负载，保证电源的降额使用。六、参考文献1户川治郎（日本），实用电源电路设计手册*科学出版社*19892李定宣*稳压电源设计与应用*中国电力出版社*2006,83童诗白，华成英*模拟电子技术基础*高等教育出版社*2006,54王力，张伟*protel 99SE典型实例*人民邮电出版社*2006,125康华光*模拟电子技术基础（第五版）高等教育出版社*20056郭海文*电气实验技术*中国矿业大学出版社*2008,12