正负5V直流稳压电源设计

信电学院电子信息工程专业CDIO二级项目项目设计说明书（2012/2013学年第二学期）项目名称： 低通滤波器系统仿真及设计专业班级:信息1103学生姓名:李荣群学号：100070312指导教师:马小进、吴开兴、马永强设计周数:/设计成绩: 2013年7月12日目录TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"1项目设计目的及任务 2\o"CurrentDocument"2方案比较与选择 23电路仿真与分析 33.1电路仿真 33.1.1仿真软件 33.1.2仿真过程 3\o"CurrentDocument"3.1.2.1仿真电路 33.1.2.2仿真电路分析 43.2电路分析 43.2.1电路设计 4\o"CurrentDocument"3.2.1.1整流电路 43.2.1.2滤波电路 5\o"CurrentDocument"3.2.1.3稳压电路 5\o"CurrentDocument"3.2.1.4整体电路 63.2.2元件选取 6讨论及进一步研究建议 6\o"CurrentDocument"项目设计心得 7参考文献 7项目设计目的及任务本项目设计的目的是为了给整个低通滤波器系统提供正负5V的稳定直流电源，主要任务是通过整流、滤波、稳压的相应原理将220V的工频交流电转换成稳定输出的正负5V直流电源。方案的比较与选择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。在这里我开始设计了两套方案，第一套是根据变压、整流、滤波、稳压四个步骤先将220工频交流电通过变压器转换成10V左右的交流电，然后通过滤波，最后通过LM7805、LM7905进行稳压，电路图如下：U1图2-1第二套方案是直接将220V的交流电接到由耐压1000V的二极管组成的桥式整流电路中，然后通过电容滤波、最后通过LM7805、LM7905对滤波后电压进行稳压，电路图如下:V1='\220Vrms

50Hz

0°1N4007D1iA1N4007D31420uFC1C3LINE VREGVOLTAGEU1LM7805CTCOMMON2 1N4007100nF-I-D24007V1='\220Vrms

50Hz

0°1N4007D1iA1N4007D31420uFC1C3LINE VREGVOLTAGEU1LM7805CTCOMMON2 1N4007100nF-I-D24007二二==100nFD4420uF JJ6C9C4C2■■—100nF100uFC7C5C8COMMONVOLTAGELINEVREGp—r100nF420uFU2

LM7905CT图2-2第一套方案正5V输出正常，但是-5V输出时-5.6V左右离-5V有一定的差距，而第二套方案正负电源输出很接近正负5V，满足设计要求，故最终选择第二套方案。电路仿真与分析3.1电路仿真3.1.1仿真软件仿真采用功能比较强大的Multisim,Multisim是美国国家仪器（NI）有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。可以使用Multisim交互式地搭建电路原理图，并对电路进行仿真。Multisim提炼了SPICE仿真的复杂内容，这样工程师无需懂得深入的SPICE技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计，这也使其更适合电子学教育。通过Multisim和虚拟仪器技术，PCB设计工程师和电子学教育工作者可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程。3.1.2仿真过程3.1.2.1仿真电路U1LM7805CTV11220Vrms50Hz0° 240071N4007D120ufJci_LLINEVREGVOLTAGEC3COM100nFMON100uF140071N4007tlC^-C4C5D2D4U1LM7805CTV11220Vrms50Hz0° 240071N4007D120ufJci_LLINEVREGVOLTAGEC3COM100nFMON100uF140071N4007tlC^-C4C5D2D442T100nF0uFCOMMONVOLTAGE〔LINE VREG0uFT100nFC社1C7U__C8ifT100nF42U2

LM7905CT3.1.2.2仿真电路分析图3-13.1.2.2仿真电路分析图3-1图3-2图3-3通过观察示波器以及电压表，可以看出正电压稳定为5.506V,负电压稳定在-5.38V左右，示波器也是一条直线，说明之前的交流通过整流、滤波、稳压之后已经把220V的交流电转换成了正负5V的线性直流电源。3.2电路分析3.2.1电路设计3.2.1.1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。电路图如下：图3-43.2.1.2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，电路图如下：11* 1420uFC121 *C6100nF0+C11匚nC10「100nF4212 9图3-53.2.1.3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土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LM7805三端正电源稳压电路，输出稳定+5v电压；选用LM7905三端负电源稳压电路，输出稳定的-5v电压。电路图如下：LINE VREGVOLTAGEU3LM7805CTCOMMON11LINE VREGVOLTAGEU3LM7805CTCOMMON11C11

—p100nFC14C12〒〒C14C12〒〒100nF420uF-J__COMMONVOLTAGELINEVREGU4LM7905CT图3-63.2.1.4整体电路通过将上述三部分的分析综合起来画出总的电路图，总体电路图如下:U1U1图3-73.2.2元件选取交流电源为220V50HZ的工频交流电，考虑到220V的电压直接接二极管，故选取最高耐压为1000V的二级管连接成桥式整流器，电容C1、C9、C5经过计算选取420uF，C2为100uF，C3、C4消除纹波因素选取100nF。稳压模块选取稳压输出为5V的电源管理ICLM7805和电压输出为-5V的电源管理ICLM7905。讨论及进一步研究建议这个方案总的来说实现了正负5V电源设计的要求，但是也存在一些问题，比如负5V电源最后输出离标准-5V还是存在一定的差距，整个系统还有待于完善及进一步改进，使之更接近于设计目标。项目设计心得通过这几天时间的努力,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，比如团队协作。在这次设计中我用到了模拟电路等课程学到的知识，让我明白自身知识的缺乏，很多方面需要进一步加强。在整个系统的设计中也遇到了很多问题，比如将一个系统分成多个模块来做，每个模块单独运行都没有问题，但是最后组装在一起时去出现各种各样的问题。问题的原因还是主要