基于7805 7905的正負(fù)5v雙電源設(shè)計(jì) PCB+電路原理圖等資料

ID:350762 · 發(fā)表于 2019-3-8 10:48

基于7805、7905的正負(fù)5V雙電源Altium Designer畫的原理圖和PCB圖如下：(51hei附件中可下載工程文件)

一、引  言
關(guān)于穩(wěn)壓電源的分類，首先就應(yīng)該清楚電源的輸出是什么，是輸出直流電還是輸出交流電。第二個(gè)層次的分類可以根據(jù)調(diào)整管的工作狀態(tài)來(lái)分類。第三個(gè)層次的分類就是根據(jù)穩(wěn)壓電路與負(fù)載的連接方式來(lái)分類。再往下面細(xì)分由于各種不同的電路特性相差太大，就不好一概而論，應(yīng)該根據(jù)每一個(gè)具體類別的特性進(jìn)行分類區(qū)分了。當(dāng)然這里所談的分類只是根據(jù)直流穩(wěn)壓電源的特點(diǎn)給出一個(gè)大致的分類思路，圖1是根據(jù)上面的思路劃分的穩(wěn)壓電源種類。

目  錄
一、引  言             1
1、單片機(jī)的發(fā)展             1
2、電源系統(tǒng)             1
二、設(shè)計(jì)項(xiàng)目及功能             1
1、功能要求             1
2、參數(shù)說(shuō)明             2
三、設(shè)計(jì)方案             2
四、原理分析             2
1、電源變壓器             X
2、橋式整流電路             X
3、濾波電路             X
4、穩(wěn)壓電路             X
五、設(shè)計(jì)過(guò)程             X
1、項(xiàng)目原理圖             X
1、項(xiàng)目PCB圖             X
六、項(xiàng)目總結(jié)             X

圖1 穩(wěn)壓電源分類

根據(jù)調(diào)整管的工作狀態(tài)，我們常把直流穩(wěn)壓電源分成兩類：線性穩(wěn)壓電源和開關(guān)穩(wěn)壓電源。線性穩(wěn)壓直流電源的特點(diǎn)是：輸出電壓比輸入電壓低；反應(yīng)速度快，輸出紋波較小；工作產(chǎn)生的噪聲低；效率較低(現(xiàn)在經(jīng)常看的LDO就是為了解決效率問(wèn)題而出現(xiàn)的)；發(fā)熱量大（尤其是大功率電源），間接地給系統(tǒng)增加熱噪聲。

線性電源產(chǎn)品可廣泛應(yīng)用于科研、大專院校、實(shí)驗(yàn)室、工礦企業(yè)、電解、電鍍、充電設(shè)備等。

開關(guān)電源的工作過(guò)程相當(dāng)容易理解，在線性電源中，讓功率晶體管工作在線性模式，與線形電源不同的是，PWM開關(guān)電源是讓功率晶體管工作在導(dǎo)通和關(guān)斷的狀態(tài)，在這兩種狀態(tài)中，加在功率晶體管上的伏-安乘積是很小的（在導(dǎo)通時(shí)，電壓低，電流大；關(guān)斷時(shí)，電壓高，電流小）/功率器件上的伏安乘積就是功率半導(dǎo)體器件上所產(chǎn)生的損耗。

與線性電源相比，PWM開關(guān)電源更為效的工作過(guò)程是通過(guò)“斬波”，即把輸入的直流電壓斬成幅值等于輸入電壓幅值的脈沖電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)的。脈沖的占空比由開關(guān)電源的控制器來(lái)調(diào)節(jié)。一旦輸入電壓被斬成交流方波，其幅值就可以通過(guò)變壓器來(lái)升高或降低。通過(guò)增加變壓器的二次繞組數(shù)就可以增加輸出的電壓組數(shù)。最后這些交流波形經(jīng)過(guò)整流濾波后就得到直流輸出電壓。

開關(guān)電源產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化控制、軍工設(shè)備、科研設(shè)備、LED照明、工控設(shè)備、通訊設(shè)備、電力設(shè)備、儀器儀表、醫(yī)療設(shè)備、半導(dǎo)體制冷制熱等領(lǐng)域。

電源是向電子設(shè)備提供功率的裝置，也稱作電源供電器，一般的電子設(shè)備使用的基本上都是直流電源，而把交流電變成直流電的裝置叫做整流電源。電源按性質(zhì)分為有源電源和無(wú)源電源。

有源電源有電池、電瓶等。電池分為鎳電池和銀鋅電池還有鋰電池三種。

（1）鎳電池電量大、成本低，但是已經(jīng)被淘汰使用了，原因是不支持充放電，只能一次性使用。鎳的污染大，燃燒后的氣體含有重金屬人吸入會(huì)重金屬中毒，填埋在土地會(huì)污染地下水源，導(dǎo)致土地大面積無(wú)法生長(zhǎng)植物。

（2）銀鋅電池電量較大、支持充放電重復(fù)使用，但是也被淘汰使用了，原因是由于其中含有銀成分，金銀價(jià)格都很高，材料導(dǎo)致整體成本高，其次含有記憶效應(yīng)。

（3）鋰電池是現(xiàn)在使用的電池，十多年都沒(méi)有進(jìn)步和改善。唯一的改善是手機(jī)鋰電池變成三元極性型材料+電解質(zhì)+外封裝的小型不易碎電池。

設(shè)計(jì)項(xiàng)目及功能

1、功能要求

通過(guò)整流、濾波、穩(wěn)壓的過(guò)程將220V的交流電穩(wěn)定的直流電，并實(shí)現(xiàn)正負(fù)5V電壓穩(wěn)定輸出。

2、參數(shù)說(shuō)明

（1）7805和7905三端穩(wěn)壓集成電路：

電子產(chǎn)品中，常見(jiàn)的三端穩(wěn)壓集成電路有正電壓輸出的78××系列和負(fù)電壓輸出的79××系列。三端是指這種穩(wěn)壓用的集成電路，只有三條引腳輸出，分別是輸入端、接

地端和輸出端。它的樣子象是普通的大功率三極管，TO-220的標(biāo)準(zhǔn)封裝，也有9013樣子的TO-92封裝。因?yàn)槿斯潭ḿ煞€(wěn)壓電路的使用方便，電子制作中經(jīng)常采用。該兩塊芯片對(duì)比參如表2.2.1所示。

芯片型號(hào)	輸入電壓范圍	工作溫度	輸出電壓范圍
7805	5V---35V	0----125℃	4.75V---5.25V
7905	0V---35V	0----125℃	-4.75V----5.25V

表2.2.1 7805 7905穩(wěn)壓芯片對(duì)照表

濾波電容和去耦電容：

在本設(shè)計(jì)中電容的作用是濾波與去耦，往往為了使電路相對(duì)平衡濾波與去耦采用對(duì)稱的四組電容，但是為了達(dá)到較好的效果我們就需要對(duì)電容的取值進(jìn)行計(jì)算與分析。

首先我們要了解電容容抗的計(jì)算方法：電容器的容抗用XC表示，容抗XC的大小由下列公式計(jì)算(通過(guò)這一計(jì)算公式可以更為全面地理解容抗與頻率、容量之間的關(guān)系)：

Xc=1/2πfC (容抗的計(jì)算公式)

式中：π為常數(shù);f為交流信號(hào)的頻率，單位為Hz(赫茲);C為電容器的容量，單位為F(法拉)。其次我們需要知道電容器容抗等效理解方法：根據(jù)上述內(nèi)容可以將電容等效成一個(gè)“電阻”(當(dāng)然是一個(gè)受頻率高低、容量大小影響的特殊電阻)，如圖2.2.1所示，這時(shí)可以用分析電阻電路的一套方法來(lái)理解電容電路的工作原理，這是電路分析中常用的等效理解方法。等效理解的目的是為了方便電路分析和對(duì)工作原理的理解。

圖2.2.1電容器容抗等效理解示意圖

而濾波電容的選取方法如：AC220V經(jīng)變壓器變壓后為AC9V，如采用全波整流其直流峰值為2*9*1.41倍約25.38V，理論上濾波電容耐壓不小于25.38V，考慮到AC220V，在正常情況下在198~242V之間變化的，濾波電容通常選用耐壓32V，若采用橋式整流，其直流峰值為9*1.41倍約12.69V，理論上濾波電容耐壓不小于12.69V，選用耐壓16V即可。經(jīng)7805后的電容耐壓只要大于5V即可。

容量大小，主要是要考濾紋波系數(shù)大小、負(fù)載電流、電源高頻干擾及其他因素來(lái)定，通常理論計(jì)算較復(fù)雜。用7805作穩(wěn)壓模塊，全波整流后用電解電容4700uF作低頻濾波，同時(shí)并聯(lián)一個(gè)104的瓷片電容作高頻濾波，7805后只需有電解電容容量200uF。即可達(dá)到很好的效果。

三、設(shè)計(jì)方案

本次項(xiàng)目設(shè)計(jì)按照課堂要求遵循傳統(tǒng)方法按照變壓，整流，濾波，穩(wěn)壓，去耦的思路進(jìn)行設(shè)計(jì)，為了提高設(shè)計(jì)專業(yè)性使用繪圖工具進(jìn)行電路設(shè)計(jì)與硬件仿真，其詳細(xì)方案為：將220V、50Hz的交流電壓通過(guò)電源變壓器變?yōu)槲覀冃枰碾妷骸⑷缓笤俳?jīng)過(guò)整流電路將交流電壓變?yōu)槊}動(dòng)的直流電壓。因?yàn)槊}動(dòng)的直流電壓含有較大的紋波成分，必須經(jīng)過(guò)濾波電路加以濾波，從而得到平滑的直流電壓。但濾波后電壓還是會(huì)因?yàn)殡娋W(wǎng)電壓的波動(dòng)、負(fù)載和溫度的變化而變化無(wú)法達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。因此，在經(jīng)過(guò)整流、濾波電路之后，還要接上穩(wěn)壓電路保證輸出穩(wěn)定的直流電壓。但是為了避免負(fù)載的非線性性對(duì)穩(wěn)壓電源產(chǎn)生干擾我們還需要再輸出端接上去耦電容，該方案基本框圖如圖3.1.1。

圖3.1.1穩(wěn)壓模塊設(shè)計(jì)方案圖

四、方案論證

1、電源變壓器

變壓器是變換交流電壓、電流和阻抗的器件，當(dāng)初級(jí)線圈中通有交流電流時(shí)，鐵芯中便產(chǎn)生交流磁通，使次級(jí)線圈中感應(yīng)出電壓或電流。現(xiàn)在常見(jiàn)的變壓器有大小兩種，比較小的變壓器一般內(nèi)部銅線較細(xì)功率較小，而大的變壓器內(nèi)部銅線較粗功率較大。所以有以下兩種方案：

方案一：采用比較小的電源變壓器

優(yōu)點(diǎn)：體積小，便于集成在PCB上使電路功能更加完善。

缺點(diǎn)：功率小，不僅無(wú)法向大功率負(fù)載提供足夠的功率，在大功率負(fù)載的情況下容易燒毀，其壽命也不及較大的變壓器。

方案二：采用比較大的電源變壓器

優(yōu)點(diǎn)：功率大，電流強(qiáng)，可以給較大功率的負(fù)載供電并且足夠穩(wěn)定，不易燒毀。

缺點(diǎn)：體積大，不便于集成。

方案選定：鑒于以上分析，本設(shè)計(jì)采用方案二。

2、整流電路方案選擇

整流電路的作用是將交流降壓電路輸出的電壓較低的交流電轉(zhuǎn)換成單向脈動(dòng)性直流電，這就是交流電的整流過(guò)程，整流電路主要由整流二極管組成。電源電路中的整流電路主要有半波整流電路、全波整流電路和橋式整流三種，倍壓整流電路用于其它交流信號(hào)的整流，例如用于發(fā)光二極管電平指示器電路中，對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行整流。

方案一：半波整流電路

圖4.2.1半波整流電路

半波整流電路電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用元件少，但整流效率低，輸出電壓脈動(dòng)大，它只適用于要求不高的場(chǎng)合。

方案二：橋式整流電路

圖4.2.2橋式整流電路

橋式整流電路克服了全波整流電路要求變壓器次級(jí)有中心抽頭和二極管承受反壓大的缺點(diǎn)，但多用了兩只二極管。在半導(dǎo)體器件發(fā)展快，成本較低的今天，此缺點(diǎn)并不突出，因而橋式整流電路在實(shí)際中應(yīng)用較為廣泛。

方案三：對(duì)于倍壓整流電路，它能夠輸出比輸入交流電壓更高的直流電壓，但這種電路輸出電流的能力較差，所以具有高電壓，小電流的輸出特性。

方案選定：鑒于以上分析，本設(shè)計(jì)采用方案二。

3、濾波電路方案選擇

整流電路將交流電變?yōu)槊}動(dòng)直流電，但其中含有大量的交流成分，為了獲得平滑的直流電壓，應(yīng)在整流電路的后面加接濾波電路，以濾去交流成分。

方案一：電感濾波電路

圖4.3.1電感濾波電路

電感L起著阻止負(fù)載電流變化使之趨于平直的作用。一般電感濾波電路只適用于低電壓、大電流的場(chǎng)合。

方案二：∏型LC濾波電路

圖4.3.2∏型LC濾波電路

由于電容C對(duì)交流的容抗很小，而電感L對(duì)交流阻抗很大，因此，負(fù)載RL上的紋波電壓很小。但由于電阻要消耗功率，所以，此時(shí)電源的損耗功率較大，電源功率降低。

方案三：電容濾波電路

圖4.3.3電容濾波電路

整流電路接入濾波電容后，不僅使輸出電壓變得平滑、紋波顯著減少，同時(shí)輸出電壓的平均值也增大了。

方案選定:鑒于以上分析，本設(shè)計(jì)采用方案三。

4、穩(wěn)壓電路

方案一:簡(jiǎn)單的并聯(lián)型穩(wěn)壓電源

并聯(lián)型穩(wěn)壓電源的調(diào)整元件與負(fù)載并聯(lián)，因而具有極低的輸出電阻，動(dòng)態(tài)特性好，電路簡(jiǎn)單，并具有自動(dòng)保護(hù)功能;負(fù)載短路時(shí)調(diào)整管截止，可靠性高，但效率低，尤其是在小電流時(shí)調(diào)整管需承受很大的電流，損耗過(guò)大，因此在本實(shí)驗(yàn)中不適合此方案。

方案二:由固定式三端穩(wěn)壓器(7805, 7905)組成

由固定式三端穩(wěn)壓器( 7805, 7905)輸出腳V。、輸入腳V;和接地腳GND組成，LM317是可調(diào)電壓穩(wěn)壓芯片，7805，7809, 7812,7905則屬于CW78**, CW79**系列的穩(wěn)壓器，輸入端接電容可以進(jìn)一步濾波，輸出端接電容可以改善負(fù)載的瞬間影響，此電路比較穩(wěn)定。

方案三:簡(jiǎn)單的串聯(lián)型穩(wěn)壓電源

串聯(lián)穩(wěn)壓電源，即利用串聯(lián)于電路中的調(diào)整管Q1進(jìn)行動(dòng)態(tài)分壓而使負(fù)載得到穩(wěn)定電壓的電路。串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的工作原理，是在輸入電壓存在波動(dòng)時(shí)，輸出電壓保持恒定的裝置，利用穩(wěn)壓二極管兩端電壓不變的原理，使輸出電壓保持不變,并用多級(jí)三極管組成達(dá)令頓復(fù)合電路，組成放大器提高穩(wěn)壓精度。

方案選定:鑒于以上分析，本設(shè)計(jì)采用方案二。

設(shè)計(jì)過(guò)程

項(xiàng)目原理圖

圖4.1.1 +/-5 V穩(wěn)壓電路原理圖

2、項(xiàng)目PCB圖

圖4.1.2 +/-5 V穩(wěn)壓電路PCB圖

3、項(xiàng)目PCB3D預(yù)覽圖

元件清單

封裝	元件名稱	位置號(hào)	備注
KF350-3P	Header 3	+/-v13, JP2	3P接插件
CAP 5.01012.5	電解電容3300	C1, C2, C5, c6	Capacitor
CC 1.8*3.6	普通電容	C3, C4, C7, C8	Capacitor
SRP10-15-21-P	S1	S1, S2	散熱片
M3x4+6_N	銅柱加頭大焊盤	SP1, SP2, SP3, SP4	銅柱
TO220A	78xx	V1	線性穩(wěn)壓芯片
TO220A	79xx	V2	線性穩(wěn)壓芯片
KBL	KBL	整流	600V/8A整流橋

心得體會(huì)

因?yàn)榇笠蛔鲞^(guò)模電實(shí)驗(yàn)，做的就是直流穩(wěn)壓電源，所以原以為會(huì)很簡(jiǎn)單。但是經(jīng)過(guò)這次設(shè)計(jì)我才了解到設(shè)計(jì)不等于制作，設(shè)計(jì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于制作。

這次課題設(shè)計(jì)讓我們感受最深的是在繪制電路板時(shí)遇到的問(wèn)題。由于對(duì)實(shí)際元件了解不是很好在確定封裝時(shí)繞了不少的彎路，導(dǎo)致浪費(fèi)了不少時(shí)間毀。在經(jīng)過(guò)了耐心和長(zhǎng)時(shí)間的查閱后終于發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤所在。

通過(guò)這次的課題設(shè)計(jì)了解了電源制作的整個(gè)過(guò)程，還有它的工作原理，在和課本上的知識(shí)對(duì)照更加理解了電源的原理。通過(guò)這次設(shè)計(jì)電源的課題設(shè)計(jì)方案，了解了直流穩(wěn)壓電源的方案論證和模塊之間的聯(lián)系以及元器件的選取，讓我們更加進(jìn)一步的了解了直流穩(wěn)壓電源的工作原理和它的性能指標(biāo)。

這次設(shè)計(jì)之后，我認(rèn)識(shí)到自己只有在實(shí)踐中才能真正的了解電路了解自己的知識(shí)掌握程度，加深對(duì)知識(shí)的理解程度。

這次外圍電路模塊設(shè)計(jì),雖然短暫但是讓我得到多方面的提高:1、提高了我們的邏輯思維能力，使我們?cè)谶壿嬰娐返姆治雠c設(shè)計(jì)上有了很大的進(jìn)步。加深了我們對(duì)組合邏輯電路與時(shí)序邏輯電路的認(rèn)識(shí)，進(jìn)一步增進(jìn)了對(duì)一些常見(jiàn)邏輯器件的了解。另外，我們還更加充分的認(rèn)識(shí)到，外圍電路模塊設(shè)計(jì)這門課程在科學(xué)發(fā)展中的至關(guān)重要性2，查閱參考書的獨(dú)立思考的能力以及培養(yǎng)非常重要，我們?cè)谠O(shè)計(jì)電路時(shí)，遇到很多不理解的東西，有的我們通過(guò)查閱參考書弄明白，有的通過(guò)網(wǎng)絡(luò)查到，但由于時(shí)間和資料有限我們更多的還是獨(dú)立思考。3，相互討論共同研究也是很重要的，經(jīng)常出現(xiàn)一些問(wèn)題，比如電路設(shè)計(jì)中的分頻器的設(shè)計(jì)，開始并不理解分頻器的原理，但是和其他的專業(yè)同學(xué)討論后，理解了分頻器的基本原理后，很快的設(shè)計(jì)了電路原理圖。

通過(guò)這兩周對(duì)外圍電路模塊設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)，在過(guò)去的這一周時(shí)間里面，原本以為會(huì)比較輕松的設(shè)計(jì)任務(wù)卻讓我覺(jué)得有點(diǎn)措手不及。雖然困難重重，但是在遇到的各種各樣的問(wèn)題中，我學(xué)會(huì)了耐心，學(xué)會(huì)了堅(jiān)持，我們小組團(tuán)結(jié)互助共同努力完成了本次的設(shè)計(jì)。

我從這次的設(shè)計(jì)中還感受到堅(jiān)持的重要性。做事情不能輕言談放棄，雖然過(guò)程不順利，與想象中相去甚遠(yuǎn)。但是只要我們能堅(jiān)持，朝著自己既定的目標(biāo)前進(jìn)，就一定會(huì)走到終點(diǎn)。一點(diǎn)小小的挫折實(shí)際上是在為最后的美景做鋪墊，當(dāng)我們守得云開見(jiàn)月明的時(shí)候，就會(huì)發(fā)現(xiàn)，沿途的曲折其實(shí)是在考驗(yàn)我們的目標(biāo)是否堅(jiān)定。堅(jiān)持下來(lái)，我們會(huì)收獲豐碩的果實(shí)。

電子課程設(shè)計(jì)，不僅讓我們的知識(shí)更加牢固，還讓我意識(shí)到我們所學(xué)的知識(shí)可以與生活緊密的聯(lián)系起來(lái)。這讓我對(duì)自己有了更多的信心，因?yàn)槲覀冊(cè)诖髮W(xué)里面不是混日子，而是在學(xué)習(xí)真正對(duì)我們的生活有幫助的知識(shí)和能力。一個(gè)小小的課程設(shè)計(jì)，卻讓我有了大大的希望。我會(huì)更加珍惜現(xiàn)在這么好的學(xué)習(xí)環(huán)境，努力學(xué)習(xí)知識(shí)，讓自己在激烈的社會(huì)競(jìng)爭(zhēng)中立足，也把自己所學(xué)的知識(shí)運(yùn)用到生活實(shí)際中來(lái)回報(bào)社會(huì)。

這兩周的電源的設(shè)計(jì)，盡管不是我設(shè)計(jì)的，可是我能夠明白其中的原理，也算是一種不同的收獲。其實(shí)我感觸最多的是老師的課堂，老師的課和其他老師不一樣，沒(méi)有規(guī)規(guī)矩矩的，而是在給我們不斷舉例子講實(shí)例，讓我明白生活中很多事物遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有宣傳的那么好，也沒(méi)有表現(xiàn)的那么好。走在時(shí)代前端的我們，肩負(fù)著新時(shí)代的責(zé)任，我不知道我可否能顧回報(bào)社會(huì)，是否能夠回報(bào)父母，但是起碼我不會(huì)辜負(fù)每一位老師對(duì)我們的期望。完成作業(yè)，完成老師的課堂任務(wù)，就是我們的主要任務(wù)。現(xiàn)在我們的課程很多，每周都會(huì)上同樣的課程十幾節(jié)，很枯燥，但是看到老師還是不辭辛苦給我們講課時(shí)，我依然會(huì)打起十二分的精神對(duì)待，希望有一天學(xué)有所成，做一個(gè)優(yōu)秀的人，那是最大的收獲。