基于7805 7905的正負5v雙電源設計 PCB+電路原理圖等資料

ID:350762 · 發表于 2019-3-8 10:48

基于7805、7905的正負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
關于穩壓電源的分類，首先就應該清楚電源的輸出是什么，是輸出直流電還是輸出交流電。第二個層次的分類可以根據調整管的工作狀態來分類。第三個層次的分類就是根據穩壓電路與負載的連接方式來分類。再往下面細分由于各種不同的電路特性相差太大，就不好一概而論，應該根據每一個具體類別的特性進行分類區分了。當然這里所談的分類只是根據直流穩壓電源的特點給出一個大致的分類思路，圖1是根據上面的思路劃分的穩壓電源種類。

目  錄
一、引  言             1
1、單片機的發展             1
2、電源系統             1
二、設計項目及功能             1
1、功能要求             1
2、參數說明             2
三、設計方案             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、穩壓電路             X
五、設計過程             X
1、項目原理圖             X
1、項目PCB圖             X
六、項目總結             X

圖1 穩壓電源分類

根據調整管的工作狀態，我們常把直流穩壓電源分成兩類：線性穩壓電源和開關穩壓電源。線性穩壓直流電源的特點是：輸出電壓比輸入電壓低；反應速度快，輸出紋波較小；工作產生的噪聲低；效率較低(現在經常看的LDO就是為了解決效率問題而出現的)；發熱量大（尤其是大功率電源），間接地給系統增加熱噪聲。

線性電源產品可廣泛應用于科研、大專院校、實驗室、工礦企業、電解、電鍍、充電設備等。

開關電源的工作過程相當容易理解，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開關電源是讓功率晶體管工作在導通和關斷的狀態，在這兩種狀態中，加在功率晶體管上的伏-安乘積是很小的（在導通時，電壓低，電流大；關斷時，電壓高，電流小）/功率器件上的伏安乘積就是功率半導體器件上所產生的損耗。

與線性電源相比，PWM開關電源更為效的工作過程是通過“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實現的。脈沖的占空比由開關電源的控制器來調節。一旦輸入電壓被斬成交流方波，其幅值就可以通過變壓器來升高或降低。通過增加變壓器的二次繞組數就可以增加輸出的電壓組數。最后這些交流波形經過整流濾波后就得到直流輸出電壓。

開關電源產品廣泛應用于工業自動化控制、軍工設備、科研設備、LED照明、工控設備、通訊設備、電力設備、儀器儀表、醫療設備、半導體制冷制熱等領域。

電源是向電子設備提供功率的裝置，也稱作電源供電器，一般的電子設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。電源按性質分為有源電源和無源電源。

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重金屬中毒，填埋在土地會污染地下水源，導致土地大面積無法生長植物。

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

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

設計項目及功能

1、功能要求

通過整流、濾波、穩壓的過程將220V的交流電穩定的直流電，并實現正負5V電壓穩定輸出。

2、參數說明

（1）7805和7905三端穩壓集成電路：

電子產品中，常見的三端穩壓集成電路有正電壓輸出的78××系列和負電壓輸出的79××系列。三端是指這種穩壓用的集成電路，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的標準封裝，也有9013樣子的TO-92封裝。因為三端固定集成穩壓電路的使用方便，電子制作中經常采用。該兩塊芯片對比參如表2.2.1所示。

芯片型號	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穩壓芯片對照表

濾波電容和去耦電容：

在本設計中電容的作用是濾波與去耦，往往為了使電路相對平衡濾波與去耦采用對稱的四組電容，但是為了達到較好的效果我們就需要對電容的取值進行計算與分析。

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

Xc=1/2πfC (容抗的計算公式)

式中：π為常數;f為交流信號的頻率，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：根據上述內容可以將電容等效成一個“電阻”(當然是一個受頻率高低、容量大小影響的特殊電阻)，如圖2.2.1所示，這時可以用分析電阻電路的一套方法來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大小、負載電流、電源高頻干擾及其他因素來定，通常理論計算較復雜。用7805作穩壓模塊，全波整流后用電解電容4700uF作低頻濾波，同時并聯一個104的瓷片電容作高頻濾波，7805后只需有電解電容容量200uF。即可達到很好的效果。

三、設計方案

本次項目設計按照課堂要求遵循傳統方法按照變壓，整流，濾波，穩壓，去耦的思路進行設計，為了提高設計專業性使用繪圖工具進行電路設計與硬件仿真，其詳細方案為：將220V、50Hz的交流電壓通過電源變壓器變為我們需要的電壓、然后再經過整流電路將交流電壓變為脈動的直流電壓。因為脈動的直流電壓含有較大的紋波成分，必須經過濾波電路加以濾波，從而得到平滑的直流電壓。但濾波后電壓還是會因為電網電壓的波動、負載和溫度的變化而變化無法達到穩定狀態。因此，在經過整流、濾波電路之后，還要接上穩壓電路保證輸出穩定的直流電壓。但是為了避免負載的非線性性對穩壓電源產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穩壓模塊設計方案圖

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，當初級線圈中通有交流電流時，鐵芯中便產生交流磁通，使次級線圈中感應出電壓或電流。現在常見的變壓器有大小兩種，比較小的變壓器一般內部銅線較細功率較小，而大的變壓器內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

優點：體積小，便于集成在PCB上使電路功能更加完善。

缺點：功率小，不僅無法向大功率負載提供足夠的功率，在大功率負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

優點：功率大，電流強，可以給較大功率的負載供電并且足夠穩定，不易燒毀。

缺點：體積大，不便于集成。

方案選定：鑒于以上分析，本設計采用方案二。

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換成單向脈動性直流電，這就是交流電的整流過程，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的整流，例如用于發光二極管電平指示器電路中，對音頻信號進行整流。

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構簡單，使用元件少，但整流效率低，輸出電壓脈動大，它只適用于要求不高的場合。

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有中心抽頭和二極管承受反壓大的缺點，但多用了兩只二極管。在半導體器件發展快，成本較低的今天，此缺點并不突出，因而橋式整流電路在實際中應用較為廣泛。

方案三：對于倍壓整流電路，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，本設計采用方案二。

3、濾波電路方案選擇

整流電路將交流電變為脈動直流電，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對交流的容抗很小，而電感L對交流阻抗很大，因此，負載RL上的紋波電壓很小。但由于電阻要消耗功率，所以，此時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，同時輸出電壓的平均值也增大了。

方案選定:鑒于以上分析，本設計采用方案三。

4、穩壓電路

方案一:簡單的并聯型穩壓電源

并聯型穩壓電源的調整元件與負載并聯，因而具有極低的輸出電阻，動態特性好，電路簡單，并具有自動保護功能;負載短路時調整管截止，可靠性高，但效率低，尤其是在小電流時調整管需承受很大的電流，損耗過大，因此在本實驗中不適合此方案。

方案二:由固定式三端穩壓器(7805, 7905)組成

由固定式三端穩壓器( 7805, 7905)輸出腳V。、輸入腳V;和接地腳GND組成，LM317是可調電壓穩壓芯片，7805，7809, 7812,7905則屬于CW78**, CW79**系列的穩壓器，輸入端接電容可以進一步濾波，輸出端接電容可以改善負載的瞬間影響，此電路比較穩定。

方案三:簡單的串聯型穩壓電源

串聯穩壓電源，即利用串聯于電路中的調整管Q1進行動態分壓而使負載得到穩定電壓的電路。串聯型穩壓電源的工作原理，是在輸入電壓存在波動時，輸出電壓保持恒定的裝置，利用穩壓二極管兩端電壓不變的原理，使輸出電壓保持不變,并用多級三極管組成達令頓復合電路，組成放大器提高穩壓精度。

方案選定:鑒于以上分析，本設計采用方案二。

設計過程

項目原理圖

圖4.1.1 +/-5 V穩壓電路原理圖

2、項目PCB圖

圖4.1.2 +/-5 V穩壓電路PCB圖

3、項目PCB3D預覽圖

元件清單

封裝	元件名稱	位置號	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	線性穩壓芯片
TO220A	79xx	V2	線性穩壓芯片
KBL	KBL	整流	600V/8A整流橋

心得體會

因為大一做過模電實驗，做的就是直流穩壓電源，所以原以為會很簡單。但是經過這次設計我才了解到設計不等于制作，設計遠遠高于制作。

這次課題設計讓我們感受最深的是在繪制電路板時遇到的問題。由于對實際元件了解不是很好在確定封裝時繞了不少的彎路，導致浪費了不少時間毀。在經過了耐心和長時間的查閱后終于發現錯誤所在。

通過這次的課題設計了解了電源制作的整個過程，還有它的工作原理，在和課本上的知識對照更加理解了電源的原理。通過這次設計電源的課題設計方案，了解了直流穩壓電源的方案論證和模塊之間的聯系以及元器件的選取，讓我們更加進一步的了解了直流穩壓電源的工作原理和它的性能指標。

這次設計之后，我認識到自己只有在實踐中才能真正的了解電路了解自己的知識掌握程度，加深對知識的理解程度。

這次外圍電路模塊設計,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，使我們在邏輯電路的分析與設計上有了很大的進步。加深了我們對組合邏輯電路與時序邏輯電路的認識，進一步增進了對一些常見邏輯器件的了解。另外，我們還更加充分的認識到，外圍電路模塊設計這門課程在科學發展中的至關重要性2，查閱參考書的獨立思考的能力以及培養非常重要，我們在設計電路時，遇到很多不理解的東西，有的我們通過查閱參考書弄明白，有的通過網絡查到，但由于時間和資料有限我們更多的還是獨立思考。3，相互討論共同研究也是很重要的，經常出現一些問題，比如電路設計中的分頻器的設計，開始并不理解分頻器的原理，但是和其他的專業同學討論后，理解了分頻器的基本原理后，很快的設計了電路原理圖。

通過這兩周對外圍電路模塊設計的學習，在過去的這一周時間里面，原本以為會比較輕松的設計任務卻讓我覺得有點措手不及。雖然困難重重，但是在遇到的各種各樣的問題中，我學會了耐心，學會了堅持，我們小組團結互助共同努力完成了本次的設計。

我從這次的設計中還感受到堅持的重要性。做事情不能輕言談放棄，雖然過程不順利，與想象中相去甚遠。但是只要我們能堅持，朝著自己既定的目標前進，就一定會走到終點。一點小小的挫折實際上是在為最后的美景做鋪墊，當我們守得云開見月明的時候，就會發現，沿途的曲折其實是在考驗我們的目標是否堅定。堅持下來，我們會收獲豐碩的果實。

電子課程設計，不僅讓我們的知識更加牢固，還讓我意識到我們所學的知識可以與生活緊密的聯系起來。這讓我對自己有了更多的信心，因為我們在大學里面不是混日子，而是在學習真正對我們的生活有幫助的知識和能力。一個小小的課程設計，卻讓我有了大大的希望。我會更加珍惜現在這么好的學習環境，努力學習知識，讓自己在激烈的社會競爭中立足，也把自己所學的知識運用到生活實際中來回報社會。

這兩周的電源的設計，盡管不是我設計的，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，沒有規規矩矩的，而是在給我們不斷舉例子講實例，讓我明白生活中很多事物遠遠沒有宣傳的那么好，也沒有表現的那么好。走在時代前端的我們，肩負著新時代的責任，我不知道我可否能顧回報社會，是否能夠回報父母，但是起碼我不會辜負每一位老師對我們的期望。完成作業，完成老師的課堂任務，就是我們的主要任務。現在我們的課程很多，每周都會上同樣的課程十幾節，很枯燥，但是看到老師還是不辭辛苦給我們講課時，我依然會打起十二分的精神對待，希望有一天學有所成，做一個優秀的人，那是最大的收獲。