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1、信息工程学院课程设计报告书题目: 串联型直流稳压电源设计报告 专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 0307406 学 号： 学生姓名： 刘玮 指引教师： 杨教师 8月 31日 信息工程学院课程设计任务书学 号学生姓名刘玮专业（班级）0307406设计题目串联型直流稳压电源设计技术参数1输出电压：3- 6V、6-9V、9-12V三档直流电压；2输出电流：最大电流为1A；设计要求1、输入电压：2保护电路：过流保护、短路保护工作量1、设计并制作用晶体管2、集成运算放大器电阻3、电阻器、电容构成的串联型直流稳压电源。工作计划1， 第一周查资料，拟定方向2， 第二周拟定具体题目3， 第三走环绕题目查
2、资料，并画出所需电路图4， 第四周整顿所有的东西，完毕设计报告参考资料电力电子技术 西安交通大学第四版 王兆安 黄俊 主编邵兆安主编 电力电子技术 北京 中国铁道出版社 1997陈治明 电力电子器件基本 北京 机械工业出版社 1992指引教师签字教研室主任签字 年 月 日 学生姓名： 刘玮 学号： 专业（班级）： 电气工程及其自动化 课程设计题目： 串联型直流稳压电源 指引教师评语： 成绩： 指引教师： 年 月 日信息工程学院课程设计成绩评估表串联型直流稳压电源设计报告一、设计题目题目：串联型直流稳压电源二、设计任务：设计并制作用晶体管、集成运算放大器电阻、电阻器、电容构成的串联型直流稳压电源
3、。指标：1、输入电压：2、输出电压：3- 6V、6-9V、9-12V三档直流电压；3、输出电流：最大电流为1A； 4、保护电路：过流保护、短路保护。三、理电路和程序设计：一 电路原理方框图：二原理阐明：（1） 单相桥式整流电路可以将单相交流电变换为直流电；（2） 整流后的电压脉动较大，需要滤波后变为交流分量较小的直流电压用来供电；（3） 滤波后的输出电压容易随电网电压和负载的变化波动不利于设备的稳定运营；（4） 将输出电压通过稳压电路后输出电压不会随电网和负载的变化而变化从而提高设备的稳定性和可靠性，保障设备的正常使用；（5） 有关输出电压在不同档位之间的变换，可以将稳压电源的电压设立为原则电
4、压再对其进行变换，电压在档位间的调节可以通过调节电位器来进行调节，从而实现对输出电压的调节。四：方案选择一：变压、滤波电路方案一和方案二的变压电路和滤波电路相似，两者的差别重要体目前稳压电路部分。图1 变压和滤波电路二：稳压电路方案一：此方案以稳压管D1的电压作为三极管Q1的基准电压，电路引入电压负反馈，当电网电压波动引起R2两端电压的变化增大（减小）时，晶体管发射极电位将随着升高（减少），而稳压管端的电压基本不变，故基极电位不变，因此由可知将减小（升高）导致基极电流和发射极电流的减小（增大），使得R两端的电压减少（升高），从而达到稳压的效果。负电源部分与正电源相对称，原理同样。图2 方案一稳
5、压部分电路方案二：该方案稳压电路部分如图2所示，稳压部分由调节管（Q1、Q2构成的复合管），比较电路（集成运放U2A），基准电压电路（稳压管D1 BZV55-B3V0），采样电路构成（采样电路由R2、R3、R4、R5构成）。当采样电路的输出端电压升高（减少）时采样电路将这一变化送到A的反相输入端，然后与同相输入端的电位进行比较放大，运放的输出电压，即调节管的基极电位减少（升高）；由于电路采用射极输出形式，因此输出电压必然减少（升高），从而使输出电压得到稳定。图3 方案二稳压部分单元电路对以上两个方案进行比较，可以发发现第一种方案为线性稳压电源，具有基本的稳压效果，但是只是基本的调节管电路，输出
6、电压不可调，并且输出电流不大，而第二个方案使用了集成运放和调节管作为稳压电路，输出电压可以通过开关J1在3-6V、6-9V、9-12V之间调节，功率也较高，可以输出较大的电流。稳定效果也比第一种方案要好，因此选择第二个方案作为本次课程设计的方案。三：电路框图和电路图整体电路的框架如下图所示，先有变压器对其进行变压，变压后再对其进行整流，整流后是高下频的滤波电路，最后是由采样电路、比较放大电路和基准电路三个小的单元电路构成的稳压电路，稳压后为了进一步得到更加稳定的电压，在稳压电路后再对其进行，最后得到滤波稳压电源。变压电路全波整流正极滤波电路稳压电路比较放大采样电路基准电压输出滤波电路正极输出端
7、共地端图4电路框图图5 串联直流稳压总电路图五 电路设计及元器件选择；（1）、变压器的设计和选择本次课程设计的规定是输出为3V-6V、6V-9V、9V-12V的稳压电源，输出电压较低，而一般的调节管的饱和管压降在2-3伏左右，由，为饱和管压降，而=12V为输出最大电压，=3V为最小的输入电压，以饱和管压降=3V计算，为了使调节管工作在放大区，输入电压最小不能不不小于15V，为保险起见，可以选择220V-15V的变压器，再由P=UI可知，变压器的功率应当为1A15V=15w，因此变压器的功率绝对不能低于15w，由于串联稳压电源工作时产生的热量较大，效率不高，因此变压器功率需要选择相对大些的变压器
8、。结合市场上常用的变压器的型号，可以选择常用的变压范畴为220V-15V，额定功率20W，额定电流2A的变压器。（2）、整流电路的设计及整流二极管的选择 由于输出电流最大只规定1A，电流比较低，因此整流电路的设计可以选择常用的单相桥式整流电路，由4个串并联的二极管构成，具体电路如图3所示。图6单相桥式整流电路二极管的选择：当忽视二极管的启动电压与导通压降，且当负载为纯阻性负载时，我们可以得到二极管的平均电压为：=0.9其中为变压器次级交流电压的有效值。我们可以求得=17v。对于全波整流来说，如果两个次级线圈输出电压有效值为，则处在截止状态的二极管承受的最大反向电压将是，即为42.42v考虑电网
9、波动（一般波动为10%，为保险起见取30%的波动）我们可以得到实际的应当不小于22.1V，最大反向电压应当不小于55.2V。在输出电流最大为1A的状况下我们可以选择额定电流为2A，反向耐压为1000V的二极管IN4007.（3）、滤波电容的选择当滤波电容偏小时，滤波器输出电压脉动系数大；而偏大时，整流二极管导通角偏小，整流管峰值电流增大。不仅对整流二极管参数规定高，另一方面，整流电流波形与正弦电压波形偏离大，谐波失真严重，功率因数低。因此电容的取值应当有一种范畴，由前面的计算我们已经得出变压器的次级线圈电压为15V，当输出电流为1A时，我们可以求得电路的负载为18时，我们可以根据滤波电容的计算
10、公式：C=(35)来求滤波电容的取值范畴，其中在电路频率为50HZ的状况下， T为20ms则电容的取值范畴为1667-2750uF，保险起见我们可以取原则值为2200uF额定电压为35V的铝点解电容。此外，由于实际电阻或电路中也许存在寄生电感和寄生电容等因素，电路中极有也许产生高频信号，因此需要一种小的陶瓷电容来滤去这些高频信号。我们可以选择一种50uF的陶瓷电容来作为高频滤波电容。（4）、稳压电路的设计 稳压电路组要由四部分构成：调节管，基准稳压电路，比较放大电路，采样电路。当采样电路的输出端电压升高（减少）时采样电路将这一变化送到A的反相输入端，然后与同相输入端的电位进行比较放大，运放的输
11、出电压，即调节管的基极电位减少（高）；由于电路采用射极输出形式，因此输出电压必然减少（升高），从而使输出电压得到稳定。由于输出电流较大，达到1A，为避免电流过大烧坏调节管，需要选择功率中档或者较大的三极管，调节管的击穿电流必须不小于1A，又由于三极管CE间的承受的最大管压降应当不小于15-6=9V，考虑到30%的电网波动，我们的调节管所能承受的最大管压降应当不小于13V，最小功率应当达到=6.5W。我们可以选择适合这些参数最大功率为60W,最大电流超过6A，所能承受的最大管压降为100V。基准电路由3V的稳压管和10K的保护电阻构成。由于输出电压规定为3V-6V、6V-9V和9V-12V，因此
12、采样电路的采样电阻应当可调，则采样电路由一种电阻和三个可调电阻构成，根据公式：求出。其中为输入端的电阻，为输出端与共地端之间的电阻 ，为稳压管的稳压值。.因此根据此公式可求的电路的输出电压为3V-12V。可以输出3V-12V的电压，运放选用工作电压在15V左右前对电压稳定性规定不是很高的运放，由于AD704JN的工作电压为正负12V-正负22V，范畴较大，可以用其作为运放，由于整流后的电压波动不是很大，因此运放的工作电源可以运用整流后的电压来对其进行供电。为了使输出电压更稳定，输出纹波更小，需奥对输出端进行再次滤波，可在输出端接一种5uf电容，这样电源不容易受到负载的干扰。使得电源的性质更好，
13、电压更稳定，六 画出系统的电路总图和元件列出清单图7 系统总电路图元件清单名称及标号型号及大小数量变压器220V-15V2个电容200uF4个50uF1个电阻10k2个30K2个1k2个31个可变电阻10k1个20k1个60k1个集成运放AD704JN2个稳压管BZV60-B151个BZV60-B121个BZV55-B3V01个调节管2N50391个2N49221个桥式整流二极管3N2582个保护三极管2N38791个七、电路的调试及仿真数据理论值3V-6V、6V-9V、9V-12V，而实际的测量、值是在3V-5.989V、5.99 V-9.003V-11.832V，导致0.01V-0.2V的可调误差，因素是由于可调电阻的实际调节范畴偏大，导致输出电压偏大调节可变电阻R2、R3、R4，可以得到课程设计所规定输出的3V-6V、6V-9V、9V-12V的电压，仿真数据如下 图8不同档位最高和最低电压实测直流电压的输出波形如图8所示：在高压的12V输出时电压有0.02V的电压波动，基本上对输出的影响不大，可也不考虑其影响；在低压的3V时输出波形为始终线，基本无电压波动符合理论的规定。图9 ：3V、6V 、9 V
