串联型直流稳压电源设计

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1、 .wd.电子技术课程设计电气与电子工程系电气工程及其自动化 专业题目： 串联型直流稳压电源学生姓名：班号：学号：指导教师;时间：年 月日 年 月日指导教师评语：成绩：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、电容组成的串联型直流稳压电源。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：二原理说明：（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

2、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行；（4） 将输出电压经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） 关于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置为标准电压再对其进展变换，电压在档位间的调节可以通过调节电位器来进展调节，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一样，二者的差异主要表达在稳压电路局部。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

3、压，电路引入电压负反响，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降低，而稳压管端的电压 根本不变，故基极电位不变，所以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两端的电压降低升高，从而到达稳压的效果。负电源局部与正电源相对称，原理一样。图2方案一稳压局部电路方案二：该方案稳压电路局部如图2所示，稳压局部由调整管Q1、Q2组成的复合管，比拟电路集成运放U2A，基准电压电路稳压管D1 BZV55-B3V0，采样电路组成采样电路由R2、R3、R4、R5组成。当采样电路的输出端电压升高降低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

4、展比拟放大，运放的输出电压，即调整管的基极电位降低升高；由于电路采用射极输出形式，所以输出电压必然降低升高，从而使输出电压得到稳定。图3方案二稳压局部单元电路对以上两个方案进展比拟，可以发发现第一个方案为线性稳压电源，具备 根本的稳压效果，但是只是 根本的调整管电路，输出电压不可调，而且输出电流不大，而第二个方案使用了集成运放和调整管作为稳压电路，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。稳定效果也比第一个方案要好，所以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以下列图所示，先有变压器对其进展变压，变压后再

5、对其进展整流，整流后是上下频的滤波电路，最后是由采样电路、比拟放大电路和基准电路三个小的单元电路组成的稳压电路，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展，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拟放大采样电路基准电压输出滤波电路正极输出端共地端图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要求是输出为3V-6V、6V-9V、9V-12V的稳压电源，输出电压较低，而一般的调整管的饱和管压降在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，为了使调整管

6、工作在放大区，输入电压最小不能小于15V，为保险起见，可以选择220V-15V的变压器，再由P=UI可知，变压器的功率应该为1A15V=15w，所以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，所以变压器功率需要选择相对大些的变压器。结合市场上常见的变压器的型号，可以选择常见的变压范围为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要求1A，电流比拟低，所以整流电路的设计可以选择常见的单相桥式整流电路，由4个串并联的二极管组成，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：当忽略二极管的

7、开启电压与导通压降，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，则处于截止状态的二极管承受的最大反向电压将是，即为42.42v考虑电网波动通常波动为10%，为保险起见取30%的波动我们可以得到实际的应该大于22.1V，最大反向电压应该大于55.2V。在输出电流最大为1A的情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

8、二极管参数要求高，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。所以电容的取值应当有一个范围，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公式：C=(35)来求滤波电容的取值范围，其中在电路频率为50HZ的情况下，T为20ms则电容的取值范围为1667-2750uF，保险起见我们可以取标准值为2200uF额定电压为35V的铝点解电容。另外，由于实际电阻或电路中可能存在寄生电感和寄生电容等因素，电路中极有可能产生高频信号，所以需要一个小的陶瓷电容来滤去这些高频信号。我们可以选择一个50

9、uF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局部构成：调整管，基准稳压电路，比拟放大电路，采样电路。当采样电路的输出端电压升高降低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展比拟放大，运放的输出电压，即调整管的基极电位降低高；由于电路采用射极输出形式，所以输出电压必然降低升高，从而使输出电压得到稳定。由于输出电流较大，到达1A，为防止电流过大烧坏调整管，需要选择功率中等或者较大的三极管，调整管的击穿电流必须大于1A，又由于三极管CE间的承受的最大管压降应该大于15-6=9V，考虑到30%的电网波动，我们的调整管所能承受的最大管压降应该大于13V，最

10、小功率应该到达=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的保护电阻组成。由于输出电压要求为3V-6V、6V-9V和9V-12V，因此采样电路的采样电阻应该可调，则采样电路由一个电阻和三个可调电阻组成，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。.所以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要求不是很高的运放，由于AD704JN的工作电压为正负12V-正负22V，范围较大，可以用其作为运放，因

11、为整流后的电压波动不是很大，所以运放的工作电源可以利用整流后的电压来对其进展供电。为了使输出电压更稳定，输出纹波更小，需奥对输出端进展再次滤波，可在输出端接一个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，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个调整管2N50391个2N49221个桥式整流二

12、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，造成0.01V-0.2V的可调误差，原因是由于可调电阻的实际调节范围偏大，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要求输出的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， 根本上对输出的影响不大，可也不考虑其影响；在低压的3V时输出波形为一直线， 根本无电压波动

13、符合理论的要求。图9 ：3V、6V、9V、 12V 输出波形图八 总结本课程设计运用了模拟电路的 根本知识，通过变压，整流，滤波、稳压等步骤，输出理论可变范围为3V-6V、6V-9V、9V-12V，实际可调范围为3V-5.989V、5.99 V-9.003V-11.832V的直流稳压电源。总结如下：优点：该电路设计简单。输出电压稳定，纹波值小，而且使用的元件较少，经济实惠，输出功率大，调整管可承受的范围也很大。缺点：电路电压档位的调整如果改用大胡子开关就可以实现对电源档位的数字控制；在调节不同档位时无外部指示，实用价值较低。改良一：将开关J1用三个NPN MOS代替，用集成JK触发器构成T触发

14、器通过时钟脉冲实现输出Q上下电位的控制，以此来控制MOS管的通断来调节档位，还可以在MOS管和电位器的链接处链接不同颜色的二极管来指示不同的档位，从而方便了电压的调节也便于使用、维护和检修。改良二：改良如以下列图所示比拟具有实用价值心得体会：通过这次课程设计，我对于模电知识有了更深的了解，尤其是对串联直流稳压电源方面的知识有了进一步的研究。在电路的仿真过程中也提升了我的动手能力，实践能力得到了一定的锻炼，加深了对模拟电路设计方面的兴趣，理论与实践得到了很好的结合，加深自己对实用价值和理论的统一的了解。但对于理论和实际应用的统一和对于器件在实际中的使用还有很大的缺乏，不能在使用器件时选择适宜的参数的器件，不能根据器件的编号知道器件的 根本功能。在这方面需要很大的提高。