直流稳压电源与充电电源

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1、直流稳压电源与充电电源一.直流稳压电源与充电电源的任务：设计一直流稳压电源与充电电电源电路，输出电压3V、6V、两档，且正负极性可以转换。整机直流稳压电源与充电电源电路整体电路框图，如下1.整流滤波电路采用桥式整流电容滤波电路2 .稳压电路采用带有限流型保护电路的晶体管串联稳压电路。3 .充电电路采用两个晶体管恒流源电路。二.主要技术指标：1 . 输出电压：3V、6V两档，且正负极性可以转换。2 .输出电流：额定电流为 150mA最大电流500 mA3 .额定电流输出时， Uo/Uo小于士 10%4 .“慢充”或“快充”：能对4节5号或7号可充电电池“慢充”或“快充”。慢充的充电电流为 50m

2、A60mA快充的充电电流为110mA130m A三、直流稳压电源与充电电源的设计方案：整体电路的设计应由后级往前级进行。即先设计稳压电路，再设计充电电路，最后设计整流电路。1,稳压电路设计稳压电路采用带有限流保护电路的晶体管串联稳压电路。保护电路rU .(Ui) 电压调整u 一 o管1 “基准电路 比较放大 取样电路 电路基本设计方案如下：1,由于稳压输出电流Io100mA因此调整管采用复合管。2.提供基准电压稳压管可以用发光二极管 LED代替，兼做电源指示 灯用。3,由于UO为3v、6v两档固定值，且不要求调整，因此可将取样电 阻分为两个，用1*2波段开关进行转换。4,输出端用2*2波段开关

3、来转换U极性。5.过载保护电路采用限流保护电路，且二极管用发光二极管LED弋替，兼做过流指示灯使用稳压电源原理如下图LED1 僚R4U0+不B S3极性转集稳压电路的组成2S稳J五电路55VZ-II or 202 54）工稳压二极管的缺点是工作电流较小，稳定电压值不能连续调节。线 性串联型稳压电源的工作电流较大，输出电压一般可连续调节，稳 压性能优越。利用晶体管放大作用，将稳压管稳定电路的输出电流放大后， 再作为辅在电流。电路采用设计输出方式，因而引入了电压负反馈 可以稳定输出电压。串联型稳压电源电路的组成用三极管输出电压可调的特点所组成的稳压电源，因三极管与 负载相串联，所以，又称为串联型稳

4、压电源。串联型稳压电源可实现输出电压可调的目的稳压电源中的稳压电路由四个单元组成。(1)基准单元：限流电阻 R2和稳压管D1组成稳压电路的基准单 元，该单元的作用是为稳压电路提供自动调整所需的基准电压UZ(2)取样单元：电阻 R& R4和电位器RP组成稳压电路的取样单 元，因该单元与负载电阻 RL相并联，所以该电路两端电压的变化 情况直接反映了输出电压的变化情况。(3)放大单元：稳压电路中的放大单元由三极管 T2、电阻R1和稳 压管D1等器件组成，该电路可将取样电路所采到的电压UB2与基准电压UZ进行比较，并产生与输出电压变化情况成正比的控制信 号，控制信号经放大后产生控制电压，控制调整管T1

5、的输出电压，以保证稳压电源输出电压的稳定。(4)调整单元：稳压电路中的调整单元由三极管 T1和外接的负载 电阻RL等器件组成，调整管T1与负载电阻RL等组成射极输出器。 射极输出器是串联电压负反馈电路，因电压反馈可以稳定输出电 压，所以，稳压电源的输出电压将很稳定。因稳压电源的输出电流等于调整管的集电极电流，当输出电流 太大时，可采用复合管作为调整管，以提高电路的输出电流.由于在稳压电路中，调整管与负载串联，因此流过它的电流与负载 电流一样大。当输出电流过大或发生短路时，调整管会因电流过大 或电压过高而损坏，所以需要对调整管加以保护。电路中，R2、LED1组成减流型保护电路。此电路设计在 10

6、P = 1.210时开始起保 护作用，此时输出电流减小，输出电压降低。故障排除后电路应能 自动恢复正常工作。在调试时，若保护提前作用，应减少 R2值； 若保护作用迟后，则应增大R2之值。2.原件参数计算方法：1 .确定输入电压U（整流滤波电路输出电压 国。当忽略检测电阻R2上的电压时，有Ui=Uo =U0max + UCE1=6+UcE1式中，调整管压降UCE1一般在3V-8V间选取，以保证T1能工作再放 大区，当市电电网电压波动不大时，UCei可选小一些，此时调整管和 电源变压器的功耗也可以小一些。2 .确定晶体管。估算出晶体管的Icmax、UCemax和Rmax值，再根据晶体管的极限参数I

7、cm、 BUeo、Pcm来选择晶体管。ICmax- IO = 150MaUcemax=Ui-Uomin=Ui-3Pcmax-I cmaxcemax查晶体管手册，只要I Cm BUe0 Pcm大于上述计算值的晶体管都可以作为调整管T1所用。3,确定基准电压电路的基准电压1因为 Uo= (Uz+Ube3),所以 UZ=nUo-UBE3 则 Uz nUo n式中，n为取样电路的取样比，且 n=1,一般为0.6-0.8之间，所 以UZ应小于L0min(3V)LED的工作电压约为1.8-2.4V,且其正向特性曲线较陡，因此特可以代替稳压管提供基准电压。4.计算基准电压电路的限流电阻R3限流电路D=l R

8、3+I E3= U0-Uz +I E3式中，U为Led的工作电压，具 值可取2V;Id为LED的工作电流， 在2mA-10m应间取值；IE3为T3 的工作电流，可在 0.5mA-2mA同 取值。当Ie3的值选定后，为保IR3限流电路证LED能完全可靠的工作，R3的取值应满足条件：2mAD 2mAR3得R3V3 -Uz2 - I E3当Uo = Uomax=6V时，Id最大，即I D=Uo max -Uz+ I E3=6 - Uz+Ie3 2310 - I E3因此有10 -Ie32-Ie3在取值范围内，R3应尽量取大一些，这样有利于UZ的稳定。另外, 计算出电阻值还应取标称值。5.计算基准电压

9、电路的功率。可依据以下公式计算出相关功率的值。2_23=(=0R3R3需要注意的是，计算出的电功率也应取标称值。6）计算取样电路。首先，选取取样电流I1 （流过取样电阻的电流）。若I1去的过大， 则取样电路的功耗也大；若I去取得过小，则取样n会因T2的基极电 流的变化而不稳定，同时也会造成 U5稳定。在实际应用中，一般 取I1= （0.05-0.1 ） I0 ,然后计算取样电阻。当Uo=3V寸，取样电电路如2-5图有 11 (R6+R6 =3 (V)得取样电路总电阻 R=R4+R6=3/I +UoUz UBE3 _ 3Vr6-_rR(Uz UbE3)R63R4=R-ReT3A+3 E B u此

10、时，就算出的电阻值应取标称 值，然后利用公式LED2Ii3RUo =m(Uz+UBE3)计算UO,并观察uR6三1”庄是否接近指标。如U0与实际指标相差太远，则应重新取值计算。最后，还应对说取电阻进行功率计算, 并取标称值。7)计算比较放大器的集电极阻比较放大器如2-6图所示，R1 的取值取决于稳压电源的Uffi Io,由此可知图2-6比较放大器R1=Ib2+Ic3Ur2 = Uo+Ubei+U BE2= Uo+1.4若R1 导太大，则IR1的值太小，Ib2也小，因此提供不出额定电流IO;如R1 直太小，则比较放大器增益减小，会造成稳压性能不好。当口=0=6寸，R1的值应满足条件Ui -7.4

11、=1 B2 1C3Ui -7.41 B2 1 C3式中，原由iB2=W确定。（Io=150mA） 一1 一2其中，Pi的取值范围在20-50之间（大功率管取20,中功率管区50）;日2的取值范围在50-100之间。I C3可用前面计算的R3寸已选定的值I E3.R1的功率估算为RJUL 明,+1.4）R1需要注意的是，阻值和功率也应取标称值。8.计算限流保护电路。限流保护电路如2-7图所示，检测电阻R2勺计算方法如下：因为 Ud=2Ube + I omax . R2所以 R2= UD -2UbE 2sM1 O max1 O max图2-7限流保护电路，最大输出电流lomax取500mA电式中，

12、LD取 2V, UBEM 0.7V阻功耗的估算为PR2=I2OmaxR2需要注意的是，阻值和功率也应取标称值2.充电电路部分设计充电电路一般采用晶体管恒流源电路。Uo,慢充电路如2-8图所示，LED给晶体管发射极提供2V的直流稳定电压，再利用 R7 的电流负反馈作用使集电极电流IO1保持恒定。图2-8慢充电路原理图-LED给晶体管发射极提供2V的直流稳定电压，再利用R7的电流负反馈作用使集电极电流IO1 保持恒定。(1)充电电流由下式决定元件的计算参数如下：心土产 晶体管 Icmax=IO1, Ucemax=Uo -3Pomax=IcmaxUcemax所选用的晶体管的参数Icm、Uceo、Pc

13、m应大于上述计算值。二极管VD:可采用普通二极管，正向额定电流应大于Ii,电阻：R7 =Ud APr7=I012R7&=皿jPRb=Irb2Rb101Id I b式中，Id为LED的工作电流，在5mA10mA间取值；Ib为晶体管 基极电流，拾二牛（8取值在50100之间）。2.快充电路快充电路如下图所示，由于快充时充电电流Io2较大，因此晶体 管管耗也较大。为降低管耗，可在集电极回路上增加一个降压电阻 R11,此时Uce减小，管耗也随之减小。式中，R9、R10的计算与 慢充电路相同。VC5=VD=IO2R11+3Ve5=Uo -IrcRUce二Vc5-V e5=-Uo +3+U D + Io2

14、（R9+Ri1）快充电路原理图由于快充时充电电流IO2较大，因此晶体管管耗也变大。为降低管耗，可在集电极回路上增加一个降压电阻 R11,此时Uce减小， 管耗也随之减小。式中，R9、R10的计算与慢充电路相同。降压电阻R11的计算方法是：首先，根据选用晶体管的PCM和充电电流IO2确定Uce,即Ucc曰叫，且Uce选定后，再用下式Io2计算电阻R11的值。R产Uo,3U 一一0.7-& 1 O23,整流滤波电路整流滤波电路部分的设计采用桥式整流、电容滤波电路，如下图 所示。整流输出电流1) .确定整流电路的输出电流IO有整流输出电路如图2-10所示, 当稳压电源和充电电源同时工作时:Io =Io+(I i+12+13)+1 产(1.1-1.2)Io+(Ioi+Io2) 式中，(I1+I2+I3)的取值范围是(0.10.2) I。、I01、I02为慢充和快充的充电电流。2) .取定