关于直流稳压电源的设计

关于直流稳压电源的设计

1.概述1.1课题名称：串联型直流稳压电源1.2设计目的和要求：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：220V,50Hz交流电；2、输出电压：9V以下直流电压；3、输出电流：最大电流为1A； 4、保护电路：过流保护、短路保护。2.系统总体方案 图1系统总体电路图3.各部分功能模块介绍（功能描述）3.1主要原器件介绍（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1A×15V=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，电流比较低，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2单相桥式整流电路二极管的选择：当忽略二极管的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θ偏小，整流管峰值电流增大。不仅对整流二极管参数要求高，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18Ω时，我们可以根据滤波电容的计算公式：C=(3～5) 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：调整管，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（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行比较放大，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，达到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，最小功率应该达到 =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10KΩ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，3.2工作原理介绍一、电路原理：该电路由电源变压器、整流、滤波和稳压电路四部分组成，原理图如左。电网供给交流电压（220v，50Hz）经电源变压器降压后，得到符合电路需要的交流电压u2，然后由整流电路变换成方向不变、大小随时间变化的脉冲电压u3，再用滤波器滤去其交流分量，得到比较平直的直流电压ui。最后采用稳压电路，以保证输出稳定的直流电压。二、电路原理方框图： 三、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。3.3稳压电路方案选择方案一：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（降低），而稳压管端的电压基本不变，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），从而达到稳压的效果。负电源部分与正电源相对称，原理一样。 图3 方案一稳压部分电路方案二：该方案稳压电路部分如图2所示，稳压部分由调整管（Q1、Q2组成的复合管），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行比较放大，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4对以上两个方案进行比较，可以发发现第一个方案为线性稳压电源，具备基本的稳压效果，但是只是基本的调整管电路，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。3.4元器件清单名称及标号 型号及大小 数量变压器 220V-9V 1个极性电容 200uF 1个普通电容 0.01uF 1个 0.33uF 1个电阻 30 1个 510 2个 620Ω 1个 1k 1个 1.5k 1个 2.7k 1个可变电阻 200 1个 1k 1个稳压管 IN4735 1个桥式整流二极管 2N4922 1 个保护三极管 3DG6 2个 3DG12 1个4.功能测试一、仿真图 二、仿真结果直流电压的输出波形如图8所示：（仿真结果一）Rpa=30℅,Rpb=30℅; (仿真结果二) Rpa=30℅,Rpb=65℅;参考文献： 《模拟电子技术基础》（第四版） 《电子技术实践教程》 翁飞兵、陈棣湘主编 《电子实验与电子实践》刘荣林主编5.心得体会通过两个星期的课程设计，我对电子工艺的理论有了更深的了解。其中包括焊普通元件与电路元件的技巧、印制电路板图的设计制作、稳压电源的工作原理等等。这些知识不仅在课堂上有效，在日常生活中更是有着现实意义，也对自己的动手能力是个很大的锻炼。在实习中，我锻炼了自己动手能力，提高了自己解决问题的能力。通过本次实践也培养了我理论联系实际的能力，提高了我分析问题和解决问题的能力，增强了独立工作的能力。最主要的是收获颇丰，我基本掌握手工电烙铁的焊接技术，能够独立的完成简单电子产品的安装与焊接基本熟悉了电子产品的安装工艺的生产流程，了解了电子产品的焊接、调试与维修方法；其次我更加熟悉了有关软件EWB、AD6的使用，能够熟练的使用普通万用表。最重要的，我熟悉了常用电子器件的类别、型号、规格、性能及其使用范围，能查找资料，查阅有关的电子器件图书等了。 另外在这次设计中，我也遇到了不少的问题，幸运的是，最终一一解决了遇到的问题。在我们遇到不懂的问题时，利用网上和图书馆的资源，搜索查找得到需要的信息及和队友之间相互讨论显得尤其重要了，我明白了团队合作的重要性。这次的制作也让我们感受到，我们在电子方面学到的只是很小的一部分知识，我们需要更多的时间来自主学习相关知识。最后，在此感谢我们的邓鹏和袁氢老师.，老师严谨细致、一丝不苟的作风一直是我学习的榜样；老师循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪；有了您的帮助我才顺利的完成了这次课程设计。