串联型直流稳压电源设计 电子电路设计课程设计.docx

串联型直流稳压电源设计报告一、设计任务和要求要求：设计并制作一个串联型直流稳压电源。指标：1、输出电压6V、9V两档，正负极性输出；2、输出电流：额定电流为150mA，最大电流为500mA；3、在最大输出电流的时候纹波电压峰值 Vop-pW5mv；二、原理电路设计（1）方案比较与确定1、方案比较方案一：先对输入电压进行降压，然后用单相桥式二极管对其进行整流，整流后 利用电容的充放电效应，用电解电容对其进行滤波，将脉动的直流电压变为更加 平滑的直流电压，稳压部分的单元电路由稳压管和三极管组成（如图1），以稳 压管D1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ube = ub - ue可知ube 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1方案一稳压部分电路方案二：经有中间抽头的变压器输出后，整流部分同方案一一样擦用四个二极管 组成的单相桥式整流电路，整流后的脉动直流接滤波电路，滤波电路由两个电容 组成，先用一个较大阻值的点解电容对其进行低频滤波，再用一个较低阻值的陶 瓷电容对其进行高频滤波，从而使得滤波后的电压更平滑，波动更小。滤波后的 电路接接稳压电路，稳压部分的电路如图2所示，方案二的稳压部分由调整管， 比较放大电路，基准电压电路，采样电路组成。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。U1AR51-2LD25 TIP41ATIP41/LM324AD图2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 第二个方案使用了运放和调整管作为稳压电路，输出电压可调，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。2、整体电路框图的确定整体电路的框架如下图所示，先有22V-15V的变压器对其进行变压，变压后再对 其进行整流，整流后是高低频的滤波电路，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行小小的滤波，最后用一个自锁开关实现正负极输出。整体电路框图*正极输出端昏共地端昏负极输出端比较放大基准电压稳压 电路采样电路滤 波 电 路输 出 滤 波 电 路整 流 电 路变 压 电 路3、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正负9优和正负6负的双电压电源，输出电压较 低，而一般的调整管的饱和管压降在2-3优左右，由U = Ui -Ug.，U为 饱和管压降，而Uimax =9V为输出最大电压，UOmin为最小的输入电压，以饱和管压降Uce =3 伏计算，为了使调整管工作在放大区，输入电压最小不能小于12V，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0.5AX9V=4.5w，所以变压器的 功率绝对不能低于4.5w，并且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12W，额定电流1A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500mA，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。|£O1a1图3单相桥式整流电路实际选用KBP206整流桥二极管的选择：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U:o (AV)1 5 2J2UUo(av)= -f.' 2U2 sin st d (t) =2 =0.9 U2其中U 2为变压器次级交流电压的有效值。我们可以求得Uo(av ) =13.5vo对于全波整流来说，如果两个次级线圈输出电压有效值为U2，则处于截止状 态的二极管承受的最大反向电压将是22U 2，即为34.2v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Uo (AV)应该大于19.3V，最大反向电压应该大于48.8V。在输出电流最大为500mA的情 况下我们仿真时选择具有四个二极管组成的整流管1B4B42，实际焊接电路时我 们选用了 KBP206整流桥。(3)、滤波电容的选择当滤波电容q偏小时，滤波器输出电压脉动系数大；而q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0.5A时，我们可以求得电路的负载为18欧，我们可以根 据滤波电容的计算公式：C=(35)二2 R L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25V的电容。滤波电路如上图(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500mA，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500mA，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P > IL(1.1U1 - U0.)=6.5W。我们可以选择适合这些参数，并且在市场 上容易买到的中功率三极管TIP41，它的最大功率为60W，最大电流超过6A，所 能承受的最大管压降为100V，远远满足调整管的条件。采样电路由三个电阻组 成，如图参数选择：实际选用的稳压管为1N4731，理论稳压值为4.224V。选RD=1K，AR.令U=6V（和9V），根据公式：U = （1 + ）U 可算出R1约等于430欧，日2约等于1.1KRD欧。其中Rd为运放正反相输入端的电阻，E为输出端正极（负极）与共地端之间的电阻，%保护电路部分:Q1：:TIP4IA为稳压管的稳压值R5 ：VA:L2Q :用一个自锁开关实现正负极输出，自锁开关接线如下图。输入输入输出输出三、仿真结果仿真电路图TIP41W, VI , C A I I I I I , '1B4B4224ADr ：1此二Key =6V 档帝 Multi meter-. I 蕴帝 Multi meter-. I 蕴9V档: Multimeter-., I. J甫 Multimeter-. I 戏榆 Multi meter-. .纹波：考 Ocil loscope-XSCl远小于5mv四、电路调试过程与结果(1) 实物图片(2) 实测数据实测电压分别为6.05V和9.09V，在误差允许的范围内(3) 误差分析原件参数不准确，存在误差。元件清单名称及标号型号及大小数量变压器220V-15V1个整流桥KBP2061个电容2200uF1个1041个电阻3K1个21个31个4301个1k2个1001个运放LM3241个稳压管1N47311个调整管TIP412个自锁开关1个单刀双掷开关1个五.总结本课程设计运用了模拟电路的基本知识，通过变压，整流，滤波、稳压等步 骤，理论输出电压分别为6.041V和8.871V，实际输出电压为6.05V和9.09V。 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，。心得体会：这次模电课程设计从国庆之前就已经听说要做了，而且开了动员大会，听老 师解释了各个题目，但是那时完全听不懂，原来自己上学期刚学习过的内容这学 期基本上时间忘记了，而且当时不知从那里动手，所以一拖再拖，国庆过去了， 亚运停课又忙于各种事，一直到11月底才开始想着怎样去动手。于是开始跑图 书馆，开始在网上查资料，开始请教同学，接着跑去买元件，晚上焊接电路直到 二三点，最后还要跑去理学馆调试，没有想到和舍友忙活了一个星期最后是什么 波形也没有出来，第一次我们做的是波形发生电路，听说是最难的，但是我们还 是做出了实物，但是调试了三四次都没有波形出现，当时就想砸了它，老师也没 有检查出什么问题，那可是花了我们一个星期的心血啊！最后，为了完成课程设 计，只能放弃，重新选做串联型直流稳压电源，和绝大多数同学那样，因为这个 很容易，所以很快就完成了。虽然没有完成之前想做的那个题目，但是从这次课程设计实习中，确实学到 许多书本上没有学到的东西，实践永远胜于理论，只有付诸实践，才能真正提高 自己的能力，纸上谈兵到最后是没有用的！还有就是学过的知识要及时复习巩固 才能更熟练地使用，为自己服务！