串联型直流稳压电源设计电子电路设计课程设计

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-p5mv；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。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。整体电路框图变压电路整流电路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负极输出端共地端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伏和正负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伏左右，由，为饱和管压降，而=9V为输出最大电压，为最小的输入电压，以饱和管压降=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0.5A9V=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。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：=0.9其中为变压器次级交流电压的有效值。我们可以求得=13.5v。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)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=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=1K，令U=6V（和9V），根据公式：可算出R1约等于430欧，R2约等于1.1K欧。其中为运放正反相输入端的电阻，为输出端正极（负极）与共地端之间的电阻 ，为稳压管的稳压值保护电路部分：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6V档： 9V档： 纹波：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!