东北石油大学串联型直流稳压电源设计

课 程 设 计课 程 低频与数字电路课程设计 题 目 串联型直流稳压电源设计 院 系 电子科学学院 专业班级 学生姓名 学生学号 指导教师 2008年 7月 19日大庆石油学院课程设计任务书课程 低频与数字电路课程设计 题目 串联型直流稳压电源设计 主要内容、基本要求、主要参考资料等设计一台串联型直流稳压电源，通过电源电路的设计、安装和调试，掌握直流稳压电源的工作原理。基本要求：1.输出直流电压Vo=+12V。2.最大输出电流。3.稳压系数。4.具有过流保护功能。主要参考资料：1 童诗白，华成英.模拟电子技术基础.北京：高等教育出版社，2001.2 彭介华.电子技术课程设计指导.北京：高等教育出版社，1997.3 孙梅生.电子技术基础课程设计.北京：高等教育出版社，1998.完成期限 2008.7.19 指导教师 专业负责人 2008年 7月 10日一、 任务技术指标注：直流稳压电源技术指标有两种:1）特性指标:包括允许的输入,输出电压、输出电流和输出电压调节范围。 2）质量指标:用来衡量输出电压电流的稳定程度，包括稳压系数、温度系数、输出电阻和纹波电压等。1输出电压Vo和输出电压调节范围：Vo=R1+Rw+R2（Vz+Vbe2）/R2+Rw”。此电路要求输出电压值是+12V，调节Rw，能够改变输出电压Vo。2最大负载电流Iom,此电路Iom=500MA。3输出电阻Ro：输出电压Vi（稳压电路输入）保持不变时，由于负载变化而引起输出电压变化量与输出电流变化量之比，Ro=Vo/Io|Vi=常数。4纹波电压（Vl）: 输出纹波电压是指在额定负载条件下，输出电压中所含交流分量的有效值。5稳压系数S（电压调整率）：当负载保持不变时，输出电压相对变化量与输入电压相对变化量之比，S=（Vo/Vo）/（Vi/Vi）|Rl=常数。因工程上常把电网电压波动10%作为极限条件，所以可将此时输出电压的相对变化Vo/Vo作为衡量指标，成为电压调整率。二、 总体设计思想1. 基本原理注:一般小功率稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四部分组成。通过电源变压器将高电压降为低电压，经过整流二极管将降压后的交流电变成脉动的直流电，整流后经滤波电容滤除纹波输出直流电压，此直流电压经过稳压电路稳压后输出不受外界影响的直流电。1 电源变压器变压器的作用是将来自电网的交流电压变换为整流电路所需要的交流电压。电源变压器的效率为：(是变压器副边的功率，是变压器原边的功率) 算出了副边功率后，就可以根据上表算出原边功率。一般小型变压器的效率如表1所示：表1 小型变压器的效率 副边功率 效率0.60.70.80.852 整流电路,利用二极管单向导电性将交流电转换为直流电。1）半波整流电路，一种最简单的整流电路，只利用了通过变压器减压后的电压的一半，电源利用率低且输出电压脉动大。常用在高电压、小电流的场合。2）全波整流电路，两个半波整流电路的组合，电源利用率高但每个整流二极管承受的最大反向电压为变压器次级线圈输出电压最大值的两倍，因此需要使用能承受较高反向电压的二极管，而且变压器的次级绕组必须有中心抽头，这给制作上带来了很多麻烦。单相桥式整流电路，最常用的整流电路，具有全波整流电路的优点，而同时在一定程度上又克服了它的缺点。其每只整流二极管所承受的反向电压，比全波整流电路小一半。所以选择单相桥式整流电路用于本设计电路较好。3. 滤波电路类型性能电容滤波电感滤波LC滤波RC或LC型滤波UI(AV)/U21.20.90.91.2小大大小适用场合小电流负载大电流负载适应性较强小电流负载各种滤波电路性能的比较电容滤波电路简单，输出电压平均值高，适用于负载电流较小且其变化也较小的场合，可根据电路要求选择电容滤波电路。4. 稳压电路由于输入电压发生波动、负载和温度发生变化时，滤波电路输出的直流电压会随着变化。所以，为了维持输出电压稳定不变，还需加一级稳压电路。稳压电路的作用是当外界因素（电网电压、负载、环境温度）发生变化时，能使输出直流电压不受影响，而维持稳定的输出。稳压电路一般采用集成稳压器和一些外围元件所组成。采用集成稳压器设计的稳压电源具有性能稳定、结构简单等优点。集成稳压器的类型很多，在小功率稳压电源中，普遍使用的是三端稳压器。2. 系统框图串联稳压电路系统框图（图 a）及整流与稳压过程图（图b） 电 源 整 流 滤 波 稳 压 -_ 变压器 -_ 电 路 - _ 电 路 - _ 电 路 - _（a）稳压电源的组成框图 u1 u2 u3 uI U0 0 t 0 t 0 t 0 t 0 t （b）整流与稳压过程三、具体设计1稳压电路（见附录图1），可调式三端集成稳压器是指输出电压可以连续调节的稳压器，在可调式三端集成稳压器中，稳压器的三个端是指输入端、输出端和调节端。稳压器输出电压的可调范围为，最大输出电流。输入电压与输出电压差的允许范围为：。在输出与调整端之间为的基准电压，为保证稳压器空载时也能正常工作，要求流过的电流不能太小，一般可取，故，输出电压的表达式为，调节电位器，可改变输出电压的大小。；我们取17；、与组成电压输出调节电路，则，取 ， 。2 电源变压器，通常根据变压器副边输出来选择变压器，值不能取大，如果越大,稳压器压差大,功耗大。一般，我们取，取。则变压器副边输出功率。由表1可得变压器效率为0.7，则原边输入功率，应该选40的电源变压器较好。3. 桥式整流滤波电路 （见附录图2）整流二极管，选滤波电容，其极限参数为，最大整流电流，就能满足要求。滤波电容应满足 ，则，取。电容的耐压值选3300的电解电容为滤波电容。4 短路保护电路（见附录图3），电容是用来减小电位器两端的纹波电压，其电容值为，另一方面,一旦输入、输出发生短路中存储的电荷会通过稳压器内部的调整管和基准放大管而损坏稳压器。为 了防止这种情况下的放电电流通过稳压器，在两端并接一只二极管。继承稳压器在没有容性负载的情况下可以稳压工作。但当输出端有容性负载时就容易发生自激，为了抑制自激,在输出端接一只的电解电容，该电容还可以改善电源的瞬态响应.但接上电容的集成稳压器的输入端一旦发生短路， 将对稳压器的输出端电放,其放电电流有可能损坏稳压器。故在稳压器的输入输出端之间接一只保护二极管。电路正常工作时，电压比较器输出低电平继电器呈断开状态，当负载短路时电压比较器输出高电平作用于继电器，使气吸合，断开电源对稳压器起到保护作用。5对于技术指标中的一些量要进行测量调试以满足要求。1）为最大值时，为最小值，测量稳压器输入、输出端压差是否小于额定值，并检查散热器的温升是否满足要求。2）为最小值时，为最大值，测量稳压器的输入、输出、输入压差是否满足大于或等于，并检查输出电压情况，再测试电路。3)纹波电压：可将其放大后，用示波器观测其峰-峰值，也可以用交流电压测量其有效值。4)稳压系数：测试过程：在时，测出稳压电源的输出电压。然后调节自耦变压器使输入电压，测出稳压电源对应的输出电压；再调节自耦变压器使输入电压，测出稳压电源的输出电压。则稳压系数为：输出电压、电流：输出端接负载，输入端接市电电压，测量输出电压，再减小负载直到输出电压下降5%，此时负载的电流即为。四、结论在短短的一周时间里，发现学习任何事物都必须非常非常严谨认真，就在本次的课程设计中，我认为专业基础课程对每个人来说都至关重要。而认真则体现在每个人仔细查阅资料，通过查阅大量课题资料，不仅可深入的了解所设计学习的专业知识，更重要的是帮助我们成功的完成设计。在设计中，质量指标纹波电压、稳压系数非常接近。还成功的使支流稳压电源电路经过仿真基本满足了其他各项指标，有过流保护功能。很开心也很满足，这更给今后的学习奠定了良好的基础。在本次设计过程中，虽然本次课题在生活是广泛简单的，但从中确实发现自己存在很多不足，实践能力也不完善。电路结构虽不复杂，可真正独立设计一个满足一定性能指标和质量指标并容易。但无论怎样学习过，努力过就会有提高，就是因为实践自学，独立研究的能力不强，学校才要安排我们做课程设计锻炼个人学习设计能力以及考核学生专业课学习基础的。这样好的锻炼机会，我们每一个同学都要牢牢把握，我想发现自己身上薄弱的部分才会想到如何提高。通过这次的设计，加大了对其他设计学习课题的兴趣，受益匪浅。知识与实践的结合会更好