串联型直流稳压电源.doc

串联型直流稳压电源一、设计任务与要求1、设计并制作一个输出电压可调的直流稳压电源，主要技术指标要求： 输入电压及其变化范围：220V/50Hz， 变压器输出电压15V 输出电压可调8.3V-17.4V。 额定输出电流：100mA（即电源正常工作时的最大输出电流）。 输出电压交流峰值5mV。 电路具有过流保护功能（保护调整管），即输出端短路或电流过大时，对调整管应有保护功能。2、用设计选定的散件（若干二极管、三极管、电阻、电容等）在面包板上面组装、测试、验证稳压电源能否达到设计要求。二、设计原理与参考电路1、整体框架图直流稳压电源由变压器、整流、滤波、和稳压电路四部份组成，其原理框图如图1所示。电网供给的电压经电源变压器降压后，得到符合电路需要的交流电压，然后由整流电路转换成方向不变，大小随时间变化的脉动电压，再用滤波器滤其分量，得到比较平直的直流电压。但这样的直流输出电压，还会随交流电网电压的波动或负载的变动而变化。在对直流供电要求较高的场合，还需要使用稳压电路，以保证输出直流电压更加稳定。图1 直流稳压电源组成原理框图电源变压器：将交流电网电压u1 变为合适的交流电压u2整流电路：将交流电压u2变为脉动的直流电压u3滤波电路：将脉动直流电压u3转变为平滑的直流电压u4稳压电路：清除电网波动及负载变化的影响,保持输出电压u0的稳定2、方案比较及单元电路设计（1）变压器变压器降压电路是利用电源变压器一、二次绕组匝数比的不同来实现电压变换的。电源变压器一次绕组的线径较细，匝数较多，二次绕组的线径较粗，匝数较少，可以有多个绕组。当变压器的一次绕组接在220V交流电压上时，二次绕组上就会感应出一定值的交流电压。（2）整流电路直接在交流电路中串接一个合适的二极管，如图2所示，利用二极管的单相导电性，把交流电转换为直流电，产生图3所示的电压波形。u1u2aTbDRLuo uo图2单相半波整流电路 图3 半波整流电路输出电压波形单相桥式整流电路：采用的是全波整流，它有四只二极管组成。其构成原则就是利用二极管正向导通反向截止的工作原理,当U2为正半周时二极管D1、D3导通，D2、D4截止当U2为负半周时二极管D2、D4导通, D1、D3截止。而流过负载的电流的方向是一致的，在负载形成单方向的全波脉动电压。.从而实现将交流的电压变为直流电压。电路如图4所示。其输出电压波形如图5。图4单相桥式整流电路 uo 图5桥式整流电路输出电压波形图单相半波整流电路的优点是使用元器件少，电路简单：缺点是效率低，输出电压脉动系数大。这种电路仅适用于电流较小，对电流脉动程度要求不高的场合。 而桥式整流电路，对二极管的参数要求与半波整流一样，但有输出电压高、变压器利用率高、脉动小等优点，因此得到了广泛的应用；但它所需要二极管的数量多，由于实际二极管的正向电阻不为零，必然会使整流电路的内阻增大，从而使损耗较大。故本设计选择单相桥式整流电路。（3）滤波电路电容滤波电路是最常见也是最简单的滤波电路，在整流电路的输出端并联一个电容（区分正负极）即构成电容滤波电路，电容在电路中也有储能的作用，并联的电容器在电源供给的电压升高时，能把部分能量存储起来，而当电源电压降低时，就把能量释放出来，使负载电压比较平滑。电路如图6所示。其输出电压波形如图7。图6 电容滤波电路原理图图7电容滤波电路输出电压波形图电容滤波电路简单易行，输出电压平均值高，但它仅适用于负载电流较小且其变化也较小的场合。本次设计使用电容滤波电路。（4）稳压电路图8 串联负反馈稳压电路 图8是串联负反馈稳压电路电路图，其中T1是调整管，D1和R2组成基准电压，T2为比较放大器，R3R5组成取样电路，R6是负载。假设由于某种原因引起输出电压UO降低时，通过R3R5的取样电路，引起T2基极电压（UT2）O成比例下降，由于T2发射极电压（UT2）E受稳压管D1的稳压值控制保持不变，所以T2发射结电压（UT2）BE将减小，于是T2基极电流（IT2）B减小，T2发射极电流（IT2）E跟随减小，T2管压降（UT2）CE增加，导致其发射极电压（UT2）C上升，即调整管T1基极电压（UT1）B将上升，T1管压降（UT1）CE减小，使输入电压UI更多的加到负载上，这样输出电压UO就上升。这个调整过程可以使用下面的变化关系图表示：UO（UT2）OUD1恒定（UT2）BE（IT2）B（IT2）E（UT2）CE（UT2）C（UT1）B（UT1）CEUO当输出电压升高时整个变化过程与上面完全相反，这里就不再赘述，简单的用下图表示：UO（UT2）OUD1恒定（UT2）BE（IT2）B（IT2）E（UT2）CE（UT2）C（UT1）B（UT1）CEUO前面说到R3R5是取样电路，由于取样电路并联在稳压电路的输出端，而取样电压实际上是通过这三个电阻分压后得到。在选取R3R5的阻值时，可以通过选择适当的电阻值来使流过分压电阻的电流远大于流过T2基极的电流。也就是说可以忽略T2基极电流的分流作用，这样就可以用电阻分压的计算方法来确定T2基极电压（UT2）B。 当R4滑动到最上端时T2基极电压（UT2）B为： 此时输出电压为： 这时的输出电压是最小值。 当R4滑动到最下端时T2基极电压（UT2）B为： 此时输出电压为： 这时的输出电压是最大值。 以上计算中，当（UT2）BEUD1时可以忽略（UT2）BE的值。 通过上面的计算我们可以看出，只要合适选择R3R5的阻值就可以控制输出电压UO的范围，改变R3和R5的阻值就可以改变输出电压UO的边界值。（4）增加输出电流当输出电流不能达到要求时，可以通过采用复合调整管的方法来增加输出电流。图9 复合管图9中的复合管是由一个小功率三极管T2和一个大功率三极管T1连接而成。复合管就可以看作是一个放大倍数为T1T2，极性和T2一致，功率为（PT1）PCM的大功率管，而其驱动电流只要求（IT2）B。 图10是一个实用串联负反馈稳压电源电路图。此电路采用图9中的复合管连接方法来增加输出电流大小。另外还增加了一个电容C2，它的主要作用是防止产生自激振荡，一旦发生自激振荡可由C2将其旁路掉。图10 串联负反馈稳压电源电路（5）保护电路 图10 限流型保护电路在串联型稳压电路中,由于调整管与负载相串联,因此当过载时,特别是输出端短路时,调整管将要承受全部输入电压和流过很大的电流,致使调整管功耗剧增而烧毁。所以需要对调整管加以保护。保护电路通常有限留型保护电路和截流型保护电路。这里以限流型保护电路为例,介绍保护电路的分析。三、设计总图四、调试1、查看连线电路安装完毕后，先认真检查接线是否正确，引脚是否连接正确，包括错线、少线、多线。线路连接错误一般是因为接线时看错引脚，或者改接时忘记去掉原来的旧线造成的，实验查线是往往不易发现。首先按照总电路图检查是否有引脚连接错误，连接短路，接着用万用表依次检测电路的焊接中是否有断路或者短路的情况。连线时注意点，这种情况可以避免。2、通电检测将连接完的电路最终的输入输出脚分别接上所需电压或显示器，电源接通后首先要观察有无异常现象，包括有无芯片烧坏，是否闻到异常气味，手摸元件是否发烫，电路是否有短路现象。如果出现异常，应立即关断电源，待故障排除后才可以重新通电。然后再测量各元件引脚的电压，以保证元器件能正常工作。五、主要元器件序号名称规格型号1整流二极管IN40072稳压二极管6V3三极管90134功率三极管F36（TIP41C）5电容470uF/25V6电容100uF/25V7独石电容103（0.01uF）8线绕电位器WX13-12/220欧（精调）9电阻1W/5.1欧10电阻1/4W，100欧11电阻1/4W，200欧12电阻1/4W，510欧13电阻1/4W，1K欧14电阻1/4W，33K欧15电阻1/4W，4.7K欧16电阻1