串联稳压源的设计说明

1、职业技术学院电子产品生产工艺课程设计报告串联型稳压电源的设计院系电子与信息工程系专业应用电子学生班级 2013 级姓名 如云任钊学号 20132491 20130939扌指导教师单位电子与信息工程系指导教师马玲2014年7月1、电路指标 直流输出电压 Uo： 6V15V ; 最大输出电流Io : 500mA ; 电网电压变化10%时，输出电压变化小于 1 %;2、电路初选图1 :直流稳压电源电路设计初选电路图由于桥式整流、电容滤波电路十分成熟， 这里我们选择桥式整流、 电容滤波电路作为电源的 整流、滤波部分。由于要求电源输出电压有一定的调整围，稳压电源部分选择串联负反馈稳压电路。同时由于对输出

2、电流要求比较大，调整管必须采用复合管。3、变压部分这一部分主要计算变压器B1次级输出电压(U B1 ) o和变压器的功率 Pbi。一般整流滤波电路有 2V以上的电压波动(设为 AU)。调整管T1的管压降(Uti ) ce 应维持在3V以上，才能保证调整管 T1工作在放大区。整流输出电压最大值为15V。根据第二章常用整流滤波电路计算表可知，桥式整流输出电压是变压器次级电压的1.2倍。当电网电压下降一10%时，变压器次级输出的电压应能保证后续电路正常工作，那么变压器B1次级输出电压(U B1 ) OMIN应该是：(Ub1) omin =( AUd +( Ut1 ) ce+( Uo) max ) +

3、1.2(Ub1) OMIN =( 2V + 3V + 15V) +.2= 20V+1.2= 16.67V则变压器B1次级额定电压为：(Ub1)O=( U B1 ) OMIN +0.9(UB1)O= 16.67V +.9 = 18.5V当电网电压上升 10时，变压器 B1 的输出功率最大。这时稳压电源输出的最大电流 (IO) MAX 为 500mA 。此时变压器次级电压( U B1) OMAX 为：(Ubi) omax =( Ubi ) o X1.1(Ubi) omax = 18.5V X1.1 = 20.35V变压器 B1 的设计功率为：PB1 =( UB1 ) oMAx X( Io) MAx

4、PB1= 20.35V X500mA= 10.2VA为保证变压器留有一定的功率余量，确定变压器 B1 的额定输出电压为 1 8 . 5V ，额定功 率为12VA。实际购买零件时如果没有输出电压为18.5V的变压器可以选用输出电压为18V或以上的变压器。当选用较高输出电压的变压器时，后面各部分电路的参数需要重新计算， 以免由于电压过高造成元件损坏。4、整流部分这一部分主要计算整流管的最大电流(Id1)MAX和耐压(VD1)rm。由于四个整流管 D1D4参数相同，所以只需要计算D1的参数。根据第二章常用整流滤波电路计算表可知，整流管 D1 的最大整流电流为：( ID1 ) MAX = 0.5 XI

5、o( ID1) MAX = 0.5 X500mA = 0.25A考虑到取样和放大部分的电流，可选取最大电流( ID1) MAX 为 0.3A。整流管D1的耐压(VD1)rm即当市电上升10%时D1两端的最大反向峰值电压为：(Vd1) rm 1.414 XUb1 ) omax = 1.414 X.1 X( Ub1 ) o 1.555 XU B1) o(Vd1)rm1.555 X 18.5V 29V得到这些参数后可以查阅有关整流二极管参数表，这里我们选择额定电流1A,反向峰值电压50V的IN4001作为整流二极管。5、滤波部分这里主要计算滤波电容的电容量C1和其耐压Vc1值。根据根据第二章滤波电容

6、选择条件公式可知滤波电容的电容量为(3- 5) 0.5 TR,一般系数取5，由于市电频率是 50Hz，所以T为0.02S , R为负载电阻。当最不利的情况下，即输出电压为15V,负载电流为500mA时：C1 = 5 .5 X* ( Uoo)C1 = 5 0.5 X.02S (15V*0.5A )1666 小当市电上升 10时整流电路输出的电压值最大，此时滤波电容承受的最大电压为：Vci=( Ubi ) omax = 20.35V实际上普通电容都是标准电容值，只能选取相近的容量， 这里可以选择2200卩F的铝质电解电容。耐压可选择25V以上，一般为留有余量并保证长期使用中的安全，可将滤波电容的耐

7、压值选大一点，这里选择 35V。6、调整部分调整部分主要是计算调整管T1和T2的集电极发射极反向击穿电压(BVti) ceo,最大允许集电极电流( IT1 ) cM ，最大允许集电极耗散功率(PT1 ) cM 。在最不利的情况下，市电上升10，同时负载断路，整流滤波后的出电压全部加到调整管T1上，这时调整管 T1的集电极一发射极反向击穿电压(BVti) ceo为：( BV T1)cEo=( UB1)oMAx= 20.35V考虑到留有一定余量，可取(BVTi) CE。为25V。当负载电流最大时最大允许集电极电流(I T1)CM为：( IT1 ) cM = I o= 500mA考虑到放大取样电路需

8、要消耗少量电流，同时留有一定余量，可取(IT1)cM 为 600mA。这样大允许集电极耗散功率(PT1)cM 为：(Pt1 ) CM =( Ubi ) OMAX 一 UoMIN ) X ( |T1) CM(Pt1) cm =( 20.35V-6V ) X600mA = 8.61W考虑到留有一定余量，可取(PT1) cm为10W。查询晶体管参数手册后选择3DD155A作为调整管T1。该管参数为：Pcm = 20W, Icm =1A , BVceo 50V完全可以满足要求。如果实在无法找到3DD155A也可以考虑用 3DD15A代替，该管参数为：PcM = 50W, |CM = 5A , BV C

9、EO 60V选择调整管T1时需要注意其放大倍数40。调整管 T2 各项参数的计算原则与 T1 类似，下面给出各项参数的计算过程。(BVT2) cEo=(BVT1) cEo=(UB1) oMAX=20.35V 同样考虑到留有一定余量，取(BVT2) cEo 为 25V。(IT2)CM =( IT1 ) CM * B(It2) cm = 600mA*40 = 15mA( PT2) cM =( UB1 ) oMAX 一 UoMIN ) X( IT2) cM(Pt2)cm =( 20.35V 6V) X15mA = 0.21525W考虑到留有一定余量，可取( PT2) CM 为 250mW 。查询晶体

10、管参数手册后选择3GD6D乍为调整管T2。该管参数为：Pcm = 500mW , Icm =20mA , BVceo30V完全可以满足要求。还可以采用9014作为调整管T2,该管参数为：Pcm = 450mW, Icm = 100mA , BV ceo 45V 也可以满足要求。选择调整管T2时需要注意其放大倍数80则此时 T2 所需要的基极驱动电流为：(It2) max =( IT2) cm * T1 = 15mA*80= 0.1875mA7、基准电源部分基准电源部分主要计算稳压管D5和限流电阻R2的参数。稳压管 D5 的稳压值应该小于最小输出电压UOMIN ，但是也不能过小，否则会影响稳定度

11、。这里选择稳压值为 3V的2CW51，该型稳压管的最大工作电流为71mA，最大功耗为250mW。为保证稳定度，稳压管的工作电流ID5应该尽量选择大一些。而其工作电流ID5 =(It3 ) CE+ IR2 ,由于(IT3)CE在工作中是变化值，为保证稳定度取|R2 ( IT3)CE ,则|D5I。这里初步确定 IR2MIN = 8mA ，则 R2 为：R2=( UOMIN UD5)*IR2MINR2 =( 6V 3V) -H3mA = 375 Q实际选择时可取 R2为390 Q当输出电压 UO 最高时， IR2MAX 为：IR2MAX = UOMAX *R2Ir2max = 15V* 390 3

12、8.46mA这时的电流 IR2MAX 小于稳压管 D5 的最大工作电流，可见选择的稳压管能够安全工作。8、取样部分取样部分主要计算取样电阻R3、R4、R5 的阻值。由于取样电路同时接入 T3 的基极，为避免 T3 基极电流 IT3B 对取样电路分压比产生影 响，需要让It3B IR3。另外为了保证稳压电源空载时调整管能够工作在放大区，需要让IR3大于调整管 T1 的最小工作电流( IT1) cEMIN 。由于 3DD155A 最小工作电流( IT1) cEMIN 为 1mA，因此取IR3MIN = 10mA。则可得：R3R4R5= UOMIN *IR3MINR3R4R5= 6V*10mA= 6

13、00Q当输出电压 UO= 6V 时：Ud5+( Ut3) be=( R4+ R5) +(R3 + R4 + R5) XUo(R4 + R5) = ( Ud5 +( Ut3) be) X ( R3 + R4 + R5) -HJo(R4 + R5 ) = ( 3V + 0.7V) X 600Q- 6=370Q当输出电压 UO= 15V 时：UD5( UT3 BE= R5-( R3R4R5 XUOR5=( UD5( UT3 BE X(R3R4R5 -UOR5=( 3V0.7V X 600Q- 1=5V148 Q实际选择时可取 R5为150Q。这样R4为220Q, R3为230Q。但实际选择时可取 R

14、3为220Q。9、放大部分放大部分主要是计算限流电阻 R1 和比较放大管 T3 的参数。由于这部分电路的电流比较小，主要考虑 T3的放大倍数B和集电极一发射极反向击穿电压( BV ti) ceo。这里需要 T3 工作在放大区，可通过控制 T3 的集电极电流( IT3 C 来达到。而( IT3 C 是由限流电阻 R1 控制，并且有：IR1=( IT3 c( IT2 B一方面，为保证 T1能够满足负载电流的要求，要求满足lR1( IT2) b;另一方面，为保证T3稳定工作在放大区，以保证电源的稳定度，其集电极电流(It3 ) c不能太大。这里可以选Iri为1mA，当输出电压最小时，贝UR1为：R1

15、=( UB1 OUO( UT1 BE( UT2 BE -IR1R1=(15V6V0.7V0.7V-1mA=7.6KQ实际选择时可取 R1 为 7.5 K Q。当输出电压最大时， IR1 为：IR1=( UB1 OUO( UT1 BE( UT2 BE -R1Ir1=( 15V 6V 0.7V 0.7V) - 7.5 K 1.013mA可见当输出电压最大时*1上升幅度仅1%,对T3工作点影响不大，可满足要求。由于放电电路的电流并不大， 各项电压也都小于调整电路， 可以直接选用 3GD6D 或9014 作为放大管 T3。10、其他元件在T2的基极与地之间并联有电容C2，此电容的作用是为防止发生自激振

16、荡影响电路工作的稳定性，一般可取 0.01卩F/35V在电源的输出端并联的电容 C3是为提高输出电压的稳 定度，特别对于瞬时大电流可以起到较好的抑制作用，可选470卩F/25V铝电解电容。11、最终电路图通过前面的计算，已经得到了所有元件的参数。可以将这些参数标注到图1中，这样就得到完整的串联负反馈稳压电源电路图，见图2。这里计算的其实都还只是初步的参数，实际组装完毕后应该仔细测量电源的各项指标是否符合要求，各部分元件工作是否正常。如果发现问题，应该根据实际情况作出调整。根据调整的结果来修正原理图中的电路参数，最终完成稳压电源的设计。12、测试测试条件：220V市电、12V变压器;测试仪表：数

17、字式万用表测试数据：市电（V）电路输入（变压器输出）（V）电路输出（V）22012.34.9413、总结串联型稳压电源就是在输入电压存在波动时， 输出电压保持恒定的装置，利用稳压二极 管两端电压不变的原理，使输出电压保持不变，并用多级三极管组成达令顿复合电路， 组成 放大器提高稳压精度。串联型稳压电路，除了变压、整流、滤波外，稳压部分一般有四个环节：调整环节、基 准电压、比较放大器和取样电路。当电网电压或负载变动引起输出电压 V0变化时，取样电路将输出电压 V0的一部分馈送回比较放大器和基准电压进行比较，产生的误差电压经放大后去控制调整管的基极电流，自动地改变调整管集射极间的电压，补偿V0 的变化，从而维持输出电压基本不变。串联型稳压电路的调试1、通电前电路的检查 电路安装完毕后，应先对照电路图按顺序检查。 检查每个元件的规格型号、数值、安装位置管脚接线是否正确。 着重检查电源线，变压器连线，是否正确可靠