串联型直流稳压电源

1、 电子技术课程设计设计报告串联型直流稳压电源 所在学院： 机械与电气工程学院 班 级： 姓 名： 学 号： 指导教师： 2016年6月串联型直流稳压电源一、 设计目标和要求1、设计一个串联型直流稳压电路，可输出稳定的直流电压，实现预定技术指标；2、电路形式和元器件不限，要求设计过流保护电路；3、完成主要元器件选择和电路参数设计计算；4、在 Multisim 或 Proteus 下仿真测试通过。5、其它合理功能。6、输入AC36V7、输出4V12V/3A可调电压 -12V/1A稳定电压8、电压调整率（%）3% 9、电流调整率(%) 1% 10、过流保护（%）Iom=3.3A/1.1A 二、 工作

2、原理及数据分析采用变压器、二极管、集成运放，电阻、稳压管、三极管等元器件。将36V的交流电经变压器变压后变成电压值较小的交流，再经整流电路和滤波电路形成直流，稳压部分采用串联型稳压电路。比例运算电路的输入电压为稳定电压，且比例系数可调，所以其输出电压也可以调节；同时，为了扩大输出大电流，集成运放输出端加晶体管，并保持射极输出形式，就构成了具有放大环节的串联型稳压电路。如下图1电路原理图。图 1电路原理图电源变压器直流电源的输入为36V的交流电压，一般情况下，所需直流电压的数值和电网电压的有效值相差较大，因而需要通过电源变压器降压后，再对交流电压处理。变压器副边电压有效值决定于后面电路的需要。根

3、据经验，稳压电路的输入电压一般选取。所以选择U1:U2为3:1.5的变压器。进入滤波电路为18V交流电。整流电路在整流电路的选择中由于单相半波整流电路只利用了交流电压的半个周期，所以输出的电压低，交流分量大（及脉动大），效率低。因此我选择了单相桥式整流电路做为本次课程设计的整流电路。其工作原理为：图 2整流电路图当变压器副边线圈U2在正半周，A点电位高于B点，由二极管的单向导电性可知D1和D3导通，D2和D4截止。此时的电流通路为：AD1RLD3B.此时的输出波形为U2的上半周。当B点电位高于A电位是。D2和D4导通，D1和D3截止。此时的电流通路为：BD2RLD4A。此时的输出电压波形为U2

4、波形的负半周的负值，即输出的电压负半周关于时间轴的对称波形。两对二极管周而复始地交替导通和截止，使负载RL上的电压始终是正电压。整流电路输出的波形为： 图 3整流后电压波形 图 4整流前电压波形 Uo（）.（）.×由于桥式整流电路的每只二极管只在半个周期导通，因而流过的平均电流仅为输出平均电流的一半，即Id(av)0.45×U2/RL.二极管截止时所承受的最大反向电压使变压器副边线圈电压的峰值，即Urm=1.414×U2滤波电路一般的滤波电路主要由电容（6.3.1）构成，电容容量一半大于470uf.其工作原理为：图 5滤波电路当U2>Uc时，二极管D1和D3

5、导通，对电容C充电，时间常数很小；当U2<Uc时，所有二极管均截止，电容对RL放电，时间常数为RL*C；若变压器副边电压U2在正半周，且电容上的电压在A点，A点对应的时间为T1，则当T>T1是时，D1和D3因加正向电压而导通，U2一方面提供负载电流，另一方面对C充电；若变压器副边内阻、二极管导通电阻均可忽略不计，则UO将按U2的变化规律充电至峰值电压，如图B点，伺候U2的下降使得U2<UC，所有二极管均截止，滤波电容C向负载电阻RL放电，时间常数为RL*C。再放电的BC段，UO基本按U2的变化规律下降；但到C点后，UO按指数规律下降，二U2按正弦规律下降，UOB比U2变得缓慢

6、，见曲线的CD段。电容C放电到图中的D点后，又重复上述A点以后的过程。如此周而复始形成了电容的周期性充、放电过程。最终滤波后的波形如下：图 6滤波电路后波形当RL*C=（35）T/2时，UO(av)1.2U2.滤波电容C可由下式估算： 式中T为电网交流电压的周期（T=0.02s），RL为负载电阻。根据给定条件在实际中电容容量应略大于这个数值所以选择了13000uf的电容。在设计-12V稳压电路的时候，经计算得到，为了使电压更加稳定选择了10000uf的电容。稳压电路图 7稳压电路作用原理：设负载不变，当输入电压U1升高时，因而UO随之增大，即稳压管端电压UZ增大吗。 由图6.4.2所示稳压管伏

7、安特性可知，稳压管电压微小增大，使流过稳压管的电流Idz急剧增大，Ir随之增大，以致电阻R上的压降Ur增大，从而抵消了Ui的升高，时输出电压Uo基本不变。同理当输入电压Ui降低时，各值的变化与上述相反，从而使得输出电压稳定。 图 8稳压管特性输出电压调节图 9 4V-12V局部电路图 10 -12V局部电路工作原理：一般流过调整管的电流比较大，因而可以在调整管后再加一个保护晶体管，R1为采样电阻，当电流较小时，R1上的压降小于调整管的导通电压，因而保护电路不工作，当电流较大时，可将调整管的基极分流，限制了调整管Ice的增长；电路中的运放和电阻和电位器构成输出电压调节电路，设运放同向端的基准电压

8、为U5，则输出电压的范围为：R6+R7+RL1R7+RL1Uz<Uo<R6+R7+RL1R7Uz三、 主要元器件的参数计算、选择整流电路通过单相桥式整流电路将变压后的交变电压整流为单相的直流电压设计要求中要求最大输出IL为3A 于是：最大允许流经每个二极管的电流 于是整流桥部分采用的是四个二极管构成的。在multisim中选择的是1N4001型号的二极管滤波电路的选择滤波电容C可由下式估算： 式中T为电网交流电压的周期（T=0.02s），RL为负载电阻。根据给定条件在实际中电容容量应略大于这个数值所以选择了13000uf的电容。在设计-12V稳压电路的时候，经计算得到，为了使电压更

9、加稳定选择了10000uf的电容。调整管选择最大电流 ICM>ILMAX ICM>3A最大管压降UCEO>UIMAX-UOMIN UCEO>9.2V最大集电极功耗PCM>IMAXUIMAX-UOMIN PCM>3×9.2=27.6W根据以上的数据我选择了T1管2N4922,。最大集电流-基极直流电压：最大值60V .最大耗散率30W,最大电流ICMMAX=3A。T2管2N5671，最大电流ICMMAX=10A。在-12v的电源设计中选择了2N2907型号的三极管，ICMMAX=1A。保护电路IOM=3.3A/1.1A,取电阻R=0.212/0.63

10、 .URO=0.212×3.3=0.7V/1.1×0.63=0.693V取样电路的选择输出电压的范围为：R6+R7+RL1R7+RL1Uz<Uo<R6+R7+RL1R7Uz而我们要求输出电压有4-12V档和-12V档，因此Uz4V，选择Uz=2.43V，型号为1N4307A。计算得到=8.9K是可调电阻为10K=4.7K经计算稳压值为3.897VUz12.178V.符合我们要求输出的4V-12V档。在输出-12V的电路中我使用同样是稳压2.43V的1N4307A。=1K=3.94K四、 仿真测试及分析总电路图：图 11 总电路图1、 测试目标；（1）输出电压范围

11、（表 1）可调输出应覆盖范围，余量不超过 10%，如第 1 组输出 1 最小电压允许范围为 3.6V-4.0V，最大电压允许范围为 12.0-13.2V；固定输出误差不超过±5%，如第 1 组输出 2 允许范围为-11.4-12.6V测试中应保持输出电流为满载。表 1 输出电压范围测试测试条件：输入电压：AC220V±10%，输出电流：100%。输入电压(AC:V)32.4V36V39.6V备注输出 1输出电压范围(V)3.883V-12.147V3.893V-12.178V3.883V-12.206V符合要求输出 2输出电压(V)-11.963V-11.993V-12.0

12、2V符合要求备注：备注请说明哪些指标达到设计要求，哪些未达到。输入32.4V输入36V输入39.6V（2）电压调整率（表 2 ）电压调整率又叫线路调整率、源效应等，表示稳压电源适应电源变化的能力。在输出满载的情况下，输入电压变化会引起输出电压波动，测试输入电压在全输入范围内变化时输出电压偏离输出整定电压的百分比。测试方法：1. 设置可调负载装置，使电源满载输出2. 调节 AC 输入电压为下限值 198V，记录对应的输出电压 U13. 增大输入电压到额定值 220V，记录对应的输出电压 U04. 调节输入电压为上限值 242V，记录对应的输出电压 U2；5. 按下式计算：电压调整率=(U- U0

13、)/U0×100式中：U 为 U1 和 U2 中相对 U0 变化较大的值；表 2 电压调整率测试 1测试条件：输入电压：AC220V±10%，输出电流：100%。输入电压(AC:V)32.4V36V39.6V计算电压调整率（%）输出 1上限输出电压(V)12.147V12.178V12.206V0.22%输出 2输出电压(V)-11.963V-11.993-12.020.25%输入32.4V输入36V输入39.2V（3）电流调整率（表 3）电流调整率又称负载调整率，表示稳压电源适应负载变化的能力。输入电压为额定值时，因变换负载引起的输出电压波动不应超过规定的范围。测试方法：

14、1. 输入电压为额定值，输出电流取最小值，记录最小负载量的输出电压 U12. 调节负载为 50%满载，记录对应的输出电压 U03. 调节负载为满载，记录对应的输出电压 U24. 负载调整率按以下公式计算负载调整率=(U- U0)/U0×100式中：U 为 U1 和 U2 中相对 U0 变化较大的值；表 3 电流调整率测试测试条件：输入电压：AC220V，输出电流：10%/50%/100%。测试项目数据记录计算电流调整率（%）输出 1输出电流(A0.3A1.5A3A上限输出电压(V)12.197V12.194V12.178V0.13%输出 2输出电流(A)0.1A0.5A1A输出电压(

15、V)-12.002V-12.001V-11.993V0.06%输出电流10%输出电流50%输出电流100%（3）过流保护（表 4表 4 过流保护测试测试条件：输入电压：AC220V。 测试项目设计值测试值过流保护点（%）输出 1过流保护电流(A)3.3A输出 2过流保护电流(A)1.1A在测试过流保护电路的时候，电路没有实现过流保护功能，所以本项指标未能测试出数据。2、 测试结果汇总；在测试中，输出可调的4V-12V/3A电压指标达成，输出-12V/1A 电压的指标达成。在本次课程设计中要求电压调整率（%）3%，实际数值为0.022%/0.025%达到了目标要求。电流调整率(%)1%，在实际的

16、仿真中电流调整率为0.13%和0.06%，可以看到是在规定之内的。在课程设计中需要有过流保护=110%，但是在本次的设计中没有达成这个要求。3、 结果与误差分析；在本次的课程设计中，主要的误差在电流调整率和过流保护电路上面。可以看到电流调整率是不达标的，过流保护电路没有成功。对于误差的分析，主要还是因为不了解multisim软件中繁多的元件参数。在查阅相关的资料之后，还是和计算的结果有所不同。五、 总结在两周的时间里面，我们从一无所知的状态开始慢慢的摸索本次课程设计的要求。在查阅书籍和咨询老师的情况之下，最终还是初步完成的本次的课程设计。我要特别感谢知道老师对我孜孜不倦的教导，在遇到困难的时候耐心的对电路提出修改的意见。在这两周里，通过自主的学习