串联型直流稳压电源的设计图

串联型直流稳压电源的设计图

电气与电子工程系电气工程及其自动化专业

题目:串联型直流稳压电源

学生姓名：一班号：一学号：—

指导教师；

时间：年月日~年月日

指导教师评语：

成绩：

串联型直流稳压电源的设计图

一、设计题目

题目:串联型直流稳压电源

二、设计任务：设计并制作用晶体管、集成运算放大器电阻、电阻

器、电容组成的串联型直流稳压电源“

指标：1、输入电压：

2、输出电压：3-6V、6-9V.9-12V三档直流电压；

3、输出电流：最大电流为1A；

4、保护电路：过流保护、短路保护。

三、理电路和程序设计:

一电路原理方框图:

二原理说明:

（1）单相桥式整流电路可以将单相交流电变换为直流

电；

（2）整流后的电压脉动较大，需要滤波后变为交流分

量较小的直流电压用来供电；

（3）滤波后的输出电压容易随电网电压和负载的变化

波动不利于设备的稳定运行；

（4）将输出电压经过稳压电路后输出电压不会随电网

和负载的变化而变化从而提高设备的稳定性和可靠性,

保障设备的正常使用；

（5）关于输出电压在不同档位之诃的变换，可以将稳

压电源的电压设置为标准电压再对其进行变换，电压

在档位间的调节可以通过调节电位器来进行调节，从

而实现对输出电压的调节。

四：方案选择

一：变压、滤波电路

方案一和方案二的变压电路和滤波电路相同，二者的差别主要

体现在稳压电路部分。

图1变压和滤波电路

二:稳压电路

方案一：此方案以稳压管D1的电压作为三极管Q1的基准电压，

电路引入电压负反馈，当电网电压波动引起R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"瓯=""一"百可知"BE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2方案一稳压部分电路

方案二：该方案稳压电路部分如图2所示，稳压部分由调整管（Q1、

Q2组成的复合管），比较电路（集成运放U2A）,基准电压电路（稳

压管D1BZV55-B3V0）,采样电路组成（采样电路由R2、R3、R4、R5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人，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3方案二稳压部分单元电珞

对以上两个方案进行比较，可以发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

一凋，而且输出电流不大，而第二个方案使用了集成运放和调整管作

为稳压电路，输出电压可以通过开关J1在3-6V、6-9V.9-12V之间

凋节，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。

三:电路框图和电路图

整体电路的框架如下图所示，先有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，最

后得到滤波稳压电源。

图4电路框图

图5串联直流稳压总电路图

五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为3V-6V.6V-9V、9V-12V的稳压电源，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，由皿一”。形5,“CK为饱和管压降，而

UEOX=12V为输出最大电压，"OE5=3V为最小的输入电压，以饱和管压降"c兹=3V计算,

为了使调整管工作在放大区，输入电压最小不能小于15V,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lAxl5V=15w,所以变压器的功率绝对不

能低于15w,由于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20W,额定电流2A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1A,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6单相桥式整流电路

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“。8刃:

—f代gsin2V7%

"o=n=o.9“2其中4为变压器次级交流

电压的有效值。我们可以求得

对于全波整流来说，如果两个次级线圈输出电压有效值为“2,则处于截止状态的二极管承

受的最大反向电压将是2Mt72,即为42.42V

考虑电网波动（通常波动为10%,为保险起见取30%的波动）我们可以得到实际的“。8冷

应该大于22.1V,最大反向电压应该大于5S.2V。在输出电流最大为1A的情况下我们可以选

择额定电流为2A,反向耐压为1000V的二极管IN4007.

（3）、滤波电容的选择

当滤波电容的偏小时，滤波器输出电压脉动系数大；而内偏大时,

整流二极管导通角e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1A时，我们可以求得电路的负载为18Q时，我们可以根据滤波

电容的计算公式：

T

C=(3〜5)2^乙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35V的

铝点解电容。

另外，由于实际电阻或电路中可能存在寄生电感和寄生电容等因素,

电路中极有可能产生高频信号，所以需要一个小的陶瓷电容来滤去

这些高频信号。我们可以选择一个50UF的陶瓷电容来作为高频滤

波电容。

（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1A,为防上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1A,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-"°m5）=6.5W。我们可以选择适合这些参数最大功率为

60W,最大电流超过6A,所能承受的最大管压降为100V。基准电路由3V的稳压管和10KQ的

保护电阻组成。由于输出电压要求为3V-6V、6V-9V和9V-12V,因此采样电路的采样电阻应

该可调，则采样电路由一个电阻和三个可调电阻组成，根据公式：

u_ARu

umax-RpUD

求出。其中为输入端的电阻，AR为输出端与共地端之间的电阻，

“D为稳压管的稳压值。.所以根据此公式可求的电路的输出电压为3V-

12VO可以输出3V-12V的电压，运放选用工作电区在15V左右前对电压

稳定性要求不是很高的运放，由于AD704JN的工作电压为正负12V-正负

22V,范围较大，可以用其作为运放，因为整流后的电压波动不是很大,

所以运放的工作电源可以利用整流后的电压来对其进行供电。为了使输

出电压更稳定，输出纹波更小，需奥对输出端进行再次滤波，可在输出

端接一个5uf电容，这样电源不容易受到负载的干扰。使得电源的性质

更好，电压更稳定，

六画出系统的电路总图和元件列出清单

元件清单

名称及标号型号及大小数量

变压器220V-15V2个

200uF4个

电容

50uF1个

10k2个

30K2个

电阻

Ik2个

3Q1个

10k1个

可变电阻20k1个

60k1个

集成运放AD704JN2个

BZV60-B151个

稳压管BZV60-B121个

BZV55-B3V01个

2N50391个

调整管

2N49221个

桥式整流二极管3N2582个

保护三极管I2N38791个

七、电路的调试及仿真数据

理论值3V-6V、6V-9V.9V-12V,而实际的测量、值是在3V-5.989V、

5.99V-9.003V-11.832V,造成0.01V-0.2V的可调误差，原因是由于

调节可变电阻R2、R3、R4,可以得到课程设计所要求输出的3V-6V、6V-9V,9V-12V

的电压，仿真数据如下

度lultiMeter-XUl区|星lultiaeter-xai|区|

I5.99VII8.932VI

□ZQE®□ZHE®

〜11—〜—

图8不同档位最高和最低电压实测

直流电压的输出波形如图8所示：

在高压的12V输出时电压有0.02V的电压波动，基本上对输出的影响不

大，可也不考虑其影响；在低压的3V时输出波形为一直线，基本无电

压波动符合理论的要求。

Scale10ms/DivScale|l0V/DivZScale5V/DivEdge[Tt|[A-|

Xposition0Yposition0Yposition0Level01V

Oscilloscope-XSC1X

±

TimeChannel_AChannelB

;;羽82.95255.991VReverse

T2-T1

txt.Irigger

TimebaseChannelAChannelBTrigger

Scale10ms/DivScale10V/DivScale5V/Div________Edge三|QAJ

Xposition0Yposition0Yposition0Level01V

(Y/T](Add][B/A]tA/B](ACJCEISC)[AC||O