串聯(lián)穩(wěn)壓源的設(shè)計(jì)說(shuō)明

1、職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子產(chǎn)品生產(chǎn)工藝課程設(shè)計(jì)報(bào)告串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)院系電子與信息工程系專(zhuān)業(yè)應(yīng)用電子學(xué)生班級(jí) 2013 級(jí)姓名 如云任釗學(xué)號(hào) 20132491 20130939扌指導(dǎo)教師單位電子與信息工程系指導(dǎo)教師馬玲2014年7月1、電路指標(biāo) 直流輸出電壓 Uo： 6V15V ; 最大輸出電流Io : 500mA ; 電網(wǎng)電壓變化10%時(shí)，輸出電壓變化小于 1 %;2、電路初選圖1 :直流穩(wěn)壓電源電路設(shè)計(jì)初選電路圖由于橋式整流、電容濾波電路十分成熟， 這里我們選擇橋式整流、 電容濾波電路作為電源的 整流、濾波部分。由于要求電源輸出電壓有一定的調(diào)整圍，穩(wěn)壓電源部分選擇串聯(lián)負(fù)反饋穩(wěn)壓電路。同時(shí)由于對(duì)輸出

2、電流要求比較大，調(diào)整管必須采用復(fù)合管。3、變壓部分這一部分主要計(jì)算變壓器B1次級(jí)輸出電壓(U B1 ) o和變壓器的功率 Pbi。一般整流濾波電路有 2V以上的電壓波動(dòng)(設(shè)為 AU)。調(diào)整管T1的管壓降(Uti ) ce 應(yīng)維持在3V以上，才能保證調(diào)整管 T1工作在放大區(qū)。整流輸出電壓最大值為15V。根據(jù)第二章常用整流濾波電路計(jì)算表可知，橋式整流輸出電壓是變壓器次級(jí)電壓的1.2倍。當(dāng)電網(wǎng)電壓下降一10%時(shí)，變壓器次級(jí)輸出的電壓應(yīng)能保證后續(xù)電路正常工作，那么變壓器B1次級(jí)輸出電壓(U B1 ) OMIN應(yīng)該是：(Ub1) omin =( AUd +( Ut1 ) ce+( Uo) max ) +

3、1.2(Ub1) OMIN =( 2V + 3V + 15V) +.2= 20V+1.2= 16.67V則變壓器B1次級(jí)額定電壓為：(Ub1)O=( U B1 ) OMIN +0.9(UB1)O= 16.67V +.9 = 18.5V當(dāng)電網(wǎng)電壓上升 10時(shí)，變壓器 B1 的輸出功率最大。這時(shí)穩(wěn)壓電源輸出的最大電流 (IO) MAX 為 500mA 。此時(shí)變壓器次級(jí)電壓( U B1) OMAX 為：(Ubi) omax =( Ubi ) o X1.1(Ubi) omax = 18.5V X1.1 = 20.35V變壓器 B1 的設(shè)計(jì)功率為：PB1 =( UB1 ) oMAx X( Io) MAx

4、PB1= 20.35V X500mA= 10.2VA為保證變壓器留有一定的功率余量，確定變壓器 B1 的額定輸出電壓為 1 8 . 5V ，額定功 率為12VA。實(shí)際購(gòu)買(mǎi)零件時(shí)如果沒(méi)有輸出電壓為18.5V的變壓器可以選用輸出電壓為18V或以上的變壓器。當(dāng)選用較高輸出電壓的變壓器時(shí)，后面各部分電路的參數(shù)需要重新計(jì)算， 以免由于電壓過(guò)高造成元件損壞。4、整流部分這一部分主要計(jì)算整流管的最大電流(Id1)MAX和耐壓(VD1)rm。由于四個(gè)整流管 D1D4參數(shù)相同，所以只需要計(jì)算D1的參數(shù)。根據(jù)第二章常用整流濾波電路計(jì)算表可知，整流管 D1 的最大整流電流為：( ID1 ) MAX = 0.5 XI

5、o( ID1) MAX = 0.5 X500mA = 0.25A考慮到取樣和放大部分的電流，可選取最大電流( ID1) MAX 為 0.3A。整流管D1的耐壓(VD1)rm即當(dāng)市電上升10%時(shí)D1兩端的最大反向峰值電壓為：(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得到這些參數(shù)后可以查閱有關(guān)整流二極管參數(shù)表，這里我們選擇額定電流1A,反向峰值電壓50V的IN4001作為整流二極管。5、濾波部分這里主要計(jì)算濾波電容的電容量C1和其耐壓Vc1值。根據(jù)根據(jù)第二章濾波電容

6、選擇條件公式可知濾波電容的電容量為(3- 5) 0.5 TR,一般系數(shù)取5，由于市電頻率是 50Hz，所以T為0.02S , R為負(fù)載電阻。當(dāng)最不利的情況下，即輸出電壓為15V,負(fù)載電流為500mA時(shí)：C1 = 5 .5 X* ( Uoo)C1 = 5 0.5 X.02S (15V*0.5A )1666 小當(dāng)市電上升 10時(shí)整流電路輸出的電壓值最大，此時(shí)濾波電容承受的最大電壓為：Vci=( Ubi ) omax = 20.35V實(shí)際上普通電容都是標(biāo)準(zhǔn)電容值，只能選取相近的容量， 這里可以選擇2200卩F的鋁質(zhì)電解電容。耐壓可選擇25V以上，一般為留有余量并保證長(zhǎng)期使用中的安全，可將濾波電容的耐

7、壓值選大一點(diǎn)，這里選擇 35V。6、調(diào)整部分調(diào)整部分主要是計(jì)算調(diào)整管T1和T2的集電極發(fā)射極反向擊穿電壓(BVti) ceo,最大允許集電極電流( IT1 ) cM ，最大允許集電極耗散功率(PT1 ) cM 。在最不利的情況下，市電上升10，同時(shí)負(fù)載斷路，整流濾波后的出電壓全部加到調(diào)整管T1上，這時(shí)調(diào)整管 T1的集電極一發(fā)射極反向擊穿電壓(BVti) ceo為：( BV T1)cEo=( UB1)oMAx= 20.35V考慮到留有一定余量，可取(BVTi) CE。為25V。當(dāng)負(fù)載電流最大時(shí)最大允許集電極電流(I T1)CM為：( IT1 ) cM = I o= 500mA考慮到放大取樣電路需

8、要消耗少量電流，同時(shí)留有一定余量，可取(IT1)cM 為 600mA。這樣大允許集電極耗散功率(PT1)cM 為：(Pt1 ) CM =( Ubi ) OMAX 一 UoMIN ) X ( |T1) CM(Pt1) cm =( 20.35V-6V ) X600mA = 8.61W考慮到留有一定余量，可取(PT1) cm為10W。查詢晶體管參數(shù)手冊(cè)后選擇3DD155A作為調(diào)整管T1。該管參數(shù)為：Pcm = 20W, Icm =1A , BVceo 50V完全可以滿足要求。如果實(shí)在無(wú)法找到3DD155A也可以考慮用 3DD15A代替，該管參數(shù)為：PcM = 50W, |CM = 5A , BV C

9、EO 60V選擇調(diào)整管T1時(shí)需要注意其放大倍數(shù)40。調(diào)整管 T2 各項(xiàng)參數(shù)的計(jì)算原則與 T1 類(lèi)似，下面給出各項(xiàng)參數(shù)的計(jì)算過(guò)程。(BVT2) cEo=(BVT1) cEo=(UB1) oMAX=20.35V 同樣考慮到留有一定余量，取(BVT2) cEo 為 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考慮到留有一定余量，可取( PT2) CM 為 250mW 。查詢晶體

10、管參數(shù)手冊(cè)后選擇3GD6D乍為調(diào)整管T2。該管參數(shù)為：Pcm = 500mW , Icm =20mA , BVceo30V完全可以滿足要求。還可以采用9014作為調(diào)整管T2,該管參數(shù)為：Pcm = 450mW, Icm = 100mA , BV ceo 45V 也可以滿足要求。選擇調(diào)整管T2時(shí)需要注意其放大倍數(shù)80則此時(shí) T2 所需要的基極驅(qū)動(dòng)電流為：(It2) max =( IT2) cm * T1 = 15mA*80= 0.1875mA7、基準(zhǔn)電源部分基準(zhǔn)電源部分主要計(jì)算穩(wěn)壓管D5和限流電阻R2的參數(shù)。穩(wěn)壓管 D5 的穩(wěn)壓值應(yīng)該小于最小輸出電壓UOMIN ，但是也不能過(guò)小，否則會(huì)影響穩(wěn)定度

11、。這里選擇穩(wěn)壓值為 3V的2CW51，該型穩(wěn)壓管的最大工作電流為71mA，最大功耗為250mW。為保證穩(wěn)定度，穩(wěn)壓管的工作電流ID5應(yīng)該盡量選擇大一些。而其工作電流ID5 =(It3 ) CE+ IR2 ,由于(IT3)CE在工作中是變化值，為保證穩(wěn)定度取|R2 ( IT3)CE ,則|D5I。這里初步確定 IR2MIN = 8mA ，則 R2 為：R2=( UOMIN UD5)*IR2MINR2 =( 6V 3V) -H3mA = 375 Q實(shí)際選擇時(shí)可取 R2為390 Q當(dāng)輸出電壓 UO 最高時(shí)， IR2MAX 為：IR2MAX = UOMAX *R2Ir2max = 15V* 390 3

12、8.46mA這時(shí)的電流 IR2MAX 小于穩(wěn)壓管 D5 的最大工作電流，可見(jiàn)選擇的穩(wěn)壓管能夠安全工作。8、取樣部分取樣部分主要計(jì)算取樣電阻R3、R4、R5 的阻值。由于取樣電路同時(shí)接入 T3 的基極，為避免 T3 基極電流 IT3B 對(duì)取樣電路分壓比產(chǎn)生影 響，需要讓It3B IR3。另外為了保證穩(wěn)壓電源空載時(shí)調(diào)整管能夠工作在放大區(qū)，需要讓IR3大于調(diào)整管 T1 的最小工作電流( IT1) cEMIN 。由于 3DD155A 最小工作電流( IT1) cEMIN 為 1mA，因此取IR3MIN = 10mA。則可得：R3R4R5= UOMIN *IR3MINR3R4R5= 6V*10mA= 6

13、00Q當(dāng)輸出電壓 UO= 6V 時(shí)：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當(dāng)輸出電壓 UO= 15V 時(shí)：UD5( UT3 BE= R5-( R3R4R5 XUOR5=( UD5( UT3 BE X(R3R4R5 -UOR5=( 3V0.7V X 600Q- 1=5V148 Q實(shí)際選擇時(shí)可取 R5為150Q。這樣R4為220Q, R3為230Q。但實(shí)際選擇時(shí)可取 R

14、3為220Q。9、放大部分放大部分主要是計(jì)算限流電阻 R1 和比較放大管 T3 的參數(shù)。由于這部分電路的電流比較小，主要考慮 T3的放大倍數(shù)B和集電極一發(fā)射極反向擊穿電壓( BV ti) ceo。這里需要 T3 工作在放大區(qū)，可通過(guò)控制 T3 的集電極電流( IT3 C 來(lái)達(dá)到。而( IT3 C 是由限流電阻 R1 控制，并且有：IR1=( IT3 c( IT2 B一方面，為保證 T1能夠滿足負(fù)載電流的要求，要求滿足lR1( IT2) b;另一方面，為保證T3穩(wěn)定工作在放大區(qū)，以保證電源的穩(wěn)定度，其集電極電流(It3 ) c不能太大。這里可以選Iri為1mA，當(dāng)輸出電壓最小時(shí)，貝UR1為：R1

15、=( UB1 OUO( UT1 BE( UT2 BE -IR1R1=(15V6V0.7V0.7V-1mA=7.6KQ實(shí)際選擇時(shí)可取 R1 為 7.5 K Q。當(dāng)輸出電壓最大時(shí)， IR1 為：IR1=( UB1 OUO( UT1 BE( UT2 BE -R1Ir1=( 15V 6V 0.7V 0.7V) - 7.5 K 1.013mA可見(jiàn)當(dāng)輸出電壓最大時(shí)*1上升幅度僅1%,對(duì)T3工作點(diǎn)影響不大，可滿足要求。由于放電電路的電流并不大， 各項(xiàng)電壓也都小于調(diào)整電路， 可以直接選用 3GD6D 或9014 作為放大管 T3。10、其他元件在T2的基極與地之間并聯(lián)有電容C2，此電容的作用是為防止發(fā)生自激振

16、蕩影響電路工作的穩(wěn)定性，一般可取 0.01卩F/35V在電源的輸出端并聯(lián)的電容 C3是為提高輸出電壓的穩(wěn) 定度，特別對(duì)于瞬時(shí)大電流可以起到較好的抑制作用，可選470卩F/25V鋁電解電容。11、最終電路圖通過(guò)前面的計(jì)算，已經(jīng)得到了所有元件的參數(shù)?？梢詫⑦@些參數(shù)標(biāo)注到圖1中，這樣就得到完整的串聯(lián)負(fù)反饋穩(wěn)壓電源電路圖，見(jiàn)圖2。這里計(jì)算的其實(shí)都還只是初步的參數(shù)，實(shí)際組裝完畢后應(yīng)該仔細(xì)測(cè)量電源的各項(xiàng)指標(biāo)是否符合要求，各部分元件工作是否正常。如果發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況作出調(diào)整。根據(jù)調(diào)整的結(jié)果來(lái)修正原理圖中的電路參數(shù)，最終完成穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)。12、測(cè)試測(cè)試條件：220V市電、12V變壓器;測(cè)試儀表：數(shù)

17、字式萬(wàn)用表測(cè)試數(shù)據(jù)：市電（V）電路輸入（變壓器輸出）（V）電路輸出（V）22012.34.9413、總結(jié)串聯(lián)型穩(wěn)壓電源就是在輸入電壓存在波動(dòng)時(shí)， 輸出電壓保持恒定的裝置，利用穩(wěn)壓二極 管兩端電壓不變的原理，使輸出電壓保持不變，并用多級(jí)三極管組成達(dá)令頓復(fù)合電路， 組成 放大器提高穩(wěn)壓精度。串聯(lián)型穩(wěn)壓電路，除了變壓、整流、濾波外，穩(wěn)壓部分一般有四個(gè)環(huán)節(jié)：調(diào)整環(huán)節(jié)、基 準(zhǔn)電壓、比較放大器和取樣電路。當(dāng)電網(wǎng)電壓或負(fù)載變動(dòng)引起輸出電壓 V0變化時(shí)，取樣電路將輸出電壓 V0的一部分饋送回比較放大器和基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，產(chǎn)生的誤差電壓經(jīng)放大后去控制調(diào)整管的基極電流，自動(dòng)地改變調(diào)整管集射極間的電壓，補(bǔ)償V0 的變化，從而維持輸出電壓基本不變。串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的調(diào)試1、通電前電路的檢查 電路安裝完畢后，應(yīng)先對(duì)照電路圖按順序檢查。 檢查每個(gè)元件的規(guī)格型號(hào)、數(shù)值、安裝位置管腳接線是否正確。 著重檢查電源線，變壓器連線，是否正確可靠