分立元件串聯(lián)穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)方案

1、分立元件串聯(lián)穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)方案一、設(shè)計(jì)要求：輸入電源：單相（AC），220V±10%，50HZ±5%； 輸出電壓：DC：+3+12V，連續(xù)可調(diào)；輸出電流：DC：0800mA；負(fù)載效應(yīng)：5%；輸出紋波噪聲電壓：10mV（有效值）；保護(hù)性能：超出最大輸出電流20%時(shí)立即截流保護(hù)；適應(yīng)環(huán)境：溫度：040，濕度：20%90%RH；PCB尺寸：不大于120mm*90mm。二、電路原理圖的確定由于橋式整流、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)整范圍，穩(wěn)壓電源部分選擇串聯(lián)負(fù)反饋穩(wěn)壓電路。同時(shí)由于對輸出電流要求比較大

2、，調(diào)整管必須采用復(fù)合管。綜合這些因素可以初步確定電路的形式，參見圖1。 圖 1三、電路各元件參數(shù)的計(jì)算與型號確定1、變壓部分 這一部分主要計(jì)算變壓器B1次級輸出電壓（UB1）O和變壓器的功率PB1。調(diào)整管T1的管壓降（UT1）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12V。保護(hù)電路R6上的壓降約2V。橋式整流電容濾波輸出電壓是變壓器次級電壓的1.2倍。（UB1）OMIN（2+（UT1）CE（UO）MAX）÷1.2（UB1）OMIN（2+3V12V）÷1.217V÷1.214.17V當(dāng)電網(wǎng)電壓下降10%時(shí)，變壓器次級輸出的電壓應(yīng)能保

3、證后續(xù)電路正常工作，那么變壓器B1次級輸出電壓（UB1）OMIN應(yīng)該是：則變壓器B1次級額定電壓為：（UB1）O（UB1）OMIN÷0.9（UB1）O14.17V÷0.915.74V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800mA。此時(shí)變壓器次級電壓（UB1）OMAX為： （UB1）OMAX（UB1）O×1.1（UB1）OMAX15.74V×1.117.31V變壓器B1的設(shè)計(jì)功率為(考濾過載20%)：PB1（UB1）OMAX×1.2（IO）MAXPB117.31V×1.2×

4、800mA17.31VA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18V，額定功率為1820VA。2、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)。整流管D1的最大整流電流為：（ID1）MAX0.5×IO（ID1）MAX0.5×800mA0.4A考慮到取樣和放大部分的電流和過載因素，可選取最大電流（ID1）MAX為1A。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）RM1.414×（UB1）OMAX1.414

5、15;1.1×（UB1）O1.555×（UB1）O（VD1）RM1.555×17.31V26.93V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1N4001作為整流二極管。3、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)濾波電容選擇條件公式可知濾波電容的電容量為（35）×0.5×T÷R，系數(shù)取3，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12V，負(fù)載電流為800mA時(shí)：C15×0.5×T÷（U

6、O÷IO）C15×0.5×0.02S÷（12V÷0.8A）=2000F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：VC1（UB1）OMAX17.31V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2200F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期使用中的安全，可將濾波電容的耐壓值選大一點(diǎn)，這里選擇35V。4、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（BVT1）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

7、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的集電極發(fā)射極反向擊穿電壓（BVT1）CEO為：（BVT1）CEO（UB1）OMAX17.31V考慮到留有一定余量，可?。˙VT1）CEO為25V。當(dāng)負(fù)載電流最大時(shí)最大允許集電極電流（IT1）CM為：（IT1）CMIO800mA考慮到放大取樣電路需要消耗少量電流，同時(shí)留有一定余量，可?。↖T1）CM為1A。這樣大允許集電極耗散功率（PT1）CM為：（PT1）CM（UB1）OMAXUOMIN）×（IT1）CM（PT1）CM（17.31V-3V2V）×1A12.31W考慮到留有一定余量，可?。?/p>

8、PT1）CM為20W。查詢晶體管參數(shù)手冊后選擇3DD155A作為調(diào)整管T1。該管參數(shù)為：PCM20W，ICM1A，BVCEO50V，完全可以滿足要求。如果實(shí)在無法找到3DD155A也可以考慮用3DD15A代替，該管參數(shù)為：PCM50W，ICM5A，BVCEO60V。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類似，下面給出各項(xiàng)參數(shù)的計(jì)算過程。（BVT2）CEO（BVT1）CEO（UB1）OMAX15.28V同樣考慮到留有一定余量，?。˙VT2）CEO為25V。（IT2）CM（IT1）CM÷T1（IT2）CM1A÷4025mA（PT2）CM（U

9、B1）OMAXUOMIN）×（IT2）CM（PT2）CM（20.35V3V）×25mA0.43375W考慮到留有一定余量，可取（PT2）CM為500mW。查詢晶體管參數(shù)手冊后選擇9014作為調(diào)整管T2，該管參數(shù)為：PCM450mW，ICM100mA，BVCEO45V，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)動電流為：（IT2）MAX（IT2）CM÷T125mA÷800.3125mA5、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，但是也不能過小，否

10、則會影響穩(wěn)定度。這里選擇穩(wěn)壓值為2.2V的2CW37，該型穩(wěn)壓管的最大工作電流為140mA，最大功耗為500mW。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）CEIR2，由于（IT3）CE在工作中是變化值，為保證穩(wěn)定度取IR2（IT3）CE，則ID5IR2。這里初步確定IR2MIN5mA，則R2為：R2（UOMINUD5）÷IR2MINR2（3V2.2V）÷5mA160當(dāng)輸出電壓UO最高時(shí)，IR2MAX為：IR2MAXUOMAX÷R2IR2MAX12V÷16075mA這時(shí)的電流IR2MAX小于穩(wěn)壓管D5的最大工作電

11、流，可見選擇的穩(wěn)壓管能夠安全工作。6、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IR3MIN2mA。則可得：R3R4R5UOMIN÷IR3MINR3R4R53V÷2mA1.5K當(dāng)輸出電壓UO3V時(shí)：UD5（UT3）BE（R4R5）÷（R3R4R5）

12、5;UO（R4R5）（UD5（UT3）BE）×（R3R4R5）÷UO（R4R5）（2.2V0.7V）×1.5K÷3V1.45K當(dāng)輸出電壓UO12V時(shí)：UD5（UT3）BER5÷（R3R4R5）×UOR5（UD5（UT3）BE）×（R3R4R5）÷UOR5（2.2V0.7V）×1.5K÷12V0.36K實(shí)際選擇時(shí)可取R5為360。這樣R4為1K，R3為240。7、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)和集電極發(fā)射極反向擊穿電

13、壓（BVT1）CEO。這里需要T3工作在放大區(qū)，可通過控制T3的集電極電流（IT3）C來達(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IR1（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IR1為1mA，當(dāng)輸出電壓最小時(shí)，則R1為：R1（UB1）OUO（UT1）BE（UT2）BE）÷IR1R1（12V3V0.7V0.7V）÷1mA7.6K實(shí)際選擇時(shí)可取R1為7.5 K。當(dāng)輸出電壓最大時(shí)，IR1為：IR1（UB1）OUO（UT

14、1）BE（UT2）BE）÷R1IR1（12V3V0.7V0.7V）÷7.5 K1.013mA可見當(dāng)輸出電壓最大時(shí)IR1上升幅度僅1，對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。8、截流保護(hù)電路T4、R7、R8組成截流型保護(hù)電路，穩(wěn)壓電路正常工作時(shí)，VR6<VR8,T4截止；當(dāng)IO120%IOM時(shí)，T4飽和，使T1截止。T4用9014，R6取2/2W，R7取2.2K(調(diào)試確定,保證800mA時(shí)不動作，1A時(shí)動作保護(hù))，R8取62。9、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)生自激振蕩影響電路工作的穩(wěn)定性，一般可取0.01F/35V。在電源的輸出端并聯(lián)的