串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源畢業(yè)設(shè)計

1、信息工程學(xué)院課程設(shè)計報告書題目: 串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源設(shè)計報告 專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 班 級： 0307406 學(xué) 號： 030740654 學(xué)生姓名： 劉瑋 指導(dǎo)教師： 楊老師 2010年 8月 31日 信息工程學(xué)院課程設(shè)計任務(wù)書學(xué) 號030740654學(xué)生姓名劉瑋專業(yè)（班級）0307406設(shè)計題目串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源設(shè)計技術(shù)參數(shù)1輸出電壓：3- 6V、6-9V、9-12V三檔直流電壓；2輸出電流：最大電流為1A；設(shè)計要求1、輸入電壓：2保護電路：過流保護、短路保護工作量1、設(shè)計并制作用晶體管2、集成運算放大器電阻3、電阻器、電容組成的串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源。工作計劃1， 第一周查資料，確定

2、方向2， 第二周確定具體題目3， 第三走圍繞題目查資料，并畫出所需電路圖4， 第四周整理所有的東西，完成設(shè)計報告參考資料電力電子技術(shù) 西安交通大學(xué)第四版 王兆安 黃俊 主編邵兆安主編 電力電子技術(shù) 北京 中國鐵道出版社 1997陳治明 電力電子器件基礎(chǔ) 北京 機械工業(yè)出版社 1992指導(dǎo)教師簽字教研室主任簽字 年 月 日 學(xué)生姓名： 劉瑋 學(xué)號： 030740654專業(yè)（班級）： 電氣工程及其自動化 課程設(shè)計題目： 串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源 指導(dǎo)教師評語： 成績： 指導(dǎo)教師： 年 月 日信息工程學(xué)院課程設(shè)計成績評定表串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源設(shè)計報告一、設(shè)計題目題目：串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源二、設(shè)計任務(wù)：設(shè)計并制

3、作用晶體管、集成運算放大器電阻、電阻器、電容組成的串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源。指標(biāo)：1、輸入電壓：2、輸出電壓：3- 6V、6-9V、9-12V三檔直流電壓；3、輸出電流：最大電流為1A； 4、保護電路：過流保護、短路保護。三、理電路和程序設(shè)計：一 電路原理方框圖：二原理說明：（1） 單相橋式整流電路可以將單相交流電變換為直流電；（2） 整流后的電壓脈動較大，需要濾波后變?yōu)榻涣鞣至枯^小的直流電壓用來供電；（3） 濾波后的輸出電壓容易隨電網(wǎng)電壓和負載的變化波動不利于設(shè)備的穩(wěn)定運行；（4） 將輸出電壓經(jīng)過穩(wěn)壓電路后輸出電壓不會隨電網(wǎng)和負載的變化而變化從而提高設(shè)備的穩(wěn)定性和可靠性，保障設(shè)備的正常使用；（5）

4、 關(guān)于輸出電壓在不同檔位之間的變換，可以將穩(wěn)壓電源的電壓設(shè)置為標(biāo)準(zhǔn)電壓再對其進行變換，電壓在檔位間的調(diào)節(jié)可以通過調(diào)節(jié)電位器來進行調(diào)節(jié)，從而實現(xiàn)對輸出電壓的調(diào)節(jié)。四：方案選擇一：變壓、濾波電路方案一和方案二的變壓電路和濾波電路相同，二者的差別主要體現(xiàn)在穩(wěn)壓電路部分。圖1 變壓和濾波電路二：穩(wěn)壓電路方案一：此方案以穩(wěn)壓管D1的電壓作為三極管Q1的基準(zhǔn)電壓，電路引入電壓負反饋，當(dāng)電網(wǎng)電壓波動引起R2兩端電壓的變化增大（減小）時，晶體管發(fā)射極電位將隨著升高（降低），而穩(wěn)壓管端的電壓基本不變，故基極電位不變，所以由可知將減?。ㄉ撸?dǎo)致基極電流和發(fā)射極電流的減?。ㄔ龃螅?，使得R兩端的電壓降低（升高），從

5、而達到穩(wěn)壓的效果。負電源部分與正電源相對稱，原理一樣。圖2 方案一穩(wěn)壓部分電路方案二：該方案穩(wěn)壓電路部分如圖2所示，穩(wěn)壓部分由調(diào)整管（Q1、Q2組成的復(fù)合管），比較電路（集成運放U2A），基準(zhǔn)電壓電路（穩(wěn)壓管D1 BZV55-B3V0），采樣電路組成（采樣電路由R2、R3、R4、R5組成）。當(dāng)采樣電路的輸出端電壓升高（降低）時采樣電路將這一變化送到A的反相輸入端，然后與同相輸入端的電位進行比較放大，運放的輸出電壓，即調(diào)整管的基極電位降低（升高）；由于電路采用射極輸出形式，所以輸出電壓必然降低（升高），從而使輸出電壓得到穩(wěn)定。圖3 方案二穩(wěn)壓部分單元電路對以上兩個方案進行比較，可以發(fā)發(fā)現(xiàn)第一個方

6、案為線性穩(wěn)壓電源，具備基本的穩(wěn)壓效果，但是只是基本的調(diào)整管電路，輸出電壓不可調(diào)，而且輸出電流不大，而第二個方案使用了集成運放和調(diào)整管作為穩(wěn)壓電路，輸出電壓可以通過開關(guān)J1在3-6V、6-9V、9-12V之間調(diào)節(jié)，功率也較高，可以輸出較大的電流。穩(wěn)定效果也比第一個方案要好，所以選擇第二個方案作為本次課程設(shè)計的方案。三：電路框圖和電路圖整體電路的框架如下圖所示，先有變壓器對其進行變壓，變壓后再對其進行整流，整流后是高低頻的濾波電路，最后是由采樣電路、比較放大電路和基準(zhǔn)電路三個小的單元電路組成的穩(wěn)壓電路，穩(wěn)壓后為了進一步得到更加穩(wěn)定的電壓，在穩(wěn)壓電路后再對其進行，最后得到濾波穩(wěn)壓電源。變壓電路全波整

7、流正極濾波電路穩(wěn)壓電路比較放大采樣電路基準(zhǔn)電壓輸出濾波電路正極輸出端共地端圖4電路框圖圖5 串聯(lián)直流穩(wěn)壓總電路圖五 電路設(shè)計及元器件選擇；（1）、變壓器的設(shè)計和選擇本次課程設(shè)計的要求是輸出為3V-6V、6V-9V、9V-12V的穩(wěn)壓電源，輸出電壓較低，而一般的調(diào)整管的飽和管壓降在2-3伏左右，由，為飽和管壓降，而=12V為輸出最大電壓，=3V為最小的輸入電壓，以飽和管壓降=3V計算，為了使調(diào)整管工作在放大區(qū)，輸入電壓最小不能小于15V，為保險起見，可以選擇220V-15V的變壓器，再由P=UI可知，變壓器的功率應(yīng)該為1A×15V=15w，所以變壓器的功率絕對不能低于15w，由于串聯(lián)穩(wěn)

8、壓電源工作時產(chǎn)生的熱量較大，效率不高，所以變壓器功率需要選擇相對大些的變壓器。結(jié)合市場上常見的變壓器的型號，可以選擇常見的變壓范圍為220V-15V，額定功率20W，額定電流2A的變壓器。（2）、整流電路的設(shè)計及整流二極管的選擇 由于輸出電流最大只要求1A，電流比較低，所以整流電路的設(shè)計可以選擇常見的單相橋式整流電路，由4個串并聯(lián)的二極管組成，具體電路如圖3所示。圖6單相橋式整流電路二極管的選擇：當(dāng)忽略二極管的開啟電壓與導(dǎo)通壓降，且當(dāng)負載為純阻性負載時，我們可以得到二極管的平均電壓為：=0.9其中為變壓器次級交流電壓的有效值。我們可以求得=17v。對于全波整流來說，如果兩個次級線圈輸出電壓有效

9、值為，則處于截止?fàn)顟B(tài)的二極管承受的最大反向電壓將是，即為42.42v考慮電網(wǎng)波動（通常波動為10%，為保險起見取30%的波動）我們可以得到實際的應(yīng)該大于22.1V，最大反向電壓應(yīng)該大于55.2V。在輸出電流最大為1A的情況下我們可以選擇額定電流為2A，反向耐壓為1000V的二極管IN4007.（3）、濾波電容的選擇當(dāng)濾波電容偏小時，濾波器輸出電壓脈動系數(shù)大；而偏大時，整流二極管導(dǎo)通角偏小，整流管峰值電流增大。不僅對整流二極管參數(shù)要求高，另一方面，整流電流波形與正弦電壓波形偏離大，諧波失真嚴(yán)重，功率因數(shù)低。所以電容的取值應(yīng)當(dāng)有一個范圍，由前面的計算我們已經(jīng)得出變壓器的次級線圈電壓為15V，當(dāng)輸出

10、電流為1A時，我們可以求得電路的負載為18時，我們可以根據(jù)濾波電容的計算公式：C=(35)來求濾波電容的取值范圍，其中在電路頻率為50HZ的情況下， T為20ms則電容的取值范圍為1667-2750uF，保險起見我們可以取標(biāo)準(zhǔn)值為2200uF額定電壓為35V的鋁點解電容。另外，由于實際電阻或電路中可能存在寄生電感和寄生電容等因素，電路中極有可能產(chǎn)生高頻信號，所以需要一個小的陶瓷電容來濾去這些高頻信號。我們可以選擇一個50uF的陶瓷電容來作為高頻濾波電容。（4）、穩(wěn)壓電路的設(shè)計 穩(wěn)壓電路組要由四部分構(gòu)成：調(diào)整管，基準(zhǔn)穩(wěn)壓電路，比較放大電路，采樣電路。當(dāng)采樣電路的輸出端電壓升高（降低）時采樣電路將

11、這一變化送到A的反相輸入端，然后與同相輸入端的電位進行比較放大，運放的輸出電壓，即調(diào)整管的基極電位降低（高）；由于電路采用射極輸出形式，所以輸出電壓必然降低（升高），從而使輸出電壓得到穩(wěn)定。由于輸出電流較大，達到1A，為防止電流過大燒壞調(diào)整管，需要選擇功率中等或者較大的三極管，調(diào)整管的擊穿電流必須大于1A，又由于三極管CE間的承受的最大管壓降應(yīng)該大于15-6=9V，考慮到30%的電網(wǎng)波動，我們的調(diào)整管所能承受的最大管壓降應(yīng)該大于13V，最小功率應(yīng)該達到=6.5W。我們可以選擇適合這些參數(shù)最大功率為60W,最大電流超過6A，所能承受的最大管壓降為100V。基準(zhǔn)電路由3V的穩(wěn)壓管和10K的保護電阻

12、組成。由于輸出電壓要求為3V-6V、6V-9V和9V-12V，因此采樣電路的采樣電阻應(yīng)該可調(diào)，則采樣電路由一個電阻和三個可調(diào)電阻組成，根據(jù)公式：求出。其中為輸入端的電阻，為輸出端與共地端之間的電阻 ，為穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值。.所以根據(jù)此公式可求的電路的輸出電壓為3V-12V?？梢暂敵?V-12V的電壓，運放選用工作電壓在15V左右前對電壓穩(wěn)定性要求不是很高的運放，由于AD704JN的工作電壓為正負12V-正負22V，范圍較大，可以用其作為運放，因為整流后的電壓波動不是很大，所以運放的工作電源可以利用整流后的電壓來對其進行供電。為了使輸出電壓更穩(wěn)定，輸出紋波更小，需奧對輸出端進行再次濾波，可在輸出端接

13、一個5uf電容，這樣電源不容易受到負載的干擾。使得電源的性質(zhì)更好，電壓更穩(wěn)定，六 畫出系統(tǒng)的電路總圖和元件列出清單圖7 系統(tǒng)總電路圖元件清單名稱及標(biāo)號型號及大小數(shù)量變壓器220V-15V2個電容200uF4個50uF1個電阻10k2個30K2個1k2個31個可變電阻10k1個20k1個60k1個集成運放AD704JN2個穩(wěn)壓管BZV60-B151個BZV60-B121個BZV55-B3V01個調(diào)整管2N50391個2N49221個橋式整流二極管3N2582個保護三極管2N38791個七、電路的調(diào)試及仿真數(shù)據(jù)理論值3V-6V、6V-9V、9V-12V，而實際的測量、值是在3V-5.989V、5.

14、99 V-9.003V-11.832V，造成0.01V-0.2V的可調(diào)誤差，原因是由于可調(diào)電阻的實際調(diào)節(jié)范圍偏大，導(dǎo)致輸出電壓偏大調(diào)節(jié)可變電阻R2、R3、R4，可以得到課程設(shè)計所要求輸出的3V-6V、6V-9V、9V-12V的電壓，仿真數(shù)據(jù)如下 圖8不同檔位最高和最低電壓實測直流電壓的輸出波形如圖8所示：在高壓的12V輸出時電壓有0.02V的電壓波動，基本上對輸出的影響不大，可也不考慮其影響；在低壓的3V時輸出波形為一直線，基本無電壓波動符合理論的要求。圖9 ：3V、6V 、9 V、 12 V 輸出波形圖八 總結(jié)本課程設(shè)計運用了模擬電路的基本知識，通過變壓，整流，濾波、穩(wěn)壓等步驟，輸出理論可變

15、范圍為3V-6V、6V-9V、9V-12V ，實際可調(diào)范圍為3V-5.989V、5.99 V-9.003V-11.832V的直流穩(wěn)壓電源?？偨Y(jié)如下：優(yōu)點：該電路設(shè)計簡單。輸出電壓穩(wěn)定，紋波值小，而且使用的元件較少，經(jīng)濟實惠，輸出功率大，調(diào)整管可承受的范圍也很大。缺點：電路電壓檔位的調(diào)整如果改用大胡子開關(guān)就可以實現(xiàn)對電源檔位的數(shù)字控制；在調(diào)節(jié)不同檔位時無外部指示，實用價值較低。改進一：將開關(guān)J1用三個NPN MOS代替，用集成JK觸發(fā)器構(gòu)成T觸發(fā)器通過時鐘脈沖實現(xiàn)輸出Q高低電位的控制，以此來控制MOS管的通斷來調(diào)節(jié)檔位，還可以在MOS管和電位器的鏈接處鏈接不同顏色的二極管來指示不同的檔位，從而方便了電壓的調(diào)節(jié)也便于使用、維護和檢修。改進二：改進如下圖所示（比較具有實用價值）心得體會：通過這次課程設(shè)計，我對于模電知識有了更深的了解，尤其是對串聯(lián)直流穩(wěn)壓電源方面的知識有了進一步的研究。在電路的仿真過程中也提升