直流稳压电源设计报告.doc

江苏技术师范学院电气信息工程学院课 程 题 目 专业班级 学生姓名 学生学号 指导教师 年 月 日1设计课题：串联型直流稳压电源2主要技术指标：（1） 输出直流电压：Vo = 1.5V 9V，连续可调；（2） 输出直流电流：Io = 0 80mA;（3） 当输出为额定值Vo = 4.5V时，输出最大功率：Po 0.36W；（4） 交流电源电压：220V10%220V；（5） 放大管具有恒流源负载；（6） 有过流保护电路，当Io 100mA时，保护电路工作；（7） 内阻Ro ID和Vrm Vrmax的要求，选择整流二极管型号为1N4007GP或1N4001GP。（3）选择滤波电容C1整流滤波电路的滤波电容C1 C1 (35) T / 2RL1式中，T是交流电网电压的周期，RL1是整流滤波电路得负载电阻，T = 0.02s，RL1 = Vo1 / Io1 = 127。所以C1可取1000uF。（4）确定对电源变压器的要求变压器次级电压有效值V2 = Vo1 / 1.2 12V,次级电流有效值I2 =（1.13）IL，现取I2 = 1.5IL = 165mA2.稳压电路设计（1）稳压电路的工作原理带有直流放大环节的串联型晶体管稳压电路如下图2所示。这种稳压电路的稳压性能较好。下图2所示电路中，T1和T2为复合调整管；R1、Rw1和R2组成取样电路；T3是作比较放大用的放大管；T4、D5、D6、R3、R4构成的恒流源电路作为比较放大管的集电极负载，该恒流源能提供必要的工作电流，可以看成是放大管T3的数值较大的有源集电极负载电阻，它提高了T3的增益，从而获得了更好的稳压性能。二极管D5、D6通过R3导通后，其正向压降具有稳压作用，流过T4的集电极电流Ic4Ie4=(VD5+VD6-VBE4)/R4,VBE4是T4的发射结压降（约0.7V），VD5+VD6是D5、D6正向压降之和（约1.21.4V），因为VD5和VD6以及VBE4在正常工作时变化很小，所以Ic4基本是恒定的。图中D7接于放大管T3的发射极，利用二极管D7的正向压降作基准电压源。三极管T5及电阻R5组成过流保护电路（如下图1所示），当输出电流Io过大时，R5上的压降使T5导通，拉下T2的基极电位，将T3逐渐变为截止，使输出Io下降，从而达到保护目的。图1 过流保护电路VoVi图2 串联型晶体管稳压电路（2）具体稳压电路的设计选择输入电压Vi为保证复合调整管T1、T2工作于放大区，需要有一定的管压降VCE,故整流滤波电路的输出电压，即稳压电路的输入电压Vi应大于稳压电路的输出电压Vo和保护电路的取样电阻R5上的压降VR5之和。而本稳压电路是输出可调的稳压电路，故复合调整管的压降VCE在输出电压Vo的变化范围之内始终应大于其饱和压降VCE（sat）和小于其V(BR)CEO。允许电网电压有10%的波动，即Vi有10%的波动，因此Vi的最小值应满足： Vimin Vomax + VCEmin + VR5式中，Vomax为稳压电路输出电压的最大值9V；VCEmin为调整管的最小管压降；VR5为保护取样电阻R5上的压降。又有VCEmin VCE(sat)1 = VCE(sat)2T1、T2均为硅管，其VCE(sat)取13V。这里取VCE（sat）1 = VCE（sat）2 = 3V,VR5 = 0.5V,则有Vimin 9V + 3V + 0.5V = 12.5VVi = Vimin / 0.9 = 13.9V 14V允许Vi有10%波动，即 Vimin = 1.9Vi Vimax = 1.1Vi选择调整管选择复合调整管中的大功率管T1流过T1的电流包括流过负载的电流Io和稳压电路本身消耗的电流，过载保护时稳压电路的最大输出电流Iomax = 100mA。取稳压电路内部各支路消耗电流总和为I = 0.1Iomax = 10mA，则流过T1的最大电流为Ic1max = Iomax + I = 110mAT1的最大管压降发生在电网电压最高、输出Vo最小、过载保护电路动作之前，即VCE1max = Vimax Vomin = 14VT1的最大管耗为 Pc1max = VCE1max Ic1max = 1.54W据此选用型号为3DD15选择复合调整管中的小功率管T2T2的选择原则与T1的选择原则相同。设T1的hfe = 30,则有Ic2max = Ib1max = Ic1max / hfe1 = 3.7mA VCE2max VCE1max = 14VPC2max = VCE2max IC2max由以上参数的极限值可看出，T2选择3DG型高频小功率三极管即可满足要求。据此选择3DG6。比较放大电路的计算比较放大电路由比较放大管T3作基准电压的二极管D7和用来作T3的集电极负载的恒流源电路T4、D5、D6、R3、R4组成。D5、D6、D7的选择由于稳压电源输出电压的调节范围是1.5 9V，当取样电路中的电位器Rw1调至0时，输出电压应小于或等于1.5V。当三个二极管正向导通时，两端电压约为0.7V。据此，D5、D6、D7可选用型号为1N4007GP。比较放大管T3的选择T3的管压降VCE3max = Vomax + VBE1 + VBE2 - VD7，T2的IB2max为微安数量级。因为比较放大器是小信号放大电路，其静态集电极电流为毫安数量级，此处可选IC3 = 1.5mA，则有PC3max = VCE3max IC3据此T3可选用 9012或9015T4的选择T4属于恒流源电路，其集电极电流IC4应满足：IC4 = IB2max + IC3 = 1.6mA据此T4可选用9012或9015。R4的选择流过T4的电流IC4 = （VD VBE4）/ R4，而IC4 = IB2max + IC3，故可求的R4 = （VD VBE4）/ IC4 = 375据此R4可选用390。R3的选择流过R3的电流IR3 10IB4，取毫安数量级，则有R3 = （V1 VD VD7）/ IR3 = 37.5k据此R3可选用39k。取样电路的确定取样电路由R1、R2和Rw1组成，流过取样支路的电流应大于比较放大管的基极电流，而在电源空载时（Io = 0），要有一定的电流流过T1，以保证T1的hfe1不至于太低。一般取样支路的电流按输出电流Iomax的2%左右选取。当Rw1调至阻值最大时，Vo = 9V，则有（R1Rw1）+ R2 = Vomax / (2%Iomax) = 5.6k取R2 : (R1Rw1) = 1 : 5。据此R1可选取10k，R2可选取1k，Rw1可选取47k。保护电路的确定保护电路是由T5和R5组成的限流式保护电路（如图1所示），设保护管T5开始导通时的电压VBE = 0.5V,Iomax = 100mA时保护电路动作，故保护电路的取样电阻R5为R5 = VBE / Iomax = 5据此R5可选用5，T5可选用型号为3DG6。C2、C3、C4的作用及选择C2接于复合调整管的基极与地之间，可选用33nF，它的作用是使高频增益衰减而防止震荡的产生。为了进一步减少稳压电路的动态输出电阻，可在稳压电路的输出端接一个大容量的电容C4，本电路中C4 = 100uF/25V。C4还有滤波作用，并且可以防止负载中的交流成分流进整流管。电容C3可以进一步减小输出纹波分量，而且可以防止寄生震荡。本电路取C3 = 10uF/25V。二、串联型直流稳压电源的调整和测试1.完整电路图串联型直流稳压电源2.空载检查空载时电路总电流(1) 空载时电路总电流应小于10mA，测试结果如上图，总电流为2.13mA，符合要求。(2) 空载时电路输出直流电压范围如下图所示Vomin = 1.1V Vomax = 11.5V最低输出电压最高输出电压(3) 要求输出直流电压范围如下图所示Vomin = 1.5VVomax = 9V要求最低输出直流电压1.5V要求最高输出直流电压9V（4）输出直流电压为额定值4.5V时如下图所示输出电压Vo = 4.5V时3.接入负载检查（1）过流保护检查 在稳压电路输出端接假负载电阻RL = 56，输出电流Io维持在105mA，如下图所示，说明保护电路在Io 105mA时起作用，维持输出电流的稳定。过流保护最大电流为105mA（2）测量当输出为额定值Vo = 4.5V时，输出最大功率：Po = 4.5V 81mA = 0.3645W，符合Po 0.36W的技术指标要求。（3）测量稳压系数S和电源内阻Ro测量稳压系数S在负载电流为稳定值时（Io = 80mA），分别测量Vi 10%Vi，即调变压器，使Vi1 = 242V和Vi2 = 198V,也就是Vi1 = 1.1Vi和Vi2 = 0.9Vi对应的输出电压变化量Vo，将两个结果中的Vo大者代入如下公式中计算仿真理论计算：S = (Vo / Vi) (Vi / Vo)|RL为常数= (0.05 / 22) (220 / 4.5)= 0.11实际电路测试：Vop-p1 = 15V Vop-p2 = 12V Vop-p = 13.5V Vo1 = 3.85V Vo2 = 2.66V Vo = 3.19V S = 0.10 相对误差：9.09%测量稳压电源内阻Ro在Vi = 220V时，改变负载阻值，测量相应的输出电流的变化量Io，读出相应的输出电压的变化量Vo，计算仿真理论计算：Ro = |Vo / Io| =|0.02V / 36mA|=0.56实际电路测试：Vo1 = 5.13V Vo2 = 5.12V Vo = 0.01 RL1 = 3.6k RL2 = 415 IL1 = 1.43mA IL2 = 12.33mA I = 10.9mA Ro = 0.99相对误差：76.79%其他实际电路测试参数输出直流电压范围：1.26V 11.92V过流保护电压：3.98V（RL = 47）4.故障分析（1）Vo 0，这是由于调整管T1截止或Vi不正常造成的。首先检查整流滤波电路输出电压，如其不正常，则先检查和排除整流滤波电路故障；如其为正常值，则说明调整管或电路其他部分有故障。可断开T1基极，观察输出电压有无变化，如Vo升高接近Vi，则说明故障出在比较放大级，检查T3是否损坏或断路，各点连接是否正确，找到故障并排除之。（2）Vo Vi，说明调整管T1饱和，把T3管集电极断开，如Vo降到0，表明调整级良好，故障出在比较放大级，检查比较放大部分，找到故障并排除之。如Vo仍不下降，表明故障在调整管部分，找到故障并排除之。5.本次设计的收获通过本次设计，我自己总结了一下，主要有以下几点：（1） 巩固和加深了对模拟电子技术基础理论知识的理解，提高了综合利用理论知识的能力。（2） 学会了EDA工具的基本应用，并初步掌握了对所做的理论设计进行模拟仿真测试，完善理论设计。（3） 培养了根据需要选学参考文献，查阅手册的自学能力。通过独立思考，深入钻研有关问题，学会分