串联稳压源的设计

兰州职业技术学院 电子产品生产工艺课程设计报告 串联型稳压电源的设计串联型稳压电源的设计 院院 系系 电子与信息工程系电子与信息工程系 专专 业业 应用电子应用电子 学学 生生 班班 级级 20132013 级级 姓姓 名名 尹如云尹如云 任钊任钊 学学 号号 2013249120132491 2013093920130939 指导教师单位指导教师单位 电子与信息工程系电子与信息工程系 指导教师姓名指导教师姓名 马玲马玲 20142014 年年 7 7 月月 1 1 电路指标 电路指标 直流输出电压 UO 6V 15V 最大输出电流 Io 500mA 电网电压变化 10 时 输出电压变化小于 1 2 2 电路初选 电路初选 图 1 直流稳压电源电路设计初选电路图 由于桥式整流 电容滤波电路十分成熟 这里我们选择桥式整流 电容滤波电路作为电源 的整流 滤波部分 由于要求电源输出电压有一定的调整范围 稳压电源部分选择串联负 反馈稳压电路 同时由于对输出电流要求比较大 调整管必须采用复合管 图 1 直流稳压电源设计初选电路图 3 3 变压部分 变压部分 这一部分主要计算变压器 B1 次级输出电压 UB1 O和变压器的功率 PB1 一般整流滤波电路有 2V 以上的电压波动 设为 UD 调整管 T1 的管压降 UT1 CE 应维持在 3V 以上 才能保证调整管 T1 工作在放大区 整流输出电压最大值为 15V 根据 第二章 常用整流滤波电路计算表 可知 桥式整流输出电压是变压器次级电压的 1 2 倍 当电网电压下降 10 时 变压器次级输出的电压应能保证后续电路正常工作 那么 变压器 B1 次级输出电压 UB1 OMIN应该是 UB1 OMIN UD UT1 CE UO MAX 1 2 UB1 OMIN 2V 3V 15V 1 2 20V 1 2 16 67V 则变压器 B1 次级额定电压为 UB1 O UB1 OMIN 0 9 UB1 O 16 67V 0 9 18 5V 当电网电压上升 10 时 变压器 B1 的输出功率最大 这时稳压电源输出的最大电流 IO MAX为 500mA 此时变压器次级电压 UB1 OMAX为 UB1 OMAX UB1 O 1 1 UB1 OMAX 18 5V 1 1 20 35V 变压器 B1 的设计功率为 PB1 UB1 OMAX IO MAX PB1 20 35V 500mA 10 2VA 为保证变压器留有一定的功率余量 确定变压器 B1 的额定输出电压为 18 5V 额定功 率为 12VA 实际购买零件时如果没有输出电压为 18 5V 的变压器可以选用输出电压为 18V 或以上的变压器 当选用较高输出电压的变压器时 后面各部分电路的参数需要重新计算 以免由于电压过高造成元件损坏 4 4 整流部分 整流部分 这一部分主要计算整流管的最大电流 ID1 MAX和耐压 VD1 RM 由于四个整流管 D1 D4 参数相同 所以只需要计算 D1 的参数 根据第二章 常用整流滤波电路计算表 可知 整流管 D1 的最大整流电流为 ID1 MAX 0 5 IO ID1 MAX 0 5 500mA 0 25A 考虑到取样和放大部分的电流 可选取最大电流 ID1 MAX为 0 3A 整流管 D1 的耐压 VD1 RM即当市电上升 10 时 D1 两端的最大反向峰值电压为 VD1 RM 1 414 UB1 OMAX 1 414 1 1 UB1 O 1 555 UB1 O VD1 RM 1 555 18 5V 29V 得到这些参数后可以查阅有关整流二极管参数表 这里我们选择额定电流 1A 反向峰 值电压 50V 的 IN4001 作为整流二极管 5 5 滤波部分 滤波部分 这里主要计算滤波电容的电容量 C1 和其耐压 VC1值 根据根据第二章滤波电容选择条件公式可知滤波电容的电容量为 3 5 0 5 T R 一般系数取 5 由于市电频率是 50Hz 所以 T 为 0 02S R 为负载电阻 当最不利的情况下 即输出电压为 15V 负载电流为 500mA 时 C1 5 0 5 T UO IO C1 5 0 5 0 02S 15V 0 5A 1666 F 当市电上升 10 时整流电路输出的电压值最大 此时滤波电容承受的最大电压为 VC1 UB1 OMAX 20 35V 实际上普通电容都是标准电容值 只能选取相近的容量 这里可以选择 2200 F 的铝 质电解电容 耐压可选择 25V 以上 一般为留有余量并保证长期使用中的安全 可将滤波 电容的耐压值选大一点 这里选择 35V 6 6 调整部分 调整部分 调整部分主要是计算调整管 T1 和 T2 的集电极 发射极反向击穿电压 BVT1 CEO 最 大允许集电极电流 IT1 CM 最大允许集电极耗散功率 PT1 CM 在最不利的情况下 市电上升 10 同时负载断路 整流滤波后的出电压全部加到调 整管 T1 上 这时调整管 T1 的集电极 发射极反向击穿电压 BVT1 CEO为 BVT1 CEO UB1 OMAX 20 35V 考虑到留有一定余量 可取 BVT1 CEO为 25V 当负载电流最大时最大允许集电极电流 IT1 CM为 IT1 CM IO 500mA 考虑到放大取样电路需要消耗少量电流 同时留有一定余量 可取 IT1 CM为 600mA 这样大允许集电极耗散功率 PT1 CM为 PT1 CM UB1 OMAX UOMIN IT1 CM PT1 CM 20 35V 6V 600mA 8 61W 考虑到留有一定余量 可取 PT1 CM为 10W 查询晶体管参数手册后选择 3DD155A 作为调整管 T1 该管参数为 PCM 20W ICM 1A BVCEO 50V 完全可以满足要求 如果实在无法找到 3DD155A 也可 以考虑用 3DD15A 代替 该管参数为 PCM 50W ICM 5A BVCEO 60V 选择调整管 T1 时需要注意其放大倍数 40 调整管 T2 各项参数的计算原则与 T1 类似 下面给出各项参数的计算过程 BVT2 CEO BVT1 CEO UB1 OMAX 20 35V 同样考虑到留有一定余量 取 BVT2 CEO为 25V IT2 CM IT1 CM T1 IT2 CM 600mA 40 15mA PT2 CM UB1 OMAX UOMIN IT2 CM PT2 CM 20 35V 6V 15mA 0 21525W 考虑到留有一定余量 可取 PT2 CM为 250mW 查询晶体管参数手册后选择 3GD6D 作为调整管 T2 该管参数为 PCM 500mW ICM 20mA BVCEO 30V 完全可以满足要求 还可以采用 9014 作为调整 管 T2 该管参数为 PCM 450mW ICM 100mA BVCEO 45V 也可以满足要求 选择调整管 T2 时需要注意其放大倍数 80 则此时 T2 所需要的基极驱动电流为 IT2 MAX IT2 CM T1 15mA 80 0 1875mA 7 7 基准电源部分 基准电源部分 基准电源部分主要计算稳压管 D5 和限流电阻 R2 的参数 稳压管 D5 的稳压值应该小于最小输出电压 UOMIN 但是也不能过小 否则会影响稳定 度 这里选择稳压值为 3V 的 2CW51 该型稳压管的最大工作电流为 71mA 最大功耗为 250mW 为保证稳定度 稳压管的工作电流 ID5应该尽量选择大一些 而其工作电流 ID5 IT3 CE IR2 由于 IT3 CE在工作中是变化值 为保证稳定度取 IR2 IT3 CE 则 ID5 IR2 这里初步确定 IR2MIN 8mA 则 R2 为 R2 UOMIN UD5 IR2MIN R2 6V 3V 8mA 375 实际选择时可取 R2 为 390 当输出电压 UO最高时 IR2MAX为 IR2MAX UOMAX R2 IR2MAX 15V 390 38 46mA 这时的电流 IR2MAX小于稳压管 D5 的最大工作电流 可见选择的稳压管能够安全工作 8 8 取样部分 取样部分 取样部分主要计算取样电阻 R3 R4 R5 的阻值 由于取样电路同时接入 T3 的基极 为避免 T3 基极电流 IT3B对取样电路分压比产生影 响 需要让 IT3B IR3 另外为了保证稳压电源空载时调整管能够工作在放大区 需要让 IR3大于调整管 T1 的最小工作电流 IT1 CEMIN 由于 3DD155A 最小工作电流 IT1 CEMIN 为 1mA 因此取 IR3MIN 10mA 则可得 R3 R4 R5 UOMIN IR3MIN R3 R4 R5 6V 10mA 600 当输出电压 UO 6V 时 UD5 UT3 BE R4 R5 R3 R4 R5 UO R4 R5 UD5 UT3 BE R3 R4 R5 UO R4 R5 3V 0 7V 600 6V 370 当输出电压 UO 15V 时 UD5 UT3 BE R5 R3 R4 R5 UO R5 UD5 UT3 BE R3 R4 R5 UO R5 3V 0 7V 600 15V 148 实际选择时可取 R5 为 150 这样 R4 为 220 R3 为 230 但实际选择时可取 R3 为 220 9 9 放大部分 放大部分 放大部分主要是计算限流电阻 R1 和比较放大管 T3 的参数 由于这部分电路的电流比 较小 主要考虑 T3 的放大倍数 和集电极 发射极反向击穿电压 BVT1 CEO 这里需要 T3 工作在放大区 可通过控制 T3 的集电极电流 IT3 C来达到 而 IT3 C是由限流电阻 R1 控制 并且有 IR1 IT3 C IT2 B 一方面 为保证 T1 能够满足负载电流的要求 要求满足 IR1 IT2 B 另一方面 为保证 T3 稳定工作在放大区 以保证电源的稳定度 其集电极电流 IT3 C不能太大 这里可以选 IR1为 1mA 当输出电压最小时 则 R1 为 R1 UB1 O UO UT1 BE UT2 BE IR1 R1 15V 6V 0 7V 0 7V 1mA 7 6K 实际选择时可取 R1 为 7 5 K 当输出电压最大时 IR1为 IR1 UB1 O UO UT1 BE UT2 BE R1 IR1 15V 6V 0 7V 0 7V 7 5 K 1 013mA 可见当输出电压最大时 IR1上升幅度仅 1 对 T3 工作点影响不大 可满足要求 由于放电电路的电流并不大 各项电压也都小于调整电路 可以直接选用 3GD6D 或 9014 作为放大管 T3 1010 其他元件 其他元件 在 T2 的基极与地之间并联有电容 C2 此电容的作用是为防止发生自激振荡影响电路 工作的稳定性 一般可取 0 01 F 35V 在电源的输出端并联的电容 C3 是为提高输出电压 的稳定度 特别对于瞬时大电流可以起到较好的抑制作用 可选 470 F 25V 铝电解电容 1111 最终电路图 最终电路图 通过前面的计算 已经得到了所有元件的参数 可以将这些参数标注到图 1 中 这样 就得到完整的串联负反馈稳压电源电路图 见图 2 这里计算的其实都还只是初步的参数 实际组装完毕后应该仔细测量电源的各项指标是否符合要求 各部分元件工作是否正常 如果发现问题 应该根据实际情况作出调整 根据调整的结果来修正原理图中的电路参数 最终完成稳压电源的设计 图 2 串联型稳压电源电路图 1212 测试 测试 测试条件 220V 市电 12V 变压器 测试仪表 数字式万用表 测试数据 市电 V 电路输入 变压器输出 V 电路输出 V 220 12 3 4 94 1313 总结总结 串联型稳压电源就是在输入电压存在波动时 输出电压保持恒定的装置 利用稳压二 极管两端电压不变的原理 使输出电压保持不变 并用多级三极管组成达令顿复合电路 组成放大器提高稳压精度 串联型稳压电路 除了变压 整流 滤波外 稳压部分一般有四个环节 调整环节 基准电压 比较放大器和取样电路 当电网电压或负载变动引起输出电压 V0 变化时 取样 电路将输出电压 V0 的一部分馈送回比较放大器和基准电压进行比较 产生的误差电压经放 大后去控制调整管的基极电流 自动地改变调整管集 射极间的电压 补偿 V0 的变化 从 而维持输出电压基本不变 串联型稳压电路的调试 1 通电前电路的检查 电路安装完毕后 应先对照电路图按顺序检查 检查每个元件的规格型号 数值 安装位置管脚接线是否正确 着重检查电源线 变压器连线 是否正确