可调直流稳压电源的设计

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1、衡阳师范学院报告评分批改老师物理与电子信息科学系 模拟电子技术课程设计报告 可调直流稳压电源的设计 专 业 电子信息科学与技术 班 级 2班 学生姓名 李丹 指导教师 陈列尊 提交日期 2014 年 1 月 10 日 目 录第一部分 设计任务1.1 设计题目及要求 11.2 备选方案设计与比较 2 方案一 3 方案二 41.2.3 各方案分析比较 6第二部分 设计方案 2.1 总体设计方案说明 72.2 模块结构与方框图 8第三部分 电路设计与器件选择3.1 功能模块一（实际名）9 模块电路及参数计算 10 工作原理和功能说明 11 器件说明（含结构图、管脚图、功能表等） 123.2 功能模块

2、二（实际名） 13 模块电路及参数计算 143.2.2 工作原理和功能说明 15 器件说明（含结构图、管脚图、功能表等） 163.3 功能模块三（实际名 17 模块电路及参数计算 18 工作原理和功能说明 19 器件说明（含结构图、管脚图、功能表等） 20第四部分 整机电路 4.1 整机电路图（非仿真图） 214.2 元件清单 22第五部分 电路仿真 5.1 仿真软件简介 235.2 仿真电路图 245.3 仿真结果（附图） 25第六部分 安装调试与性能测量 6.1 电路安装 26 （推荐附整机数码照片） 6.2 电路调试 27 调试步骤及测量数据 286.2.2 故障分析及处理 296.3

3、整机性能指标测量（附数据、波形等） 30课程设计总结 31报告正文的排版参照学院毕业论文(设计)格式进行。第一部分：设计任务1.1 设计题目及要求 设计题目 用分立元件设计制作一个输出电压可调的直流稳压电源。 设计要求a 、输入220V交流，通过电路输出1.25 V10V左右的直流电压。b、 通过改变滑线变阻器的阻值来改变输出的直流电压幅值。C、 稳压系数Sr 310-3。d 、 输出电压Vo及最大输出电流Iomax：I挡 VO =12V对称输出，Iomax = 100mA；挡 VO =5V，Iomax = 300mA；挡 VO=39V，Iomax = 800 mA）；纹波电压：Vop-p 5

4、mV;1.2 备选方案设计与比较1.2.1方案一采用变压器、二极管、电阻、稳压管、三极管等元器件。220V的市电经变压器变压后变成电压值较小的交流，再经桥式整流电路和滤波电路形成直流，稳压部分采用串联型稳压电路。比例运算电路的输入电压为稳定电压，且比例系数可调，所以其输出电压也可以调节;同时进行了过流保护。基准电压采用发光二极管使输出电压尽可能的向低靠近。 方案二变压、整流和滤波电路与方案一相同，其中在方案一的基础上加过压保护，基准部分采用稳压管。 各方案分析比较 由于方案二元器件过多，成本较高。方案一相对而言比较简单。方案一的电压可以实现尽量向低端靠近，所以我们采用方案一。 第二部分 设计方

5、案2.1 总体设计方案说明 设计思路（1）电网供电电压交流220V(有效值)50Hz，要获得低压直流输出，首先必须采用电源变压器将电网电压降低获得所需要交流电压。（2）降压后的交流电压，通过整流电路变成单向直流电，但其幅度变化大（即脉动大）。（3）脉动大的直流电压须经过滤波电路变成平滑，脉动小的直流电，即将交流成份滤掉，保留其直流成份。（4）滤波后的直流电压，再通过稳压电路稳压，便可得到基本不受外界影响的稳定直流电压输出，供给负载RL。2.1.2 直流稳压电源原理直流稳压电源是一种将220v工频交流电转换成稳压输出的直流电源的装置，它需要变压、整流、滤波、稳压四个环节组成，如下：（1）电源变压

6、器：是降压变压器，它将电网220V交流电压变换成符合需要的交流电压，并送给整流电路，变压器的变比由变压器的副边电压确定。（2）整流电路：利用单向导电元件，把50Hz的正弦交流电变换成脉动的直流电。（3）滤波电路：可以将整流电路输出电压中的交流成分大部分加以滤除，从而得到比较平滑的直流电压。（4）稳压电路：稳压电路的功能是使输出的直流电压稳定，不随交流电网电压和负载的变化而变化。2、2模块功能与方块图（2）整流电路：利用单向导电元件，把50Hz的正弦交流电变换成脉动的直流电。2.2.1 整流部分2.2.2 滤波电路（3）滤波电路：可以将整流电路输出电压中的交流成分大部分加以滤除，从而得到比较平滑

7、的直流电压。2.2.3 过流保护由于三极管UBE两端的电压为0.7V，所以当R5两端的电压小于0.7V时，三极管截止。当R5两端的电压大于0.7V时，三极管导通，部分电流经过集电极流出。 2.2.4 取样与基准第三部分：电路设计与器件选择3.1 功能模块一（变压器电路）3.1.1 模块电路及参数计算电源变压器T的作用是将电网220V的交流电压变换成整流滤波电路所需要的交流电压ui 变压器副边与原边的功率比为：P2/P1=。式中，变压器的效率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12

8、V，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%，变压器次级输出电压应能保证后续电路工作，那么电压器B1次级输出电压 图1（UB）omin（UD（UT1）CEUR4+（UO）MAX）1.2（UB）omin（2V3V+0.7112V）1.215V则变压器B1次级额定电压为：（UB）O（UB1）omin0.9（UB）O15V0.916.7V 当电网电压上升+10%，变压器的输出功率最大。这时稳压电源输出的最大电流（IO）MAX为700mA。此时变压器次级电压（UB）OMAX为：（UB）OMAX（UB1）O1.1（UB）OMAX16V1.118V变压器B1的设计功率为：PB（UB

9、）OMAX（IO）MAXPB118V700mA12.6VA为保证变压器留有一定的功率余量，确定变压器B的额定输出电压为17V，额定功率为13VA。3.1.2 功能模块2（整流部分） 如图一，其实桥式整流电路相当于理想二极管，即正偏时导通，电压降为零，相当于理想开关闭合；反偏时截止，电流为零，相当于理想开关断开。整流电路包括单向半波整流电路和桥式整流电路。半波整流电路结构简单，使用元件少，但整流效率低，输出电压脉动大。因此，它只适用于要求不高的场合。为了克服半波整流的缺点，常采用桥式整流电路。本次实验采用了单相桥式整流滤波电路。这一部分主要由四个整流管D1D4组成，所以我们只需要计算其中一个的参

10、数。 整流管D1的最大整流电流为： （ID1）MAX0.5IO （ID1）MAX0.5700mA0.35A考虑到取样和放大部分的电流，可选取最大电流（ID1）MAX为0.4A。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）RM2（1+10%）UBIO=28V 使用整流桥的原因：电源变压器在正负周期都有电流供给负载，电源变压器得到充分的利用，且效率高。3.1.3 功能模块3（滤波） 电路输出端与负载之间并联一个大电容。原理如下：在整流常用的整流滤波电路有全波整流滤波，桥式整流滤波，倍压整流滤波。此电路采用的是电容滤波电路，即在桥式整流电路采用电容滤波后使

11、二极管得到的时间缩短，由于电容C充电的瞬时电流较大，形成了浪涌电流，容易损坏二极管，故在选择二极管时，必须留有足够的电流裕量，以免烧坏。滤波电容C满足：RLC=(35)T/2式中T为输入的交流信号周期；RL1为整流滤波电路的等效负载电阻这里主要计算滤波电容的电容量C1和其耐压VC1值。根据滤波电容选择条件公式可知滤波电容的电容量为（35）0.5TR，当取5时，市电频率是50Hz，则T为0.02S，R为负载电阻当最不利的情况下，即输出电压为12V，负载电流为700mA时：C150.5T（UOIO）C150.50.02S（12V0.7A）3000F当市电上升10时整流电路输出的电压值最大，此时滤波

12、电容承受的最大电压为：VC1UBOMAX18V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3300 F电容。耐压可选择25V以上。3.1.4 功能模块4（调整放大电路）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，整流滤波后的输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）OMAX18V，考虑到留有一定余量，可取（BVT1）CEO为25V。当负载电流最大时最

13、大允许集电极电流（IT1）CM为：（IT1）CMIO700mA 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800mA这样最大允许集电极耗散功率（PT1）CM为：（PT1）CM（UBOMAXUOMIN）（IT1）CM（PT1）CM（18V-5V）800mA10.4W考虑到留有一定余量，可取（PT1）CM为12W 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）Omax18V同样考虑到留有一定余量，取（BVT2）CEO为20V。（IT2）CM（IT1）CMT1（

14、IT2）CM700mA4018mA（PT2）CM（UB1）OMAXUOMIN）（IT2）CM（PT2）CM（18V5V）18mA0.2W在选取原件时考虑到一定的余量，我们选择时尽量高于计算值。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）CMT118mA800.225mA3.1.5 功能模块5（取样）取样部分主要由电阻R1、RV1、R2组成。由于取样电路同时接入T4的基极，为避免T4基极电流IT4B对取样电路分压比产生影响，需要让IT4BIR1。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IR1大于调整管T1的最小工作电流（I

15、T1）CEMIN， 所以R1R3。输出电压的调节范围 当 RV1动端在最上端时，输出电压最小 Vomin=(R1+R2+RV1) VREF/(R2+RV1)当RV1动端在最下端时，输出电压最大Vomax=(R1+R2+RV1) VREF/R2又发光二极管的基准电压VREF=2v 所以R1=18/5R2 RV1=7/5R2所以R2=0.1K R1=0.36K Rv1=0.14K3.1.6 功能模块6（过流保护 ）由R4、R5、Q4组成 因为 UBE3=0.7流过R5的电压至少 为0.7， 又因为I5max=0.7A所以R5=U/I5max=0.7/0.7=1欧姆第四部分 整机电路 4.1 整机电

16、路图（非仿真图）4.2 元件清单原件序号 型号参数 数量 备注 D1D4 1N4002 4个 二极管 C1 C2 C1=3300uFC2=470uFC3=330uF 3个 电容 R1R6 R1=0.1K R2=0.14KR3=4.7K R5=1 R7=1K 5个 电阻 RV1 POT-HGR=0.36 1个 滑动变阻器Q1Q4 NPN 4个 三极管 D1 1N4728 1个 稳压管 第五部分 电路仿真5.1 仿真软件简介Proteus软件是英国Labcenter electronics公司出版的EDA工具软件（该软件中国总代理为广州风标电子技术有限公司）。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能

17、，还能仿真单片机及外围器件。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真软件)，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年即将增加Cortex和DSP系列处理

18、器，并持续增加其他系列处理器模型。在编译方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多种编译器。5.2 仿真电路图5.3 仿真结果（附图） 最小输出电压 最大输出电压第六部分 安装调试与性能测量 6.1 电路安装（正面）（反面）6.2 调试步骤 调试步骤及测量数据1焊接 工具：电烙铁 在已做好的电路板上涂一层助焊剂，对照原理图将元件安装在电路板上，检查元件位置是否正确。检查无误后，用电烙铁将每个元件用焊锡焊牢，保证每个元件不虚焊。在焊元件时根据不同元件耐热性能尽量减少焊接时间。焊接完毕后用万用表检查是否断路和短路。2调试 工具：万用表、交流毫伏表、滑动变阻器依照原理图，用万用表红色二极管档检测

19、元件是否有虚焊，漏焊的地方。检查有正负极性的元件，焊接时是否焊反。进行通电测试，首先是用手将变压器的输出线与输入端接触，同时要注意不要将变压器输出两端的线短接到一起。若没有出现烧元件现象，则将其接触好。调节电位器，看其输出电压的变化范围。在以上步骤都正确下，先进行不带负载情况下，用示波器测试其输出纹波电压。再在其输出端并联一个22欧姆的负载，测试其输出的纹波电压。在测试过程中，记录好输出电压数据，纹波电压数据。根据所得数据，算出输出内阻。 焊接好电路后用万能表的二级档测电路的通断，检测无误后就开始调试：连接好电路，调节取样部分的可调电阻，观察输出电压的变化，发现在调动滑动变阻器时，万用表的读数

20、变化不大。6.2.2 故障分析及处理 当调节滑动变阻器时，输出电压调节范围很小，发现发光二极管接反了，然后我们把发光二极管接好，接上220V交流电，发现输出范围很大，在3.4614V之间。但当接上负载22V时，纹波很大，且有自激，于是我们把330uF的电容去掉，再进行测量，发现结果没明显变化，在老师的帮助下，我们在输出电容后面再并联一个小电容，再进行调试，发现输出波形中还夹着一个高电平，当用手去触碰那个大功率三极管时发现高电平消失，于是我们得知是这个三极管有问题，于是我们在基极与地之间加个小电容，进行测试，发现自激消失。6.3 整机性能指标测量值输出电压的范围为：3.46V14V。当输出电压调

21、到5V时，接上负载测出压降为0.07V，计算出内阻为0.3欧姆，纹波为2mV。其图为：输出最小电压3.46V当输出为5V时，接上负载，压降为0.07V 接上负载后，纹波为2mV。七、课程设计总结通过这次设计实践。我学会了直流稳压电源的基本设计方法，对直流稳压电源的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。在没有做实践设计以前，我们对直流稳压电源的撑握都是理论上的，对一些细节不加重视，当我们把自己想出来的方案应用到实践中的时候，问题出现了，不是不能测试，就是测试的结果和要求的结果不相符合。而且还出现过冒烟烧坏管子的情况，一开始我们有点措手不及，经过解决一个个测试中出现的问题，自己一点一点的积累，感觉

22、到一种莫名的喜悦，同时我们对直流稳压电源的理解得到加强，看到了实践与理论的差距。加深了我们对理论与实践联系的理解，促进了我们运用知识解决具体问题的综合应用能力，但是在这过程中，我们加深的不仅是我们的专业知识，还有我们这个团队的合作 ， 在这个过程让我感触最深的是我们这个组的合作，在老师的否定下，她们并没有怪我，也没有气馁，而是鼓励我重新来过，一次不行就两次，两次不行就三次，我深刻意识到团结就是力量，要想把一件事做好首先就必须用心，只有付出才会有收获，你付出多少就会得到多少。最后我还要感谢我的老师，虽然在过程中否定过我们，也批评过我们，但是更多的是细心为我们指导，为我们解决了许多难题。我真心的感谢他。八、参考文献,华东师范大学物理系万嘉若,林康运等编著,高等教育出版社。,华中工学院电子学教研室编,康华光主编,高等教育出版社。,(第二版)华中科技大学谢自美主编,华中科技大学出版社.