1.1設(shè)計(jì)目的

穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路輸出電流較小，輸出電壓不可調(diào)，不能滿足很多場(chǎng)合下的應(yīng)用。串聯(lián)型穩(wěn)壓電路以穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路為基礎(chǔ)，利用晶體管的電流放大作用，增大負(fù)載電流；在電路中引用深度電壓負(fù)反饋使輸出電壓穩(wěn)定；并且，通過改變反饋網(wǎng)絡(luò)參數(shù)使輸出電壓可調(diào)。

本課題所介紹的串聯(lián)型穩(wěn)壓電源為單相小功率電源，他將頻率為50HZ、有效值為220V的單相交流電壓轉(zhuǎn)換為幅值穩(wěn)定、輸出電流為小到幾十毫安、大到幾安培的直流電壓。

1.2技術(shù)指標(biāo)與要求

• 輸入交流電壓為工頻電壓；
• 輸出直流電壓分為3-6V、6-9V、9-12V三檔；
• 輸出電流小于等于1A；
• 具有過電流及短路保護(hù)功能。
  

1.3設(shè)計(jì)原理及思路

     單相交流電經(jīng)過電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的直流電壓。其原理圖如圖1-3-1所示：

   圖1-3-1原理圖

    其輸入是頻率為50Hz，有效值為220V的單項(xiàng)交流電壓，經(jīng)過電源變壓器，對(duì)電壓進(jìn)行升降，得到所需的交流電壓；變壓器副邊電壓通過整流電路從交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓，也就是將正弦波電壓轉(zhuǎn)換為單一方向的脈動(dòng)電壓；為了減小電壓的脈動(dòng)，需通過低壓濾波電路濾波，使輸出的電壓平滑；最后在通過穩(wěn)壓電路使輸出直流電壓基本不受電網(wǎng)電壓波動(dòng)和負(fù)載電阻變化的影響，從而獲得足夠高的穩(wěn)定性。

2 方案介紹

2.1方案設(shè)計(jì)

方案一：

圖2-1-1所示是一個(gè)最簡(jiǎn)單的單管串聯(lián)型晶體管穩(wěn)壓電源。這種穩(wěn)壓電源的工作原理是：當(dāng)負(fù)載變化引起輸出電壓降低時(shí)，調(diào)整管的基極-發(fā)射機(jī)電壓Ube=Ub-Ue=Ub-Usc，因?yàn)榛鶚O電壓恒定，Usc降低，則Ube增加，使基極電流Ib和集電極電流都增加，從而使Usc上升，保持Usc近似不變。

圖2-1-1單管串聯(lián)型晶體管穩(wěn)壓電源

   不過這種串聯(lián)型穩(wěn)壓電源只能做到輸出電壓基本不變。因?yàn)檎{(diào)整管的調(diào)整作用是靠輸出電壓與基準(zhǔn)電壓的靜態(tài)誤差來維持的，如果輸出電壓絕對(duì)不變，則調(diào)整管的調(diào)整作用就無法維持，輸出電壓也就不可能進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)。

方案二：如圖2-1-2用晶體管和集成運(yùn)放組成的具有保護(hù)環(huán)節(jié)的串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源。

圖2-1-2具有保護(hù)環(huán)節(jié)的串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源

2.2方案選擇

方案二簡(jiǎn)單、合理、可靠、經(jīng)濟(jì)。從見到而且便于購(gòu)買的前提出發(fā)，我們選擇方案二為我們最終的設(shè)計(jì)方案。

3 單元電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算

3.1變壓器

直流電的輸入為220V的電網(wǎng)電壓，然而所需的電壓數(shù)值和電網(wǎng)電壓的有效值相差很大，所以需要通過電源變壓器降壓后，再對(duì)電流、電壓處理。變壓器二次側(cè)的電壓有效值決定后面電路的需要。根據(jù)課題要求，輸出電壓最大為12V，故我們選取15V30W的電源變壓器。如圖3-1-1所示。

圖3-1-1電源變壓器

3.2整流電路

為了將正弦波電壓轉(zhuǎn)換為單一方向的脈動(dòng)電壓，還需要通過整流電路。單相整流電路有半波整流電路、單相橋式整流電路。兩種整流電路相比較，單向橋式整流電路在相同的變壓器二次側(cè)電壓下，對(duì)二極管的參數(shù)要求一樣，并且還具有輸出電壓高，變壓器利用率高，脈動(dòng)系數(shù)小等優(yōu)點(diǎn)。所以在電路中采用單相橋式整流電路，如圖3-2-1所示：

圖3-2-1單相橋式整流電路

保護(hù)電路：

     在集成穩(wěn)壓器電路內(nèi)部含有各種保護(hù)電路，使集成穩(wěn)壓器在出現(xiàn)不正常情況是不至于損壞。因?yàn)榇��?lián)型穩(wěn)壓電路的調(diào)整管是其核心器件，它流過的電路近似等于負(fù)載電流，且電網(wǎng)電壓波動(dòng)或輸出電壓調(diào)節(jié)時(shí)管壓降將產(chǎn)生相應(yīng)的變化，所以這些保護(hù)電路都與調(diào)整管緊密相關(guān)。過流保護(hù)電路能夠在穩(wěn)壓管輸出電流超過額定值時(shí)，限制調(diào)整管發(fā)射極電流在某一數(shù)值或使之迅速減少，從而保護(hù)調(diào)整管不會(huì)因電流過大而燒壞。如圖3-2-2所示：

圖3-2-2過流保護(hù)電路

主要參數(shù)：

輸出電壓平均值Uo（av）：負(fù)載電阻上電壓的平均值

輸出電流平均值：負(fù)載電阻上電路的平均值

=≈

整流輸出電壓的脈動(dòng)系數(shù)S：整流輸出電壓的基波峰值與輸出電壓平均值之比，因而S越大，脈動(dòng)越大。

二極管的選擇：

  考慮到電網(wǎng)電壓波動(dòng)范圍為±10%，整流二極管的極限參數(shù)最高反向工作電壓和最大整流平均電流應(yīng)滿足：

>1.1和>1.1·          >1.1×≈0.007A

所以選擇>1.1V

3.3濾波電路

        整流后的輸出電壓雖然是單一方向的，但是含有較大的交流成分，會(huì)影響電路的正常工作。一般在整流后，還需要利用濾波電路將脈動(dòng)的直流電壓變?yōu)槠交�的直流電壓。所以需通過低通濾波電路，使輸出電壓平滑。理想情況下，應(yīng)將分流分量全部濾掉，使輸出電壓僅為直流電壓。在實(shí)際電路中，為了獲得更好的濾波效果，電容容量應(yīng)選的更大些。

        濾波電路有電容濾波、電感濾波、和復(fù)式濾波三種，其中復(fù)式濾波電路效果最好。如圖3-3-1所示：

圖3-3-1復(fù)式濾波電路

3.4穩(wěn)壓電路

         如圖3-4-1所示：

圖3-4-1穩(wěn)壓電路原理圖

交流電壓通過整流、濾波后雖然變?yōu)榻涣鞣至枯^小的直流電壓，但是當(dāng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)或負(fù)載變化時(shí)，其平均值也隨之變化。穩(wěn)壓電路的功能是使輸出直流電壓基本不受電網(wǎng)波動(dòng)和負(fù)載電阻變化的影響，從而獲得足夠高的穩(wěn)定性。

     由于經(jīng)濟(jì)成本、元件購(gòu)買及仿真軟件的限制，穩(wěn)壓電路只采取一個(gè)具有放大環(huán)節(jié)的基本串聯(lián)型穩(wěn)壓電路加一個(gè)載流型過流保護(hù)電路。如圖3-4-2所示：

圖3-4-2具有放大環(huán)節(jié)的過流保護(hù)電路

其中Q1構(gòu)成調(diào)整電路，R3、R5、R4組成取樣電路，Q2、R6構(gòu)成保護(hù)電路，D1、R1構(gòu)成基準(zhǔn)電路。

a穩(wěn)壓原理：若由于某種原因使UO增大，則UO↑→UN↑→UB↑→UO↓

b輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍：·≤·

故≤6V,取=5.6V402Ω, 1000KΩ(100Ω), 820Ω

c串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的基本組成部分及其作用：

調(diào)節(jié)管：是電路的核心，UFE隨UI和負(fù)載產(chǎn)生變化以穩(wěn)定Uo。

基準(zhǔn)電壓：是Uo的參考電壓。

采樣電阻：對(duì)Uo的采樣，與基準(zhǔn)電壓共同決定Uo。

比較放大：將Uo的采樣電壓與基準(zhǔn)電壓比較后放大，決定電路的穩(wěn)壓性能。

d串聯(lián)型穩(wěn)壓電源中調(diào)整管的選擇：

要想使調(diào)整管起到調(diào)整作用，必須使之工作在放大狀態(tài)，因此其管壓降應(yīng)大于飽和管壓降；調(diào)整管極限參數(shù)的確定，必須考慮到輸出電壓由于電網(wǎng)電壓波動(dòng)而產(chǎn)生的變化，以及輸出輸出電壓的調(diào)節(jié)和負(fù)載電流的變化所產(chǎn)的影響。

根據(jù)極限參數(shù)ICM、U（BR）CEO、PCM選擇調(diào)整管：

=≈<

=-<

=<

e限流電阻的選擇：保證穩(wěn)壓管既穩(wěn)壓又不損壞。

>    <

電網(wǎng)電壓最低且負(fù)載電流最大時(shí)，穩(wěn)壓管的電流最小。

=>   R<

電網(wǎng)電壓最低且負(fù)載電流最小時(shí)，穩(wěn)壓管的電流最大。

=<  R     

   如圖4-1-1：

元件類型	元件序號(hào)	型號(hào)	主要參數(shù)	數(shù)量
變壓器	T1	雙15V30W		1個(gè)
集成運(yùn)算放大器	U1	LM324		1個(gè)
穩(wěn)壓管	D3	1N4734	5.6V	1個(gè)
整流橋	D1	1A整流橋107		1個(gè)
三極管	Q1、Q2、Q3	TIP41、TIP42、TIP43	中功率	3個(gè)
電解電容	C1、C2		100nF/25V、450uF/ 25V	2個(gè)
電阻	R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8		246Ω、1kΩ、666Ω、200Ω、222Ω、445Ω、111Ω、100Ω	各一個(gè)
電源線				1條
開關(guān)	S1	單刀四擲小號(hào)		1個(gè)

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串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源課程設(shè)計(jì).doc (1.04 MB, 下載次數(shù): 54)

2017-12-4 16:34 上傳

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