串联直流稳压电源的设计.docx

1、串联直流稳压电源的设计串联直流稳压电源的设计 学生姓名：李帅 学号：08050445X24学院：中北大学信息商务学院专业：电气工程及其自动化指导老师：付巍2011年1月5日目录1 引言1 课程设计目的了解设计性实验的基本要求和步骤，进一步掌握模拟电子技术中线性直流稳压电源方面的知识，提升动手能力和实践能力，加深对模拟电路设计方面的兴趣。使理论与实践得到充分的结合。2 课程设计要求2.1 本题目由学号为1324的学生完成。2.2 设计一个串联直流稳压电源。要求输入交流电压：U=220V，f=50Hz，输出直流电压：U=5V，输出直流电流：I1A。小功率直流电源一般由交流电源、变压器、整流、滤波和

2、稳压电路几个部分组成。2.3 所设计的电路在Multisim仿真软件中，进行测试。3 课程设计内容3.1 使用的元器件变压器，二极管，电容，集成运算放大器，电阻，可变电阻，稳压管，调整管。3.2 设计过程3.21 变压器的设计本次课程设计的要求是输出正负5伏和正负5伏的双电压电源，输出电压较低，而一般的调整管的饱和管压降在2-3伏左右，由，为饱和管压降，而=5V为输出最大电压，为最小的输入电压，以饱和管压降=3伏计算，为了使调整管工作在放大区，输入电压最小不能小于8V，为保险起见，可以选择220V-15V的变压器，再由P=UI可知，变压器的功率应该为0.5A5V=2.5w，所以变压器的功率绝对

3、不能低于2.5w，并且串联稳压电源工作时产生的热量较大，效率不高，所以变压器功率需要选择 图1单相桥式整流电路相对大些的变压器。结合市场上常见的变压器的型号，可以选择常见的变压范围为220V-15V，额定功率12W，额定电流1A的变压器。3.22整流电路的设计及整流二极管的选择 由于输出电流I1A电流比较低，所以整流电路的设计可以选择常见的单相桥式整流电路，由4个串并联的二极管组成，具体电路如图1所示。 二极管的选择：当忽略二极管的开启电压与导通压降，且当负载为纯阻性负载时，我们可以得到二极管的平均电压为：=0.9其中为变压器次级交流电压的有效值。我们可以求得=9v。对于全波整流来说，如果两个

4、次级线圈输出电压有效值为，则处于截止状态的二极管承受的最大反向电压将是，即为25.5v考虑电网波动（通常波动为10%，为保险起见取30%的波动）我们可以得到 应该大于11.7V，最大反向电压应该大于33.15V。在输出电流I1A的情况下选择额定电流为1A，反向耐压为1000V的二极管IN4007.3.23 滤波电容器的选择当滤波电容偏小时，滤波器输出电压脉动系数大；而偏大时，整流二极管导通角偏小，整流管峰值电流增大。不仅对整流二极管参数要求高，另一方面，整流电流波形与正弦电压波形偏离大，谐波失真严重，功率因数低。所以电容的取值应当有一个范围，由前面的计算我们已经得出变压器的次级线圈电压为10V

5、，当输出电流为0.5A时，我们可以求得电路的负载为8欧，我们可以根据滤波电容的计算公式：C=(35) 来求滤波电容的取值范围，其中在电路频率为50HZ的情况下， T为20ms则电容的取值范围为375-625uF，保险起见我们可以取标准值为500uF额定电压为8V的铝点解电容。另外，由于实际电阻或电路中可能存在寄生电感和寄生电容等因素，电路中极有可能产生高频信号，所以需要一个小的陶瓷电容来滤去这些高频信号。我们可以选择一个104的陶瓷电容来作为高频滤波电容。滤波电路如上图。3.34 稳压电路的设计稳压电路组要由四部分构成：调整管，基准稳压电路，比较放大电路，采样电路。当采样电路的输出端电压升高（

6、降低）时采样电路将这一变化送到A的反相输入端，然后与同相输入端的电位进行比较放大，运放的输出电压，即调整管的基极电位降低（高）；由于电路采用射极输出形式，所以输出电压必然降低（升高），从而使输出电压得到稳定。由于输出电流较大，达到1A，为防止电流过大烧坏调整管，需要选择功率中等或者较大的三极管，调整管的击穿电流必须大于1A，又由于三极管CE间的承受的最大管压降应该大于5V，考虑到30%的电网波动，我们的调整管所能承受的最大管压降应该大于8V，最小功率应该达到=0.5W。我们可以选择适合这些参数，并且在市场上容易买到的中功率三极管TIP41，它的最大功率为60W,最大电流超过6A，所能承受的最大

7、管压降为100V，远远满足调整管的条件。负极的调整管则选择与之相对应的的中功率三极管TIP42。基准电路由5.1V的稳压管和4.7V的保护电阻组成。由于输出电压要求为6伏和9伏，如果采样电路取固定值则容易造成误差，所以采样电阻最好应该做成可调的，固采样电路由两个电阻和一个可调电阻组成，根据公式：求出。其中为运放正反相输入端的电阻，为输出端正极（负极）与共地端之间的电阻 ，为稳压管的稳压值。固可以取330、和1.5k的固定电阻置于1k的滑阻两旁避免当滑为0.所以根据此公式可求的电路的输出电压为3.895-6.252V。可以输出5V和5V的电压，运放选用工作电压在15V左右前对电压稳定性要求不是很

8、高的运放，由于uA741的工作电压为正负12V-正负22V，范围较大，可以用其作为运放，因为整流后的电压波动不是很大，所以运放的工作电源可以利用整流后的电压来对其进行供电。正稳压电路的正极和负极分别如下图为了使输出电压更稳定，输出纹波更小，需奥对输出端进行再次滤波，可在输出端接一个10uf的点解电容和一个103的陶瓷电容，这样电源不容易受到负载的干扰。使得电源的性质更好，电压更稳定，3.35 画出系统的电路总图3.3 流程图3.4 设计过程中遇到的困难和解决方法遇到的困难：设计过程中容易缺失器件和步骤导致结果发生错误，并且在器件数据的选择上经常出现误差，存在计算错误。解决方法：设计过程应谨慎严

9、密，充分考虑元器件的使用方法和阈量，注意选取元件公式的计算。3.5 电路仿真过程与遇到的困难和解决方法3.6 在Multisim仿真软件中的电路图和结果调节可变电阻，可以得到课程设计所要求输出的6V和9V的电压，仿真数据如下：电路输出直流电的波形图如下图电压的直流电波形为标准的直线，达到设计的要求而实际测量时也是这样，输出波形基本为一条直线电路输出纹波波形4 心得体会5 参考文献1康华光 编电子技术基础 模拟部分,北京 高等教育出版社,2001年1月版2张宪 编电子电路制作指导，北京 化学工业出版社，2005年8月版3张友汉 编电子技术基础教学参考书,北京 高等教育出版社,2005年6月版4杨刚 编模拟电子技术基础实验,北京 电子工业出版社,2003年11月版5电子技术基础模拟部分（第5版） 华中科大 康光华 主编 6电子技术基础实验指导书（第1版） 新疆大学电气工程学院编