串联型直流稳压电源设计电子电路设计课程设计Word文件下载.docx
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(1)方案比较与确定
1、方案比较
方案一:
先对输入电压进行降压,然后用单相桥式二极管对其进行整流,整流后利用电容的充放电效应,用电解电容对其进行滤波,将脉动的直流电压变为更加平滑的直流电压,稳压部分的单元电路由稳压管和三极管组成(如图1),以稳压管D1电压作为三极管Q1的基准电压,电路引入电压负反馈,当电网电压波动引起R2两端电压的变化增大(减小)时,晶体管发射极电位将随着升高(降低),而稳压管端的电压基本不变,故基极电位不变,所以由可知将减小(升高)导致基极电流和发射极电流的减小(增大),使得R两端的电压降低(升高),从而达到稳压的效果。
负电源部分与正电源相对称,原理一样。
图1方案一稳压部分电路
方案二:
经有中间抽头的变压器输出后,整流部分同方案一一样擦用四个二极管组成的单相桥式整流电路,整流后的脉动直流接滤波电路,滤波电路由两个电容组成,先用一个较大阻值的点解电容对其进行低频滤波,再用一个较低阻值的陶瓷电容对其进行高频滤波,从而使得滤波后的电压更平滑,波动更小。
滤波后的电路接接稳压电路,稳压部分的电路如图2所示,方案二的稳压部分由调整管,比较放大电路,基准电压电路,采样电路组成。
当采样电路的输出端电压升高(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(升高);
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。
图2方案二稳压部分单元电路
对以上两个方案进行比较,可以发现第一个方案为线性稳压电源,具备基本的稳压效果,但是只是基本的调整管电路,输出电压不可调,而且输出电流不大,而第二个方案使用了运放和调整管作为稳压电路,输出电压可调,功率也较高,可以输出较大的电流。
稳定效果也比第一个方案要好,所以选择第二个方案作为本次课程设计的方案。
2、整体电路框图的确定
整体电路的框架如下图所示,先有22V-15V的变压器对其进行变压,变压后再对其进行整流,整流后是高低频的滤波电路,最后是由采样电路、比较放大电路和基准电路三个小的单元电路组成的稳压电路,稳压后为了进一步得到更加稳定的电压,在稳压电路后再对其进行小小的滤波,最后用一个自锁开关实现正负极输出。
整体电路框图
3、电路设计及元器件选择;
(1)、变压器的设计和选择
本次课程设计的要求是输出正负9伏和正负6负的双电压电源,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=9V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12V,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0.5A×
9V=4.5w,所以变压器的功率绝对不能低于4.5w,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。
(2)、整流电路的设计及整流二极管的选择
由于输出电流最大只要求500mA,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3所示。
图3单相桥式整流电路
实际选用KBP206整流桥
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=13.5v。
对于全波整流来说,如果两个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34.2v
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19.3V,最大反向电压应该大于48.8V。
在输出电流最大为500mA的情况下我们仿真时选择具有四个二极管组成的整流管1B4B42,实际焊接电路时我们选用了KBP206整流桥。
(3)、滤波电容的选择
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θ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15V,当输出电流为0.5A时,我们可以求得电路的负载为18欧,我们可以根据滤波电容的计算公式:
C=(3~5)
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1667-2750uF,保险起见我们可以取标准值为2200uF额定电压为25V的电容。
滤波电路如上图
(4)、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(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);
由于输出电流较大,达到500mA,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500mA,又由于三极管CE间的承受的最大管压降应该大于15-6=9V,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13V,最小功率应该达到=6.5W。
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,所能承受的最大管压降为100V,远远满足调整管的条件。
采样电路由三个电阻组成,如图
参数选择:
实际选用的稳压管为1N4731,理论稳压值为4.224V。
选=1K,令U=6V(和9V),根据公式:
可算出R1约等于430欧,R2约等于1.1K欧。
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
保护电路部分:
用一个自锁开关实现正负极输出,自锁开关接线如下图。
三、仿真结果
仿真电路图
6V档:
9V档:
纹波:
远小于5mv
四、电路调试过程与结果
(1)实物图片
(2)实测数据
实测电压分别为6.05V和9.09V,在误差允许的范围内
(3)误差分析
原件参数不准确,存在误差。
元件清单
名称及标号
型号及大小
数量
变压器
220V-15V
1个
整流桥
KBP206
电容
2200uF
104
电阻
3K
2
3
430
1k
2个
100
运放
LM324
稳压管
1N4731
调整管
TIP41
自锁开关
单刀双掷开关
五.总结
本课程设计运用了模拟电路的基本知识,通过变压,整流,滤波、稳压等步骤,理论输出电压分别为6.041V和8.871V,实际输出电压为6.05V和9.09V。
该电路设计简单。
输出电压稳定,纹波值小,而且使用的元件较少,经济实惠,输出功率大,调整管可承受的范围也很大,。
心得体会:
这次模电课程设计从国庆之前就已经听说要做了,而且开了动员大会,听老师解释了各个题目,但是那时完全听不懂,原来自己上学期刚学习过的内容这学期基本上时间忘记了,而且当时不知从那里动手,所以一拖再拖,国庆过去了,亚运停课又忙于各种事,一直到11月底才开始想着怎样去动手。
于是开始跑图书馆,开始在网上查资料,开始请教同学,接着跑去买元件,晚上焊接电路直到二三点,最后还要跑去理学馆调试,没有想到和舍友忙活了一个星期最后是什么波形也没有出来,第一次我们做的是波形发生电路,听说是最难的,但是我们还是做出了实物,但是调试了三四次都没有波形出现,当时就想砸了它,老师也没有检查出什么问题,那可是花了我们一个星期的心血啊!
最后,为了完成课程设计,只能放弃,重新选做串联型直流稳压电源,和绝大多数同学那样,因为这个很容易,所以很快就完成了。
虽然没有完成之前想做的那个题目,但是从这次课程设计实习中,确实学到许多书本上没有学到的东西,实践永远胜于理论,只有付诸实践,才能真正提高自己的能力,纸上谈兵到最后是没有用的!
还有就是学过的知识要及时复习巩固才能更熟练地使用,为自己服务!
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