线性电源的电压控制自动控制原理课程设计报告文档格式.docx
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指导教师:
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2021年3月10日
摘要:
直流稳压电源根据调整管的工作状态通常分为线性稳压电源和开关稳压电源。
线性稳压电源是比拟早使用的一类直流稳压电源。
线性稳压直流电源的特点是:
输出电压比输入电压低;
反响速度快,输出纹波较小;
工作产生的噪声低;
效率较低,产生的热量大,间接地给系统增加热噪声。
与线性稳压电源不同的一类稳压电源是开关型直流稳压电源,它的电路行事主要有单端反激式,单端正激式、半桥式、推挽式和全桥式。
它与线性稳压电源的根本区别在于它的变压器不工作在工频而是工作在几十千赫兹到几兆赫兹。
功能管不是工作在宝盒及截止区,即开关状态。
它的优点是体积小,重量轻,稳定可靠;
缺点相对于线性电源来说纹波较大〔一般≤1%VO(P-P),好的可做到十几mV(P-P)或更小)。
本报告将针对基于TL431基准发生器设计的线性稳压电源的电压控制电路的原理和应用及设计方法进展总体的综述,并对其控制电路的组成及功能做简要说明。
关键词:
线性稳压电源,特点,TL431基准发生器,设计方法。
1、引言…………………………………………………………1
2、课程设计题目………………………………………………1
3、设计题目要求………………………………………………1
4、电路设计方案流程图………………………………………1
5、电路设计原理………………………………………………2
6、电路仿真设计………………………………………………3
7、硬件电路设计………………………………………………5
8、调试过程……………………………………………………7
9、报告总结……………………………………………………8
10、本设计的展望和改良……………………………………9
1、引言
工作产生的噪声低:
本报告介绍了基于TL431基准稳压发生器设计的线性稳压电源的电压控制电路的设计方法及原理。
2、课程设计题目
利用功率管和运放设计线性降压控制电路〔不允许用稳压芯片〕,采用TL431作为基准电压发生器,设计控制器实现输出电压的控制。
3、设计题目要求
输入电压波动范围15~30V要求输出电压0~10V,最大电流1A,控制精度2%,超调<5%。
设计所用元件:
功率管TIP122;
运算放大器芯片LM358;
TL431基准发生器;
电容,电阻〔负载电阻为5瓦20欧的水泥电阻〕
4、电路设计方案流程图
5、电路设计原理
总电路中包括有基准电压产生、电压放大和电流放大以及校正控制等4个环节。
其中,基准电压由TL431产生,电压放大和校正控制由LM358中的运算放大器产生,最后通过TIP122把电流放大,在它的发射极输出负载,同时把负载产生的电压差负反响回系统电路。
负载的组成由47uF的电容和10k的电阻得到初始的一阶惯性环节,然后通过并联一个5瓦20欧的水泥电阻得到总负载。
因为输出电流为0.5A左右,使用水泥电阻能承受更大的电流。
TL431基准发生器的简介:
TL431A集成电路是三端可编程并联稳压二极管,通过外部电阻R可从Vref编程至36V,当通过阴极前端的电流在0.5~10mA时可获得稳定的2.5V基准输出。
以下为TL431的封装、符号以及代表性框图等:
TL431的输出电压由滑动变阻器RV1调节,产生电压约为0~2.5V,再由运算放大器UA确定电压放大倍数,采用同相放大器的优越性在于其输入阻抗极大,可很好地将TL431输出的2.5V电压与后级电路隔离,使其不受负载变化的影响;
运放与电阻R4和R7组成比例放大环节,可对基准电压按要求进展比例放大输出,但输出电压最大不能超过运放的电源电压。
此处放大4倍,使输出电压约为0~10V。
电流放大采用了TIP122三极管,UA通过驱动调整关Q1,组成反响实现电流放大环节,对输出电压进展调节,从而实现文雅输出。
R1和C2组成一阶惯性环节负载,电阻RL是控制采样电流的负载,因为输出电压最大为10V,当RL等于20欧时,产生的电流为0.5A。
最后在电路中串联一个滞后校正环节,同样使用同向输入。
串联入校正环节,使电路得到更好的控制,使控制精度变得更准确,同时使系统更加输出更加稳定。
6、电路仿真设计
总电路设计仿真图:
仿真数据测试图:
1、产生基准电压电路;
2、电压放大电路;
3、PD校正环节;
4、负载电路
仿真时遇到的问题和解决方法:
在用TL431产生基准电压时,开场是用两电阻并联在原件的K极和A极,两电阻的大小不一样,使他们产生一个比例关系,得到基准电压V=2.5*〔1+R1/R2〕,但在比例上很难调整得使输出电压为0~10V,经过赵学军教师的指导,换成了可变电阻,产生适宜的基准电压。
其次,比例放大环节的倍数固定要适宜,同时要反响使电流得到放大。
最后在PD校正环节,首先根据负载,惯性环节算出传递函数,再求出校正函数,最好确定电阻和电容的值,串联起来,形成整个电路。
7、硬件电路设计
输入直流电压:
15——30V
产生基准电压:
0——2.5V
电压放大倍数:
>
=4倍,使输出电压为0——10V。
负载组成:
原负载,一个47uF的电容和10K电阻并联组成一阶惯性环节,测量时再并联一个5瓦20欧的水泥电阻。
电压放大局部:
同相输入
校正控制器:
利用同相输入,首先使电压极性为正,其次重要的是使系统的输出更加稳定。
电流放大及负反响:
把负载产生的电压反响给放大器。
控制器系统总电路原理图:
控制器系统总电路PCB图:
控制器系统总电路实物图:
8、调试过程
调试过程是对电路仿真设计的一个实物验证过程。
在这块板之前,对之前的做好的板进展调试,发现了很多问题,比方说,电压过大或反接,把TL431或着LM324烧坏,TIP122因为过长工作,会产生热量,所以得加散热片,但也不能长时间工作,经过了几次的实物调试,发现在本电路中,用LM358更加能到达要求,同时到达节省材料的效果。
最终的调试过程:
当输入电压在15——30V之间变化时,可使输出在0——10V之间的任一数值不发生改变,到达了改变输入,输出不变的稳压效果。
同时发现,在本次的电路图中,TL431的基准电压一般在2.48V左右,因为温度的影响,所以有稍小的误差,这是允许的。
当改变滑动变阻器时,可是输出基准电压在0——2.48V之间发生变化,调节另一滑动变阻器时,可使放大倍数发生改变,但始终大于4倍。
最后,当采用原始的负载电路时,即用47uF和10K电阻并联,使输出固定在9.99V,在原始负载的根底并联一个5瓦20欧之后,得到的电压为9.91V,相差0.08V,此时的输入电压为20V,所以能到达控制精度小于2%的要求,同时输出电压可调在0.02——10.12V之间,到达了系统电路的根本要求和功能。
以下为测试时的图片:
测试结果:
输入电压为15——30V时,输出电压固定在0——10V不变;
当输入在20V时,调节精调电阻,在原负载情况下,输出电压为9.99V,当并联一个20欧的情况下,输出电压为9.91V,相差0.08V。
输出电流约为0.5A。
因为输出为一阶惯性环节,无超调量。
综上所述:
结合数据分析,输出电压到达要求,控制精度也到达了小于2%的要求,因为一阶惯性环节,无超调量,所以到达要求,电流约为0.5A,所以,系统电路都到达了题目规定的根本要求。
9、报告总结
通过本次课程设计,让我知道了,理论知识是否扎实,只要通过动手实践的考验,就可以反映出自己的问题。
这次课设,结合了模拟电子技术和自动控制原理、以及电路等根底理论知识,在教师和同学帮助下,最后能成功地完成设计,到达预计的根本要求。
特别是在赵学军教师的指导下,完成了仿真电路的设计,使电路的硬件设计得到很大的帮助,以至于顺利完成;
在龙超教师严格的纪律要求上,使课设的进度和验收能按时按量完成;
在李平教师最后的验收中,让我意识到理论知识和动手时间能力的欠缺。
在此,衷心的感谢三位教师的指导。
10、本设计的展望和改良
本次课程设计是线性电源的电压控制电路设计,主要让我们设计的是利用TL431做基准电压的稳压控制电路,直接是直流稳压电路的设计。
但出于现实使用中的考虑,线性电源是现在最流行的一种电源,输入一般是交流电,所以假设有可能,设计中可以参加变压电路,整流电路,滤波电路,然后再是稳压电路,得到相应的线性变化电压。
同时,针对于本次设计的稳压电路,为了用示波器测试出电压波形,可以在放大电路之前,参加阶跃输入开关,控制电路在开关的调节下,可以输入相应的阶跃相应,能更准确地测量输出的变化。
还有,因为电路中要测试电流,所以要在输出的时候,不急于直接焊接并联的小电阻,应该通过针脚的引出,这样能是测量更好进展。
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- 线性 电源 电压 控制 自动控制 原理 课程设计 报告