模电课程设计-串联型直流稳压电源

模电课程 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 -串联型直流稳压电源 毕业设计 串联型直流稳压电源- 长沙航空职业技术学院 模 拟 电 子 技 术 设 计(论 文) 论文题目: 串联型直流稳压电源 所属系部: 航空电子工程系 指导老师: 黄荻老师 班级 电子1001班 学生姓名: 学号 56 专 业: 应用电子技术 2011年 6 月22 日- 1 - - 1 - 毕业设计 串联型直流稳压电源- 目录 工贸企业有限空间作业目录特种设备作业人员作业种类与目录特种设备作业人员目录1类医疗器械目录高值医用耗材参考目录 一、前言………………………………………………1 二、课设题目…………………………………………1 三、课题分析 1、设计目的 2、设计要求 四、总体 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 设计 1、串联直流稳压电源设计思路 2、串联直流稳压电源原理框图 五、整体原理分析 六、单元电路分析 1、变压部分 2、整流部分 3、滤波部分 4、稳压部分 七、电路测试分析 1(输出电压与最大输出电流的测试 2.仿真图像 八、整体电路图 九、总结 十、谢辞 2 - 2 - 毕业设计 串联型直流稳压电源- 一、 前言 随着现代社会的发展，可以说，有电器的地方就有电源。所有的电子设备都离不开可靠的电源为其供电。现代电子设备中的电路使用了大量的半导体器件，这些半导体需要几伏到几十伏的直流供电，以便得到正常工作所必需的能源。这些直流电源有的属于化学电源，如采用干电池和蓄电池，但这些不能持久性的供电。大多数电子设备的直流供电方法都是将交流电源经过变压、整流、滤波、稳压等变换为所需的直流电压。完成这种变换任务的电源成为直流稳压电源。 现代电子设备中使用的直流稳压电源有两大类:线性稳压电源和开关性稳压电源。线性稳压电源亦称串联调整式稳压电源。它的稳压性能好，输出纹波很小，缺点是需要使用体积和重量都比较大的工频变压器，而且稳定效率较低。开关型稳压电源效率高，体积小，重量轻，缺点是输出的纹波及产生的电磁干扰比较大。开关电源和线性电源的成本都随着输出功率的增加而增长，但二者增长速率各异。通常，当输出功率较小时，线性电源的成本较低。但是，当线性电源成本在某一输出功率点上时，反而高于开关电源，这一点称为成本反转点。 本设计是针对实际需求，同时结合课设的基本要求，设计出的一种可调的串联型直流稳压电源。 二、 课设题目 串联型直流稳压电源 3 - 3 - 毕业设计 串联型直流稳压电源- 三、 课题分析 1设计目的 掌握直流稳压电源的工作原理及电路设计过程 2设计要求 (1) 输出直流电压Uo=3~15V连续可调 (2) 最大输出电流Im=500mA (3) 稳压系数S<=0.05 (4) 具有过流保护作用 四、 总体方案设计 1、串联直流稳压电源设计思路 (1)我国电网供电电压为交流220V(有效值)，频率为50HZ，为了获得低压直流输出，须采用电源变压器将电网电压降低至获得所需要的交流电压。 (2)降压后的交流电压通过整流电路整流变成单向的直流电，但其幅值变化大(脉动大)。 (3)脉动大的直流电压须经过滤波电路变换成平滑的、脉动小的直流电，即将交流成分滤掉，保留其直流成分。 (4)滤波后的直流电压再通过稳压电路稳压，能够得到不受外界影响的稳定的直流电压输出，供给负载。 2、串联直流稳压电源原理框图 4 - 4 - 毕业设计 串联型直流稳压电源- 电源变压器:将交流电网电压u变为合适的交流电压u 21 整流电路:将交流电压u2变为脉动的直流电压u3 滤波电路:将脉动直流电压u3转变为平滑的直流电压u4 稳压电路:清除电网波动及负载变化的影响,保持输出电压u0的稳定 (1) 利用电源变压器，将电网220v、50HZ交流电降压后送给整流电 路。(变压器变比由变压器副边电压确定) (2) 整流电路用单相桥式整流电路。 (3) 滤波器通常采用无源元件R、L、C构成不同类型的滤波电路。 本设计为小功率电源，采用电容输入式滤波电路。 (4) 稳压电路采用串联反馈式稳压电路。比较电路采用分立三极管 组成的差动放大器，提高电路的稳定性。 (5) 过流保护电路，串联稳压电路中，调整管与负载串联，当输出 电流过大或者输出短路时，调整管会被损坏，因此可采取一定 保护措施。 五、整体原理分析 5 - 5 - 毕业设计 串联型直流稳压电源- 串联型稳压电路的基本结构所示,T1 为调整管,T2 为比较放大管,D2 为稳压二极管,当电网电压升高引起V1 增加, 或负载电流Io 减小时,都会引起Vo 增大, Vo 的增加量通过R1 、 R2 分压取样,使T2 的基极电压VB2 升高,由于VE2 基本不变,因 此VBE2 增加,T2 集电极电流Ic2 增加,并使Vc2 下降,致使Vo 恢 复到原值附近,保证Vo 基本稳定,上述稳压过程表示如下: ?Io ?? Vo ? ? VB2 ? ? VBE2 ? ? IC2 ? ? VC2 ? VI ?VE1 ? ?Vo ? 同理,当VI 降低Io 增大时, Vo降低,通过反馈过程,又会使Vo 升高,也能使Vo 基本不变. 由以上分析可知,稳压过程是一个负反馈过程,负反馈顺利进行,才能实现稳压,上述反馈过程要求T1 、T2 处于放大状态, D2 处于稳压状态,在正常工作状态下,输出电压 6 - 6 - 毕业设计 串联型直流稳压电源- Vo =(R + R)/R* ( V + V) (1) 1222BE2 改变R1 或R2 的值,可使输出电压Vo 稳定在要求的数值上,输 出电压最大值Vomax 为 Vomax =( V - V) (1 +β) R/(R + (1 +β) R)(2) 1IBE1LC1L当RC 较大时 Vomax ?( V - V) (1 +β) R/R IBE11LC 当RC 较小时 Vomax ? V - V IBE1 输出电压最小值Vomin 为 Vomin = V + V (3) 2BE2 输出电流Io 为 Io =Vo/R(4) L 改变Vo 或R 可改变输出电流,但在稳定Vo 的情况下增 L 大R ? ?时, I ?0 L0min 减小RL 时Io 增大,输出电流最大值为 Iomax =V - Vo - V/R*(1 +β1) (5) IBE1c 六、单元电路分析 1、变压部分 本次课程设计的要求是输出3~15V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U,U,U，为UCEImaxOminCE饱和管压降，而=15V为输出最大电压，U为最小的输入电压，UImaxOmin 以饱和管压降=3伏计算，又整流滤波电路可能带来2V以下的电UCE 7 - 7 - 毕业设计 串联型直流稳压电源- 压波动，整流滤波后电压最小值应为:2V，3V，15V=20。 变压器次级输出电压U2min应该是:U2min,20/1.2=16.6V。考虑电网电压可能下降10%，变压器次级额定电压至少为: U2min/0.9=16.6V?0.9,18.4V选择输出电压18V的变压器。再由P=UI可知，变压器的功率应该为0.5A×15V=7.5w，所以变压器的功率绝对不能低于7.5w，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-18V，额定功率12W，额定电流1A的变压器。 2、整流部分 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。单相桥式整流电路:采用的是全波整流，它有四只二极管组成。其构成原则就是保证在变压器副边电压的整个周期内，负载上电压和电流的方向始终不变，利用四只二极管桥式连接，可满足这一要求，如图所示。其输出电压波形如图5. T Ru Lu o1u 2D AAD 1D 4 3 2 单相桥式整流电路 8 - 8 - 毕业设计 串联型直流稳压电源- u o ,t 桥式整流电路输出电压波形图 单二极管的选择: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: Uo(AV) ,122U2===0.9 U2Usin,t,d(,t)U2o(AV)2,0,, U2其中为变压器次级交流电压的有效值。我们可以求得=16.2V。 Uo(AV) 对于单相桥式整流来说，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?2U2，即为U2 25.5V 考虑电网波动,通常波动为10%,我们可以得到 应该Uo(AV)大于16.2V，最大反向电压应该大于25.5V。在输出电流最大为500mA的情况下我们可以选择额定电流为1A，反向耐压为1000V的二极管IN4007. 3、滤波部分 当滤波电容偏小时，滤波器输出电压脉动系数大;而偏大时，CC11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18V，当输出电流为0.5A9 - 9 - 毕业设计 串联型直流稳压电源- 时，我们可以求得电路的负载为30欧，我们可以根据滤波电容的计算公式: TC=(3,5) 2RL 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1333-1667uF，保险起见我们可以取 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 值为2200uF额定电压为25V的铝电解电容。 u o t 电容滤波电路输出 4、稳压部分 这部分包括:取样、基准、比较放大、调整。 (1)取样环节 本单元由电阻R3、R4、变阻器RP1，它将输出电压的一部分取出与基准电压进行比较放大，控制调整管工作，对电路进行调整，使电压趋于稳定。另外取样环节实现了输出电压的可调。因而有利我们实现设计要求中的3V和15V两挡.具体设计时，利用公式:U,(R3+RP1+R4)U/(RP1+R4);U,ominzomax(R3+RP1+R4)Uz/R4, 来确定电阻R3、R4的大小和变阻器的选择。当电源输出功率最大时，UO=15V，IO=500mA， 考虑尽量不增加电源总功率 ，取样支路的电流也应远小于500mA， 但取样电路的电流也10 - 10 - 毕业设计 串联型直流稳压电源- 不宜太小，应使其远大于Q2的基极驱动电流。取 IR3max=10mA,则(R3+Rp1+R4)min=15/10mA=1.5kΩ。 取R3+Rp1+R4?2kΩ，Q2基极电位UB3=0.7+0.7=1.4V， UB3 × (R3+Rp1+R4)/R4>15V且UB3 × (R3+Rp1+R4)/R4 ? 15V， 因此有:R4<140Ω选择R4:120Ω/0.25W UB3 ×(R3+Rp1+R4)/(Rp1+R4)<3V，UB3 ×(R3+Rp1+R4)/(Rp1+R4)?3V 因此有: Rp1+R4 >700Ω，其中Rp1>580Ω， 选择Rp1=1kΩ电位器，功率<0.1W， R5取820Ω/0.25W。 电阻的大小会影响到电路自动调节的灵敏性和带载能力。在设计本单元时，选用1/4W的电阻，已经充分考虑到各电阻的最大消耗功率。 (2)基准环节 本单元中基准环节由稳压管D2和限流电阻R2组成。考虑稳压管VZ的稳压值应该小于最小输出电压3V，为保证VT3处于放大状态，其B、E间还有0.7V的压降，因此VZ应小于(3V-0.7V)=2.3V，此处就选择1N4007正接代替稳压管，它在电流小于100mA时，两端电压保持在0.6~0.75之间，基本稳定。 电阻R2的取值要考虑到1N4007的电流不能太大，同时R2支路的分流较小对保护VT1管也有好处。当电源输出功率最大时，UO=15V，IO=500mA，考虑尽量不增加电源总功率，R2与取样支路的电流宜远小于500mA，这里取IR2max=50mA,则R2min=(15-0.7)/50mA=286Ω,当然R2也不宜过大，应保证1N400711 - 11 - 毕业设计 串联型直流稳压电源- 导通(IR2min=10mA)，R2max=(15-0.7)/10mA=1.43kΩ,这里取R2=1.2kΩ。 (3)比较放大环节 本单元主要是将输出电压的变化量放大后送到调整复合管Q1的基极，使调整管处于工作状态，这部分由三极管Q2完成。选择常见低频小功率管9013 (9013:极限参数25V/0.5A/0.625W，64<β<300) (4)调整环节 本单元主要由功率管Q1和Q3构成的复合管来组成。由于单管不能实现输出最大电流500mA的指标，故采用复合管。在设计时，在复合管的基极增加了电容器C2。 七、电路测试分析 1(输出电压与最大输出电流的测试 实际测出电压范围为2.22v-21v,满足设计要求 一般情况下，稳压器正常工作时，其输出被测电流要小于最大输出Io 电流，电路工作时上消耗的功率为:P=UomaxIomax=7.5W IRomaxL 故取额定功率为10W，阻值为 30欧姆 RL 2.仿真图像 当调到最上端时，有最小值 12 - 12 - 毕业设计 串联型直流稳压电源- XMM1Q3D44H106 R1R3Q1123kΩ820Ω102N37117R2111.2kΩ2D1V143RP192N1711T2021kΩC3410%C1220 Vrms Key=A100uF2.2mFQ250 Hz 13120? 3C21B4B4258100uFR4D2120Ω1N40070 当PR1调到最下端时，有最大值 XMM1Q3D44H106 R1R3Q1123kΩ820Ω102N37117R2111.2kΩ2D1V143RP192N1711T2021kΩC341100%C1220 Vrms Key=A100uF2.2mFQ250 Hz 13120? 3C21B4B4258100uFR4D2120Ω1N40070 13 - 13 - 毕业设计 串联型直流稳压电源- 八、整体电路图 Q3D44H106 R1R3Q1123kΩ820Ω102N37117R2111.2kΩ2D1V143RP192N1711T2021kΩC34150%C1220 Vrms Key=A100uF2.2mFQ250 Hz 13120? 3C21B4B4258100uFR4D2120Ω1N40070 九、总结 本设计的目的是利用市电通过一定的技术产生直流稳压电，并利用它为电子器件提供必要的电压、电流。该电源能提供一定的稳定的电压，并且在它的量程范围内连续可调，同时具有一定保护作用，。 通过这次设计，我从中获得了很多有用的东西。比如说，在以前上课时没听懂的知识，现在通过自己的进一不了解，再结合自己以前所学的知识，对它有了新的认识。在此同时，我还学到了新的知识，在了解这一方面知识的同时，我好查阅了相关的图书和了解了网上最新的技术，为此，对我以后设计的进行打下了深厚的基础，我相信在以后的毕业设计中可以很轻松的操作。 同时同过这次课程设计，我对于模电知识有了更深的了解，尤其是对与线性直流稳压电源方面的知识有了进一步的研究。同时实物的制作也提升了我的动手能力，实践能力得到了一定的锻炼，加深了我对模拟电路设计方面的兴趣。理论与实践得到了很好的结合。 我们这次设计的直流稳压电源还有不足之处:电源带负载的能力不是14 - 14 - 毕业设计 串联型直流稳压电源- 很强，输出的电流也有较多的限制等。我相信在以后的学习和探索过程中，我们一定会努力去解决这些问题，完善我们的设计，进一步加深自己对设计 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 思路的了解和认识。 十、谢辞 在这次的课题设计中，我不但对自己学过的模电知识有了系统而全面的复习了解，也对现在直流稳压电源的用用前景做了非常多的了解，这次的设计使我收获了很多自己不知道的知识。很多原来不知道的知识都在这次的设计中得到了了解，而且，经过这次的设计，让我知道了直流稳压电源的重要性，我觉的直流稳压电源不仅现在用途广泛，在将来会有更加重要的地位。因此我对此次的设计非常用心，而在谢佳君和黄荻两位指导老师的指导下和同学的帮助下，我终于完成了这次的设计，因此我非常感谢佳君、黄荻两位老师对我的指导和同学对我的帮助。 电子1001班模拟电子技术课程设计第三组 组员:廖实宏 李煌 王烽 任海瑞 蒲靖 二零一一年六月二十二日 15 - 15 -