串联型直流稳压电源课程设计

1模拟电子技术课程设计报告学院电子信息与电气工程学院专业电子信息科学与技术班级XXXXXXXXXX学生姓名XXXXXXXX学号XXXXXXXXXXXXXXXXXXX指导教师XXXX2串联型直流稳压电源一、主要指标和要求1、输出电压：8~15V可调2、输出电流：I0=1A3、输入电压：交流220V+/-10%4、保护电流：I0m=1.2A5、稳压系数：Sr=0.05%/V6、输出电阻：R00.5Ω7、交流分量（波纹电压）：10mV二、方案选择及电路工作原理分析电路组成及工作原理；我们所设计的串联型直流稳压电源为小功率电源，它将频率为50Hz、有效值为220V的单相交流电压转化为幅值稳定、输出电流为1A以下的可调直流电压。交流电经过电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路转换成稳定的直流电压，其方框图如图1所示。1、电源变压器电源变压器是利用电磁感应原理，将输入的有效值为220V的电网电压转换为所需的交流低电压。变压器的副边电压有效值由后面电路的需要决定。2、整流电路整流电路的任务是将经过变压器降压以后的交流电压变换为直流电压。变3压器的选择，除了应满足功率要求外，它的次级输出电压的有效值Ｖ2应略高于要求稳压电路输出的直流电压值。对于高质量的稳压电源，其整流电路一般都选用桥式整流电路。整流电路常见的有单相桥式整流电路，单相半波整流电路，和单相全波整流电路。(1)工作原理单相桥式整流电路是最基本的将交流转换为直流的电路，如图（a）所示。在分析整流电路工作原理时，整流电路中的二极管是作为开关运用，具有单向导电性。根据图1（a）的电路图可知：当正半周时，二极管D1、D3导通，在负载电阻上得到正弦波的正半周。当负半周时，二极管D2、D4导通，在负载电阻上得到正弦波的负半周。在负载电阻上正、负半周经过合成，得到的是同一个方向的单向脉动电压。(2)参数计算输出电压是单相脉动电压，通常用它的平均值与直流电压等效。输出平均电压为流过负载的平均电流为流过二极管的平均电流为4二极管所承受的最大反向电压流过负载的脉动电压中包含有直流分量和交流分量，可将脉动电压做傅里叶分析，此时谐波分量中的二次谐波幅度最大。脉动系数S定义为二次谐波的幅值与平均值的比值。单相桥式整流电路的变压器中只有交流电流流过，而半波和全波整流电路中均有直流分量流过。所以单相桥式整流电路的变压器效率较高，在同样功率容量条件下，体积可以小一些。单相桥式整流电路的总体性能优于单相半波和全波整流电路，故广泛应用于直流电源之中。3、滤波电路(1)滤波的基本概念滤波电路利用电抗性元件对交、直流阻抗的不同，实现滤波。电容器C对直流开路，对交流阻抗小，所以C应该并联在负载两端。电感器L对直流阻抗小，对交流阻抗大，因此L应与负载串联。经过滤波电路后，既可保留直流分量，又可滤掉一部分交流分量，改变了交直流成分的比例，减小了电路的脉动系数，改善了直流电压的质量。(2)电容滤波电路现以单相桥式整流电容滤波电路为例来说明。电容滤波电路如图4所示，在负载电阻上并联了一个滤波电容C。5(3)滤波原理若V2处于正半周，二极管D1、D3导通，变压器次端电压V2给电容器C充电。此时C相当于并联在V2上，所以输出波形同V2，是正弦波。当V2到达t=/2时，开始下降。先假设二极管关断，电容C就要以指数规律向负载ＲL放电。指数放电起始点的放电速率很大。在刚过t=/2时，正弦曲线下降的速率很慢。所以刚过t=/2时二极管仍然导通。在超过t=/2后的某个点，正弦曲线下降的速率越来越快，当刚超过指数曲线起始放电速率时，二极管关断。所以在t2到t3时刻，二极管导电，Ｃ充电，Vi=Vo按正弦规律变化；t1到t2时刻二极管关断，Vi=Vo按指数曲线下降，放电时间常数为RLC。需要指出的是，当放电时间常数RLC增加时，t1点要右移，t2点要左移，二极管关断时间加长，导通角减小；反之，RLC减少时，导通角增加。显然。当RL很小，即IL很大时，电容滤波的效果不好。反之，当RL很大，即IL很小时，尽管C较小,RLC仍很大,电容滤波的效果也很好。所以电容滤波适合输出电流较小的场合。此外，为了进一步减小负载电压中的纹波，电感后面可再接一个电容而构成倒L型滤波电路或采用π型滤波电路，分别如图5（a）和图5(b)所示。6(4)电容滤波电路参数的计算电容滤波电路的计算比较麻烦，因为决定输出电压的因素较多。工程上有详细的曲线可供查阅，一般常采用以下近似估算法：一种是用锯齿波近似表示，即)41(2L2OCRTVV另一种是在RLC=（35）2T的条件下，近似认为VO=1.2V2。4、稳压电路a)稳压电路选用可调式三端集成稳压器CW317。该集成块有输入端Ｖi、输出端Ｖo、和可调端ADJ三个端头。它的组成和分立元件稳压电路一样，主要由恒流源电路、基准电压电路、比较放大电路、调整管及保护电路组成。在实际应用时，只要外接7Ｒ1和Ｒ2两个电阻就能实现所需要的稳压值。当Ｒ2用电位器Ｒw代替时，就可以实现输出电压可调的稳压电源，电压可调范围为1.25V～37V。在图5所示的实验电路中，三端稳压器的输入端并接了一个电容Ｃ3，是为了消除电路可能产生的自激振荡。b)稳压电源的主要性能指标衡量一个稳压源的主要性能指标有：电压调节范围、电压调整率ＳV、电流调整率Ｓi、输出电阻r0、纹波抑制比Ｓrip。它们的定义如下：a)电压调节范围：是指可调式稳压电源的最大输出电压Ｖomax与最小输出电压Ｖomin之间的范围。b)电压调整率Ｓv：是指负载不变时，电网电压的相对变化量与由此引起的输出电压的相对变化量之比，即c)电流调整率Ｓi：是指输入电压不变而负载变化时，负载电流Ｉo在规定的范围内变化而引起的输出电压的相对变化量，即d)输出电阻ro：就是稳压电源的内阻。它可以通过测量电源空载时的输出电压Ｖo'和接入负载ＲL时的输出电压Ｖo而求得，即e)纹波抑制比Ｓrip：是指稳压电源对交流纹波的抑制能力。定义为电源的输入纹波电压Ｖi~与输出纹波Ｖo~之比值。常用dB值表示。即8三、单元电路设计计算，元器件选择，电路原理图，元器件明细表1、单元电路设计计算确定变压器次级电压VUUUUvUVUUUUVUiiiCESCESOiO152.1182.12.118315'min次次得：由有取由考虑到最低电压为~220-10%=198V，此时次级应有15V，所以正常（~220V）时有：VUVU176.1615*198220次次取2、元器件参数选择(1)调整管选择最高输入电压发生在~220+10%=242V此时变压器次级电压U次=18.7VVUUi44.227.18*2.12.1'’‘次极端情况，负载短路，且考虑峰值：VUCEO7.3144.22*2取BVCEO=100V最大电流：IOM=1.2A最大管压降：VUUUOiCE44.14844.22'最大集电极功耗：WPWIUPCMOMCECM3033.172.1*44.14*取(2)选基准电压、稳压管选DZ1=6.2V，可选稳压管2CWIDZ=10mA1200102.618211DZDZiIUURmARUUIDZiDZM67.132.12.64.2221'9(3)取样电路45.0157.67.67.067.065613RRRRVUUWDZB75.087.6566RRRRRWW一般取样电流为30~50mA，取mAI40取样565522027510025.206275*75.012075.123275*45.02754011556665RRRRRRIURRRWWOW取取：取取样(4)调整电路IOM=1.5mA取β1=β2=50有：KIUURmAIIBOiOMB25.648.0151848.050*502.122212取R2=2kΩ(5)保护电路取VUDZ121KUURDZi11011这里，取UDZ1稳定电流为10mA取流过R3+R4的电流也为10mA，KURRO8.110181043取UE4=1V，则R4=100Ω，R3=1.6KΩ当IOM=1.2A时保护，取RO=0.6Ω,URO=1.2*0.6=0.72V103、电路原理图4、元器件明细表直流稳压电源万用板×19013×36V稳压管×1TIP41C配散热片，螺丝×1电阻/Ω1.6K×12K×10.6×1150×1270×130可调电阻×1电容1000uf×10.01uf×2220uf×1四、安装、调试中遇到的问题，解决的方法及实验效果1.在安装过程中，我们首先在电路板上，画出电路图的草图，然后在电路板上进行焊接元器件，由于电路板线路很窄，所以需要特别小心。第一次焊接时，不小心把三极管短路了，再三检查电路后，重新换了一个三极管来焊接。焊接要可靠，不能有虚焊、短路。2.在调试过程中，需要检查元器件安装、连接是否正确，晶体管管脚、二极管方向、电解电容极性是否接对，电源正、负端是否正确，电源数值是否符合要求。用表测量电源二端的直流电阻，判断是否有短路情况。注意电路中的电流过大，从而会导致元器件的烧坏。113.分块电路调试步骤：(1)变压器电路的调试。在所设计的变压器电路的输入端分别输入不同大小的交流电源电压，输出端接入一电压表，观测输出端电压表的读数，与理论输出值（即由输入电压作用下的输出电压值）进行比较，若两数值相等或相近，则所涉及的变压器单元电路通过测试；否则，需重新对该单元电路进行设计（在两数值差别不大的情况下，也可通过直接改变电路参数设置来进行优化和再设计）。直至两参数值相等。(2)整流电路的调试。在所设计的整流电路的输入端分别输入不同大小的交流电源电压，在整流电路的输出端接入一示波器，观测输出电压的波形，与理想波形进行比较，如两波形相同，则所设计的整流单元电路通过测试；否则，需重新对该单元电路进行设计和调试，直至达到理想波形。(3)整流电路的调试。在所设计的整流电路的输入端分别输入不同大小的交流电源电压，在整流电路的输出端接入一示波器，观测输出电压的波形，与理想波形进行比较，如两波形相同，则所设计的整流单元电路通过测试；否则，需重新对该单元电路进行设计和调试，直至达到理想波形。(4)稳压电路调试。在所设计的稳压电路的输入端输入滤波电路的输出电压，在稳压电路的输出端接入一示波器，观测输出电压波形，与理想波形进行比较，如两波形相同，则所设计的滤波单元电路通过测试；否则，需重新对该单元电路进行设计和调试，直至达到理想波形。4.整体电路调试：在单元电路设计完成并通过调试后，就可以进行整体电路的设计和调试了。整体电路的方针必须是在整体电路设计完成并经过初步检查后方可进行。对所创建的整体电路功能进行测试，包括以下几项：(1)测试直流稳压电源各级电压，观察各级电压的波形。(2)验证直流稳压电路的稳压功能，测试直流稳压电路稳压系数。在整体电路通过调试、优化并得到满意的结果后，此次课程设计的任务就基本完成了。五、电路性能指标测试结果，是否满足要求，对成果的评价电路性能指标实验测试结果：测量数值降压后的电压输入电压Ui最大输出电压Uo最小输出电压Uo输出电流Io第一次调试13.93V16.56V15.03V14.24V1.24A第二次调试15.04V18.08V16.78V14.24V1.67A保护电流Iom=1.2A输出电阻=12Ω输出电阻=10Ω12比较技术指标和实验测试结果，在一定的误差范围内，电路设计性能指标满足设计要求。调节滑动变阻器的阻值，测量得到的输出电压稍微偏大，可调节的电压范围较小，最小只有14.24V。经过一系列的改动和多次实验测试，这次的实验成果虽然还有一些指标不是非常满意，还需要改进，总的来说是不错的。实际成果电路图及测试结果：13六、收获、体会及改进意见经过两个星期的模拟电子技术课程设计过程，我们学到了很多东西，对一学期以来所学的电子方面的知识也有更加深刻的理解，也对我们自己在