模电设计：直流稳压可调电源设计

衡阳师范学院物理与电子信息科学系报告评分批改老师模拟电子技术课程设计报告（直流稳压可调电源设计）专 业 电子信息工程班 级学生姓名指导教师提交日期20年 月曰第一部分设计任务1.1设计题目及要求11.2备选方案设计与比较11.2.1 方案一11.2.2 方案二21.2.3 方案三21.2.4各方案分析比较2第二部分设计方案2.1总体设计方案说明32.2模块结构与方框图3第三部分电路设计与器件选择3.1 功能模块一（变压模块）33.1.1 模块电路及参数计算 33.1.2工作原理和功能说明43.2 功能模块二（桥式整流电容滤波模块） 43.2.1模块电路及参数计算 43.2.2工作原理和功能说明 53.2.3器件说明 63.3功能模块三（稳压模块）63.3.1模块电路及参数计算及分析63.3.2器件说明 8第四部分整机电路4.1 整机电路图（非仿真图） 94.2 工具清单104.3元件清单10第五部分电路仿真5.1仿真软件简介105.2 仿真电路图115.3 仿真结果12第六部分安装调试与性能测量6.1 电路安装126.2 电路调试126.2.1调试步骤及测量数据 126.2.2故障分析及处理 136.3整机性能指标测量（附数据、波形等） 13课程设计总结13参考文献14第一部分设计任务1.1设计题目及要求1. 设计制作一个学生实验用的“连续可调直流稳压电源”2. 主要技术指标与要求：(1) 输入电压在220V+10%时，输出电压从5-12V可调(且尽量向低端扩 展)，输出电流大于0.5A；(2) 输出纹波电压小于5mV,稳压系数小于5X10-2输出内阻小于0.2欧;(3) 主要调整元件由晶体管构成；3. 发挥部分：(1) 具有过流保护、过压保护功能：输出电流超过0.7A时电路自动过流保 护，输入交流电压超过250V时电路自动过压保护；(2) 噪声尽可能低(注：由电路类型分析确定)。1.2备选方案设计与比较1.2.1方案一TRAEFN* 花.；：.玲、Q21.2.2方案二1.2.3方案三1.2.4各方案分析比较方案一：优点：电路简单，有过流保护电路，比较放大采用三极管。缺点：无过压保护电路，电路波纹较大。方案二：优点：电路原理清晰，结构简洁，有过流保护电路，波纹电压小。缺点：无过压保护电路，较难的是需要给运放适用难。方案三：优点：有过压和过流保护电路，电压可调范围大，电路模块功能明 确。缺点：电路相对复杂点，过压保护元件参数确定难。综合考虑电路性能，选择方案三。第二部分设计方案2.1总体设计方案说明稳压一一整流一一调压一一滤波一一输出（带过流保护和过压保护）实现稳压电源，首先就要就讲交流220V进行降压。在变压方面可选用变压 器来完成。然后将输入交流电压变为直流则须对电路进行整流。设计时选用全波 桥式整流电路进行整流。整流之后就要进行滤波，使整流后波动大的电压变为平 稳电压。最后是稳压处理，通过比较放大三极管，复合调整管，稳压管（基准电 压），取样电路来稳定输出电压。保护电路：过流保护电路，用三极管导通和截止来限制输出电流。过压保护 电路：用二个电阻串联，再将一个电阻与稳压管并联，并联的稳压管通过可控硅 来控制复合调整管。当输出电压过大时，稳压管被击穿，可控硅导通，复合调整 管截止。2.2模块结构与方框图第三部分电路设计与器件选择3.1功能模块一（变压模块）变压器的选择：根据计算：变压器选输出18V，功率18W以上的变压3.1.1模块电路及参数计算当电网电压上升+10%时，变压器的输出功率最大。这时稳压电源输出的最 大电流(10) MAX为700mA。此时变压器次级电压(U2) OMAX为：(U2) 0MAX=(U2) 0X1.2(U2) 0MAX=14.8VX1.2 = 17.8V变压器B1的设计功率为(考滤过载20%):P=(U2) 0MAXX1.2 (IO) MAXP=17.8VX 1.2X700mA=15W为保证变压器留有一定的功率余量，确定变压器B1的额定输出电压为18V, 额定功率为1820W。3.23.1.2工作原理和功能说明降压电路由电源变压器组成，变压器电路原理图及其波形变换如图所示，变 压器的功能是交流电压变换部分，作用将电网电压变为所需的交流电压，即将直 流电源和交流电网隔离。3.2功能模块二(桥式整流电容滤波模块)3.2.1模块电路及参数计算(1)单项桥式整流电路1 n 汗U °（沙）= a/2 u 2 sin3td（3t）02仃U=20.9unU由此推出输出电流的平均值I = O ( AV ) RL0.9 U2 2RL所以整流二极管选择：Id>1.1*0.45V2/Rl=0.618A最大方向电压 Urm>1.1*1.141V19.44V选择IN4001二极管（2）滤波电容的选择：RC=(3-5)T/2LRl= Vo/ Io220uf为二级滤波电容因为 5V<V°< 12V I°0.5A10<R< 20 O>解得：1250uF<C<5000uF选2200uf为一级滤波电容3.2.2工作原理和功能说明（1）桥式整流电路的工作原理如下：e2为正半周时，对D1、D3和方 向电压，Dl, D3导通；对D2、D4加反向电压，D2、D4截止。电路 中构成e2、Dl、Rfz、D3通电回路，在Rfz，上形成上正下负的半 波整洗电压，e2为负半周时，对D2、D4加正向电压，D2、D4导通； 对D1、D3加反向电压，D1、D3截止。电路中构成 e2、D2Rfz、D4 通电回路，同样在Rfz上形成上正下负的另外半波的整流电压。（2）滤波电路的作用是将来自整流电路的脉动直流进行平波。滤波电路的 形式通常有电容滤波，电感滤波和复式滤波。此次设计因电路负载较小， 我们采用电容滤波。利用电容利用电容充放电的作用从而达到平波的效果。 滤波电路C满足RL-C=（35）T/2, T为交流信号周期，RL为整流滤波电路 的等效负载电阻3.2.3器件说明DO-41-: MIN.C：Z5.4;XIN.CirrenMns in inchss snd | mi整流二极管1N4001/IN4001参数 1N4001/IN4001最大整流电流：1.0A 1N4001/IN4001最大反向电压:50V 1N4001/IN4001 最大功耗:3W 频率类型:低频3.3功能模块三（稳压模块）型号/规格：25v47uf 5x12标称容量范围：47uf温度系数范围：105°C额定电压范围：25V3.3.1模块电路、参数计算及分析稳压电路稳压电路部分由R7,R8,RV,R6,D2,Q3和Q2组成°R7,R8和RV组成取样电路， 稳压二极管D2提供基准电压，Q3为比较放大管，Q2为调整管。其主要原理是通 过取样电路和基准电压的差值来改变复合调整管的压降，从而达到稳定输出电压 的功能。q2和。4组成复合调整管，使放大倍数大大增大，同时使动态性能更稳定。Q3作为比较放大器，D2为稳压二极管，提供基准电压，R7,RV,R8 一起组成取样 电路。调整部分主要是计算调整管Q1和Q2的集电极一发射极反向击穿电压 （BVT1） CEO，最大允许集电极电流（IT1） CM，最大允许集电极耗散功率（PT1） CM。在最不利的情况下，电压上升10%，同时负载断路，整流滤波后的出电压 全部加到调整管T1上，这时调整管T1的集电极一发射极反向击穿电压(BVT1) CEO 为：(BVT1)CEO=(U2) OMAX*1.1*1.2 = 23V考虑到留有一定余量，可取(BVT1) CEO为30V。当负载电流最大时最大允许集电极电流(IT1) CM为：(IT1) CM=IO=700mA考虑到放大取样电路需要消耗少量电流，同时留有一定余量，可取(IT1) CM 为 1A。这样大允许集电极耗散功率(PT1) CM为：(PT1) CM= (BVT1) CEOUOMIN-U5)X(IT1) CM(PT1) CM=(23V-3.5V1V)X1A=19W考虑到留有一定余量，可取(PT1) CM为25W。选择调整管T1时需要注意其放大倍数BN40。调整管T2各项参数的计算：(BVT2) CEO=(BVT1) CEO = 23V同样考虑到留有一定余量，取(BVT2) CEO为30V。(IT2) CM=(IT1) CM：BT1(IT2) CM=1A：40 = 25mA(PT2) CM= (BVT2) CEOUOMIN-U5)X(IT2) CM(PT2) CM=(23V 3.5V-1V)X25mA=0.475W考虑到留有一定余量，可取(PT2) CM为1W。选择调整管T2时需要注意其放大倍数BN80。则此时T2所需要的基极驱动电流为：(IT2) MAX=(IT2) CM：BT1 = 25mA：80 = 0.3125m基准电源部分主要计算发光二极管D2和限流电阻R6的参数。D2的正向压降应该小于最小输出电压UOMIN，但是也不能过小，否则会影响 稳定度。这里选择电压为2.2V。为保证稳定度，稳压管的工作电流ID2应该尽 量选择大一些。而其工作电流ID2=(IT3) CE+IR6，由于(IT3) CE在工作中 是变化值，为保证稳定度取IR2>>(IT3) CE，UID2RIR6。取 IR6MIN=3mA，则 R6 为：R6=(UOMINUD2)：IR6MINR6=(3.5V 2.2V)：3mA = 430Q当输出电压UO最高时，IR2MAX为：IR6MAX= (UOMAX-VZ) -FR6IR6MAX= (12V-2.2) -F43030mA可见选择的二极管能够安全工作。取样部分主要计算取样电阻R7、R7、RV1的阻值。由于取样电路同时接入T3的基极，为避免Q3基极电流IT3B对取样电路分 压比产生影响，需要让IT3B<<IR3。另外为了保证稳压电源空载时调整管能够工 作在放大区，需要让IR3大于调整管T1的最小工作电流(IT1) CEMIN。选择发光二极管正向压降2.2V。取定R7,R8,RV路的最小电流3.5mA,R7+R8+RV=3.5v/0.0035=1000 欧当 RV 在最上端时，(RV+R8/1000)*3.5=V(D)+0.7当 RV 在最下端时，(R8/1000) *12= 5=V(D)+0.7计算后，取定：R7=100欧 R8=300欧 RV=800欧过流保护电路三极管取9014可以满足要求。过压保护电路过压保护电路由R1,R2,R3,R4,Q1和可控硅组成。R1和R2分输出电压，当 输入电压超过250V后，滤波后的电压为17V开始保护。选D1 为1N4733A 稳定电压5.1V，最大流过电流49mA，可控硅选S6035J (IT(Q=35A m=600V 40mA) 再取定 R2=510 。则 R2 上分得的电 压>5哗开始保护。啊 由R2,R1分压比可求得R1=1194R3的确定：