串联稳压源的设计兰州职业技术学院电子产品生产工艺课程设计报告串联型稳压电源的设计电子与信息工程系应用电子2013尹如云任钊20132491 20130939指导教师单位指导教师姓名电子与信息工程系马玲2014年7月1、电路指标①直流输出电压U o:6V〜15V ;②最大输出电流Io : 500mA ;③电网电压变化±10%时,输出电压变化小于±1 %;2、电路初选图1 :直流稳压电源电路设计初选电路图由于桥式整流、电容滤波电路十分成熟,这里我们选择桥式整流、电容滤波电路作为电源的整流、滤波部分。
由于要求电源输出电压有一定的调整范围, 稳压电源部分选择串联负反馈3、变压部分这一部分主要计算变压器B1次级输出电压(U B1 )0和变压器的功率P BI。
般整流滤波电路有2V以上的电压波动(设为AU)。
调整管T1的管压降(U T1)CE应维持在3V以上,才能保证调整管T1工作在放大区。
整流输出电压最大值为15V。
根据第二章《常用整流滤波电路计算表》可知,桥式整流输出电压是变压器次级电压的 1.2 倍。
当电网电压下降一10%时,变压器次级输出的电压应能保证后续电路正常工作, 那么变压器B1次级输出电压(U B1 )OMIN应该是:(U B1)OMIN =( AU D +( U T1)CE+(U O) MAX ) +1.2(U B1)OMIN =( 2V + 3V + 15V) +.2= 20V+1.2= 16.67V则变压器B1次级额定电压为:(U B1)0=( U B1 ) OMIN +0.9(U B1)O= 16.67V +.9 = 18.5V当电网电压上升+ 10%时,变压器B1的输出功率最大。
这时稳压电源输出的最大电流 (I O ) MAX 为500mA 。
此时变压器次级电压( U B 1 ) OMAX 为:(U BI ) OMAX =( U BI ) o X1.1UB1) oMAX =18.5V >1.1=20.35V变压器 B1 的设计功率为:P B1 =( U B1 ) oMAX >( I o ) MAX P B1= 20.35V >500mA = 10.2VA率为12VA 实际购买零件时如果没有输出电压为18.5V 的变压器可以选用输出电压为18V或以上的变压器。
当选用较高输出电压的变压器时,后面各部分电路的参数需要重新计算, 以免由于电压过高造成元件损坏。
4、整流部分这一部分主要计算整流管的最大电流(I D 1)MAX 和耐压(V D1)RM 。
由于四个整流管 D1D4参数相同,所以只需要计算D1的参数。
ID1 ) MAX =0.5 >I oID1) MAX =0.5 >500mA = 0.25A整流管D1的耐压(V DI ) RM 即当市电上升10%时D1两端的最大反向峰值电压为: (V D 1)RM ~ 1.414 >U B 1 ) OMAX = 1.414 >1 X( U B 1 ) o ~ 1.555 >U B 1 ) o (V D 1)RM 〜1.555 > 18.5V 〜29V得到这些参数后可以查阅有关整流二极管参数表,这里我们选择额定电流 值电压50V 的IN4001作为整流二极管。
5、滤波部分这里主要计算滤波电容的电容量 C1和其耐压V c1值。
根据根据第二章滤波电容选择条件公式可知滤波电容的电容量为( 般系数取5,由于市电频率是 50Hz ,所以T 为0.02S , R 为负载电阻。
当最不利的情况下,即输出电压为 15V ,负载电流为500mA 时:C1 = 5 >0.5 ( U o ^o )C1 = 5 >0.5 >.02S (15Vn.5A )〜1666 ^F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 18.5V ,额定功 根据第二章《常用整流滤波电路计算表》可知,整流管D1 的最大整流电流为:考虑到取样和放大部分的电流,可选取最大电流(ID1)MAX 为0.3A 。
1A ,反向峰3- 5) >0.5 >T^R,当市电上升 10%时整流电路输出的电压值最大,此时滤波电容承受的最大电压为:V CI =( U BI ) OMAX = 20.35V实际上普通电容都是标准电容值, 只能选取相近的容量, 这里可以选择 电解电容。
耐压可选择25V 以上,一般为留有余量并保证长期使用中的安全,当负载电流最大时最大允许集电极电流( I T1)CM 为:IT1 ) cM =I O = 500mA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(3DD155A 作为调整管T1。
该管参数为:P CM = 20W , I CM =1A , BV CEO > 50V 完全可以满足要求。
如果实在无法找到3DD155A 也可以考虑用 3DD15A 代替,该管参数为:P CM = 50W , I CM = 5A , BV CEO 》 60V 。
调整管 T2 各项参数的计算原则与 T1 类似,下面给出各项参数的计算过程。
BVT2)cEO =(BV T1)cEO =(U B1)OMAX =20.35V同样考虑到留有一定余量,取(BV T2)cEO 为 25V 。
CM =( ITI ) CM * T ICM =600mA + 40 = 15mACM =(( U B1 ) OMAX — U OMIN ) X( I T2) CM cM =( 20.35V —6V) X15mA= 0.21525W 考虑到留有一定余量,可取( P T2) CM 为 250mW 。
查询晶体管参数手册后选择3GD6D 乍为调整管T2。
该管参数为:P cM = 500mW , I CM =20mA , BV CEO > 30V 完全可以满足要求。
还可以采用 9014作为调整管T2,该管参数为:P cM = 450mW , I cM = 100mA , BV CEO > 45V 也可以满足要求。
选择调整管T2时需要注意其放大倍数80的耐压值选大一点,这里选择35V 。
2200卩F 的铝质可将滤波电容6、调整部分调整部分主要是计算调整管 T1和T2的集电极-发射极反向击穿电压(BV T 1 ) CEO ,最大允许集电极电流(I TI ) CM ,最大允许集电极耗散功率(P T1 )CM 。
在最不利的情况下,市电上升 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( BV TI ) CEO 为:BV T1)cEO =( U B1)OMAX = 20.35V考虑到留有一定余量,可取(BV Ti ) CEO 为 25V 。
这样大允许集电极耗散功率(PT1 ) CM 为:(P T 1 ) CM =(( U B 1 ) OMAX—U OMIN ) X ( I T 1) CM PT1)cM =( 20.35V-6V ) X600mA = 8.61W 考虑到留有一定余量,可取( P TI ) CM 为 10W 。
IT1) CM 为600mA 。
查询晶体管参数手册后选择选择调整管TI 时需要注意其放大倍数B 》40。
P T2) PT2)则此时T2 所需要的基极驱动电流为:(I T2)MAX =( I T2) CM + T1 = 15mA+80= 0.1875mA7、基准电源部分基准电源部分主要计算稳压管D5和限流电阻R2的参数。
稳压管D5 的稳压值应该小于最小输出电压U OMIN ,但是也不能过小,否则会影响稳定度。
这里选择稳压值为3V的2CW51,该型稳压管的最大工作电流为71mA,最大功耗为250mW。
为保证稳定度,稳压管的工作电流I D5应该尽量选择大一些。
而其工作电流I D5 = (I T3 ) CE+|R2 ,由于(|T3)CE在工作中是变化值,为保证稳定度取I R2 >> ( |T3)CE ,则|D5~I。
这里初步确定I R2MIN = 8mA,贝U R2为:R2 =( U OMIN —U D5) ^R2MINR2 =( 6V — 3V ) 弋mA = 375 Q实际选择时可取R2为390 Q当输出电压U O 最高时,I R2MAX 为:I R2MAX = U OMAX 申2I R2MAX = 15V+ 390 〜38.46mA这时的电流I R2MAX 小于稳压管D5 的最大工作电流,可见选择的稳压管能够安全工作。
8、取样部分取样部分主要计算取样电阻R3、R4、R5 的阻值。
由于取样电路同时接入T3 的基极,为避免T3 基极电流I T3B 对取样电路分压比产生影响,需要让I T3B >> I R3。
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I R3 大于调整管T1 的最小工作电流( I T1 )CEMIN 。
由于3DD155A 最小工作电流( I T1)CEMIN 为1mA,因此取I R3MIN = 10mA。
则可得:R3 + R4 + R5 = U OMIN ^R3MINR3 + R4 + R5 = 6V*10mA = 600 Q当输出电压U O= 6V 时:U D5+( U T3) BE =( R4+R5) -(R3+R4+R5) XU OR4+R5)=( U D5+( U T3) BE ) X(R3+R4+R5)-U O R4+R5)=( 3V + 0.7V) X 600Q- 6=V370Q当输出电压U o = 15V 时:U D 5 +( U T 3) BE = R5- ( R3+ R4 + R5) XU o R5=( U D5+( U T3) BE ) X(R3+R4+R5) -U O R5 =( 3V + 0.7V) X 600 Q-这样R4为220Q, R3为230Q 。
但实际选择时可取 R3为220Q 。
9、放大部分R1=(( U B1) O -U O -( U T1) BE -( U T2) BE ) R1= (15V -6V -0.7V -0.7V) -1mA=7.6KQ实际选择时可取 R1 为 7.5 K Q 。
当输出电压最大时,I RI 为:I R1=(( U B1) O -U O -( U T1) BE -( U T2) BE )I RI =( 15V — 6V — 0.7V — 0.7V ) - 7.5 K 1.013mA可见当输出电压最大时I RI 上升幅度仅1%,对T3工作点影响不大,可满足要求。
由于放电电路的电流并不大, 各项电压也都小于调整电路, 可以直接选用 3GD6D 或9014 作为放大管 T3。