线性直流稳压电源设计说明书.doc

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1、目录1.设计要求12.设计原理12.1设计系统的组成部分12.2设计系统主要工作原理23.线性稳压电源参数计算33.1变压器电路参数计算33.2整流电路参数计算33.3滤波电容参数计算43.4稳压电路元件参数计算43.5保护电路的设计54.电路仿真调试54.1设计要求2的仿真调试54.2设计要求3的仿真调试65.线性直流稳压电源DXP绘图75.1线性直流稳压电源原理图75.2线性直流稳压电源PCB图85.3线性直流稳压电源3D图86.元件清单列表97.设计总结98.参考文献10输出电压可调的直流线性稳压电源1.设计要求（1）市电为AC 220V，设计一款输出电压可调的直流线性稳压电源（非开关电

2、源）；（2）电压调整范围：DC912V，额定输出电流不小于1A，电源效率不低于30%；（3）当输出电压为DC 9V 且市电电压在AC 210230 V 范围变化时，电压调整率不 高于5%；（4）只能使用分立元件（电阻、电容、电感和晶体管等）和运算放大器，不能使用 单芯片集成解决方案（比如集成三端稳压器）。2.设计原理2.1设计系统的组成部分线性稳压电源基本结构框图如图1所示，电路主要由电源变压模块，整流模块，滤波模块和稳压模块四部分组成。图1 稳压电源总体框图线性稳压电源系统总电路图如图2所示。图2 稳压电源总电路图电源变压器T1的作用是将220V市电转换为整流滤波电路所需要的电压，其转化的电

3、压比等于变压器两侧的匝数比，所以调节匝数比即可调节的大小。整流电路主要由到四个整流二极管构成整流桥，使其输入的交流电压转化为脉动的直流电压，其中需要注意整流二极管的选择。滤波电路中滤波电容起重要作用，滤波电容通过在一个周期内吸收能量与释放能量，使其电压平均值保持不变，滤除整流后输出脉动直流电压中的谐波。电容滤波后的电压输出值作为稳压电路的输入值。在稳压电路中，与为电压调整管，为电压比较放大器，、和组成采样电阻网络，与构成基准电路，其中基准电压由稳压管提供。该总电路的保护电路以保险丝为基础，当负载短路或重载的情况下 ，输出电流会很大，超出保险丝的额定电流范围，保险丝就会快速熔断，保护电路。2.2

4、设计系统主要工作原理该设计系统主要以稳压电路工作为核心。在串联型稳压电路中，由于的增大或的减小而导致输出电压增大，通过采样电阻采样以后反馈到电压比较放大器的基极中，基极电压增大，发射极电压由稳压管提供，所以集电极电压增大，反馈到的基极，基极电压增大，发射极电压减小，即基极电压减小，的减小，增大，增大，的电压值下降。电压下降分析方法与此想法相反。由此可以看出，串联型稳压电路稳压的过程，实质上时通过电压负反馈使输出电压保持基本恒定的过程。3.线性稳压电源参数计算如图2所示，交流市电220V/50Hz输入到变压器中，变压后电压输入到整流滤波电路中，将交流电压转化为平滑的直流电压，最后经串联型稳压电路

5、，将电压稳定到9V12V之间并且输出电压。3.1变压器电路参数计算变压器主要用于将220V市电转化为整流滤波电路所需要的电压，若要求调整管不进入饱和区，则稳压电路的直流输入电压应为 1）取，考虑到电网电压波动，则变压器二次侧电压的有效值应为 2）取，则一次侧与二次侧的匝数比为 3）3.2整流电路参数计算一般选择稳压二极管时，要注意在实际参数的基础上留有一定的裕量，额定电流应为（1.52）倍的实际电流值，额定电压应为（23）倍的实际反向电压值，则有式子4），5） 4） 5）故到四个稳压二极管应选择1N5401，其反向最大电压为100V，额定电流为3A，完全符合要求。3.3滤波电容参数计算滤波电容

6、可以滤除输出电压所含谐波分量，是输出电压波形更软，更平滑。整流后输出负载电阻可等效为 6）则电容的表达式如式7），允许最大反向电压如式8），其中T为交流电周期时间 7） 8）所以电容可选择3000uF/50V的电解电容。3.4稳压电路元件参数计算电压调整管与采用直接耦合方式，能放大缓慢变化的信号或直流成分的变化，其中应使与都工作在放大区，则，而。 9） 10） 11）所以，可选取型号为BD243的三极管，其最大反向电压45V，额定电流6A，功率65W，完全符合要求，可使调整管与都工作在放大区，并且电压比较放大器也可以选用三极管BD243，BD243是TO220封装，所以在每个三极管上可以安装散

7、热片，防止三极管过热烧掉。基准电路中稳压管参数计算，根据关系式可得 12）所以我们可以选用稳压管1N4735A，其稳定电压6.2V。限流电阻的参数计算，在最大与最小输出电压中，有如式13）关系式 13）则限流电阻可选择为1.4k。采样电阻的选择，假设采样电阻的总阻值选定为2k，经过式子14）与15），可分别计算出采样电阻，电位器与的阻值 14） 15）经上式计算，电位器选取510，。在稳压电路的输出端加上电容，可使输出电压更加平滑，起到滤波作用，。3.5保护电路的设计该系统的保护电路使用快速熔断保险丝实现，保险丝的熔断电流值为5A，当负载短路或重载的情况下 ，输出电流会很大，超出保险丝的额定电

8、流范围，保险丝就会快速熔断，达到保护电路的目的。4.电路仿真调试4.1设计要求2的仿真调试通过调节电位器的电阻值，可使稳压电路输出电压，额定输出电流不低于1A，当的电阻值取两个极端值的时候，其输出电压波形与组织如图3和图4所示，根据两个仿真波形图可知，所以直流稳定输出电压符合要求，额定输出电流也符合要求。当输出电压为DC9V时，电源效率 16）由式16可知，其电源效率大于30%，综合上述，可以确定该系统满足设计要求2。图3 最低输出电压的仿真波形图图4 最高输出电压仿真波形图4.2设计要求3的仿真调试当市电电压在210V230V范围中变化时，其仿真输出电压电流值如图5，图6，图7所示。根据仿真

9、得知，当输出电压为DC9V时，电压调整率 17）其中为市电AC210V和Ac230V两种情况下得输出电压之差。根据式17可以看出，该系统在输出电压为DC9V时，电压调整率远小于5%，可知该系统满足设计要求3。 图5 市电210V时电路输出仿真 图6 市电220V时电路输出仿真图7 市电230V电路输出仿真5.线性直流稳压电源DXP绘图5.1线性直流稳压电源原理图使用Altium Designer绘制线性直流稳压电路原理图，如图8所示图8 线性直流稳压电路原理图5.2线性直流稳压电源PCB图使用Altium Designer绘制线性直流稳压电路PCB，如图9所示，其中需注意，在生成PCB图之前，

10、需在原理图中每一个元器件都导入封装，由于调整管与，电压比较放大器，都是使用TO220封装，能够安装散热片，所以在绘画PCB图时候，需要给，与预留位置，用于安装散热片。由于该系统的输出输入电流大于等于1A，所以要适当加宽输入输出等大电流流经的线路，防止铜箔过细，导致铜箔烧断。图9 线性直流稳压电路PCB图5.3线性直流稳压电源3D图使用Altium Designer绘制PCB图后，在PCB编辑环境下，选择viewswitch to 3D，即可生成3D图。线性直流稳压电路3D图如图10所示图10 线性直流稳压电路3D图6.元件清单列表该电路设计系统元件清单为表1所示表1 元器件清单类别型号数值封装

11、数量电源变压器TS_15 To 1N1:N2=15:1UU10.51排针两针HDR1X22整流二极管1N5401DIODE0.44保险丝5_AMP1AFUSE-5.01电容电解电容3000uFRB3.5/82电阻直插电阻1.4kAXIAL0.41直插电阻500AXIAL0.42直插电阻1kAXIAL0.41直插电阻9AXIAL0.41直插电阻1.35kAXIAL0.41可调直插电阻510可调电阻1稳压二极管1N4735ADIODE0.41三极管SD243BTO-220AB37.设计总结通过这次课程设计，我明白了控制主要是利用三极管工作在放大区的特性，实现串联电压深度负反馈。将三极管分别用作电压

12、比较放大器和调整器，通过采样电阻对输出电压进行采样，将其电压的变化反映到电压比较放大器的输出端，然后利用基准电路中稳压二极管电压不变的特性，再将电压变化反映到调整管中，经过一系列处理之后，调整管输出电压再次抑制输出电压的波动，而达到稳压的作用。由于调整管工作在线性区，所以该电源就是线性稳压电源。线性直流稳压电源的实现有多种方法，本设计使用三极管作为电压比较放大器，还有一种方法也可使用运算放大器，能简化电路。本电源设计依然存在需要改正的地方。第一，从仿真调试的波形来看，当输出电压为DC12V时，其输出电压波形脉动次数多，不够平滑，因此，这需要我们更进一步滤波，才能得到一个较为理想的波形。第二，电

13、源效率低，当输出电压为DC9V时，根据上述式16计算得出的电源效率仅为33%，这说明电路工作过程中消耗很多能量，这与节能减排思想相违背，是不理想的，也是不提倡的，所以在后期应对电路进行改善，提高电源效率。第三，稳压电路过载保护，可以使用限流型保护电路，限流型保护电路简单，若稳压电路正常工作，则保护电路中的三极管就会截止，保护电路不起作用；当负载电流超过某一临界值之后，保护电路三极管导通，分掉一部分调整管中的基极电流，限制调整管电流增长，保护了调整管，所以本设计使用保险丝作为保护电路，是不严谨的，所以电路仍需改造。8.参考文献1杨素行.模拟电子技术基础简明教程（第三版)M.北京:高等教育出版社，2006：390-416.2童时白、华成英.模拟电子技术基础（第四版）M.北京:高等教育出版社，2006，5：535-556.3王兆安、刘进军.电力电子技术（第五版）M.北京:机械工业出版社，2009:63-69.4穆秀春、冯新宇、王宇.Altium Designer原理图与PCB设计M.北京:电子工业出版社，330-340.5邱关源、罗先觉.电路M.北京:高等教育出版社.2006.