1、延續可調直流穩壓電源延續可調直流穩壓電源第六組：唐江平 黃斌 鄧小準 毛麗君 楊敏 鄧曉娟一設計義務一設計義務v1設計制造一個學生實驗用的“延續可調直流穩壓電源v2主要技術目的與要求：v1輸入電壓在220V10%時，輸出電壓從512V可調(且盡量向低端擴展)，輸出電流大于0.5A；v2輸出紋波電壓小于5mV，穩壓系數小于510-2，輸出內阻小于0.2歐；v3主要調整元件由晶體管構成；v3發揚部分：v1具有過流維護、過壓維護功能：輸出電流超越0.7A時電路自動過流維護，輸入交流電壓超越250V時電路自動過壓維護；v2噪聲盡能夠低(注：由電路類型分析確定)。二整體思緒二整體思緒v1電網供電電壓交流

2、220V(有效值)50Hz，要獲得低壓直流輸出，首先必需采用電源變壓器將電網電壓降低獲得所需求交流電壓。v2降壓后的交流電壓，經過整流電路變成單向直流電，但其幅度變化大即脈動大。v3脈動大的直流電壓須經過濾波電路變成平滑，脈動小的直流電，即將交流成份濾掉，保管其直流成份。v4濾波后的直流電壓，再經過穩壓電路穩壓，便可得到根本不受外界影響的穩定直流電壓輸出，供應電壓表。交流交流電壓電壓脈動脈動直流電壓直流電壓整流整流濾波濾波有波紋的有波紋的直流電壓直流電壓穩壓穩壓直流直流電壓電壓三模塊構成三模塊構成變壓整流濾波穩壓 過流、過壓維護輸出四模塊分析四模塊分析1.單相半波整流電路單相半波整流電路二極管

3、導通，忽略二二極管導通，忽略二極管正向壓降，極管正向壓降， uo=u2u1u2aTbDRLuo二極管截止二極管截止, uo=0+io+u2 0 時時:u20 時時D1,D4導通導通D2,D3截止截止電流通路電流通路:a D1RLD4bu20 時時D2,D3導通導通D1,D4截止截止電流通路電流通路:b D2RLD4a單相橋式整流電路輸出波形及二極管上電壓波形單相橋式整流電路輸出波形及二極管上電壓波形u2D3D2D1D4RLuoab整流輸出電壓平均值：整流輸出電壓平均值： Uo=0.9U2負載電流平均值負載電流平均值:Io= Uo /RL =0.9 U2 / RL 二極管平均電流：二極管平均電流

4、：ID=Io/2二極管最大反向電壓：二極管最大反向電壓：DRM22UU=u2twtwuD2,uD3uD1,uD4twuov在單相半波整流、單相全波整流、單相橋式在單相半波整流、單相全波整流、單相橋式整流中，最終選定為單項橋式整流。主要是整流中，最終選定為單項橋式整流。主要是由于其輸出電壓高、紋波電壓較小、管子鎖由于其輸出電壓高、紋波電壓較小、管子鎖接受的最大反向電壓較低，同時因電源變壓接受的最大反向電壓較低，同時因電源變壓器在正、負半周內都有電流供應負載，電源器在正、負半周內都有電流供應負載，電源變壓器得到了充分的利用，效率較高。另外變壓器得到了充分的利用，效率較高。另外其由四只二極管組成，其

5、構成原那么就是保其由四只二極管組成，其構成原那么就是保證在變壓器副邊電壓證在變壓器副邊電壓u u的整個周期內，負載上的整個周期內，負載上的電壓和電流一直不變。的電壓和電流一直不變。濾波電路濾波電路經過整流后的直流電幅值變化很大，會影響電經過整流后的直流電幅值變化很大，會影響電路的任務性能。可利用電容的路的任務性能。可利用電容的“通交流，隔通交流，隔直流的特性，在電路中并入兩個電容作為直流的特性，在電路中并入兩個電容作為電容濾波器，濾去其中的交流成分。電容濾電容濾波器，濾去其中的交流成分。電容濾波電路是最常見也是最簡單的濾波電路，在波電路是最常見也是最簡單的濾波電路，在整流電路的輸出端整流電路的

6、輸出端(即負載電阻兩端即負載電阻兩端)并聯一并聯一個電容即構成電容濾波電路。濾波電容容量個電容即構成電容濾波電路。濾波電容容量較大，因此普通均采用電解電容，在接線時較大，因此普通均采用電解電容，在接線時要留意電解電容的正負極。電容濾波電路利要留意電解電容的正負極。電容濾波電路利用電容的充、放電作用，使輸出電壓趨于平用電容的充、放電作用，使輸出電壓趨于平滑。假設將兩個濾波電容相銜接，且銜接點滑。假設將兩個濾波電容相銜接，且銜接點接地，就可同時得到輸出電壓平滑的正負電接地，就可同時得到輸出電壓平滑的正負電源。在理想情況下，變壓器副邊無損耗，二源。在理想情況下，變壓器副邊無損耗，二極管導通電壓為零，

7、所以電容兩端電壓相等極管導通電壓為零，所以電容兩端電壓相等。而當其上升到峰值后開場下降，電容便經。而當其上升到峰值后開場下降，電容便經過負載電阻放電，其電壓也開場下降，趨勢過負載電阻放電，其電壓也開場下降，趨勢與電容兩端電壓根本一樣。與電容兩端電壓根本一樣。 RC 型濾波器型濾波器改善濾波特性的方法：采取多級濾波改善濾波特性的方法：采取多級濾波uoRu2u1C1C2uo1 RLRC 型濾波器型濾波器將將RC 型濾波器中的電阻換為電型濾波器中的電阻換為電感，變為感，變為LC 型濾波器型濾波器 穩壓電路穩壓電路并聯穩壓電源的優缺陷并聯穩壓電源的優缺陷并聯穩壓電源的優點：并聯穩壓電源的優點： 有過載

8、自維護性能，輸出斷路時調整管不會損壞有過載自維護性能，輸出斷路時調整管不會損壞。 在負載變化小時，穩壓性能比較好。在負載變化小時，穩壓性能比較好。 對瞬時變化的順應性較好。對瞬時變化的順應性較好。 并聯穩壓電路的缺陷：并聯穩壓電路的缺陷： 效率較低，特別是輕負載時，電能幾乎全部耗費效率較低，特別是輕負載時，電能幾乎全部耗費在限流電阻和調整管上。在限流電阻和調整管上。 輸出電壓調理范圍很小。輸出電壓調理范圍很小。 穩定度不易做得很高。穩定度不易做得很高。 其實并聯穩壓電源的這些優點對于串聯穩壓電源其實并聯穩壓電源的這些優點對于串聯穩壓電源而言，都可以經過采用一些特殊的電路實現。但是而言，都可以經

9、過采用一些特殊的電路實現。但是并聯穩壓電源的這些固有的缺陷卻很難改良，所以并聯穩壓電源的這些固有的缺陷卻很難改良，所以如今普遍運用的都是串聯穩壓電源。如今普遍運用的都是串聯穩壓電源。 串聯負反響穩壓電源：由于簡易串聯穩壓電源輸串聯負反響穩壓電源：由于簡易串聯穩壓電源輸出電壓受穩壓管穩壓值得限制無法調理，當需求出電壓受穩壓管穩壓值得限制無法調理，當需求改動輸出電壓時必需改換穩壓管，呵斥電路的靈改動輸出電壓時必需改換穩壓管，呵斥電路的靈敏性較差；同時由輸出電壓直接控制調整管的任敏性較差；同時由輸出電壓直接控制調整管的任務，呵斥電路的穩壓效果也不夠理想。所以必需務，呵斥電路的穩壓效果也不夠理想。所以

10、必需對簡易穩壓電源進展改良，添加一級放大電路，對簡易穩壓電源進展改良，添加一級放大電路，專門擔任將輸出電壓的變化量放大后控制調整管專門擔任將輸出電壓的變化量放大后控制調整管的任務。由于整個控制過程是一個負反響過程，的任務。由于整個控制過程是一個負反響過程，所以這樣的穩壓電源叫串聯負反響穩壓電源。所以這樣的穩壓電源叫串聯負反響穩壓電源。五電路初選五電路初選六參數計算六參數計算v變壓器部分：令變壓器次級電壓為變壓器部分：令變壓器次級電壓為U1,整流濾波后電壓為整流濾波后電壓為U2，U2=1.2U1。整流濾波電壓動搖大約。整流濾波電壓動搖大約u=2v，使調整管任，使調整管任務在放大區最小電壓務在放大

11、區最小電壓UTce=3v，最大輸出電壓，最大輸出電壓Umax=12v。那么：那么：U1=(u+ UTce+Umax)/1.2=14V電網電壓下降電網電壓下降-10%時，為保證后面電路正常任務的額定電時，為保證后面電路正常任務的額定電壓壓U1o=U1/0.9=15.5V電網電壓上升電網電壓上升+10%時，變壓器功率最大，設此時最大輸出時，變壓器功率最大，設此時最大輸出電流是電流是Iom=0.5A，此時變壓器次級電壓，此時變壓器次級電壓U1=U1o*1.1=17v，最大功率，最大功率P=1.2U1*Iom=20.4*0.5=10.2w所以選擇輸出為所以選擇輸出為U=18v，額定功率為，額定功率為2

12、5w的變壓器的變壓器整流部分整流部分: 主要計算整流管最大電流主要計算整流管最大電流Idmax和耐壓值和耐壓值VdcmIdmax=0.5Iom=0.25AVdcm=2*U*1.1=27.7V查手冊選定額定電流為查手冊選定額定電流為1A，反向峰值電壓，反向峰值電壓50v的的IN4001v濾波部分：主要計算濾波電容濾波部分：主要計算濾波電容C1和耐壓值和耐壓值Vc1C=(Io*t)/ Ui 知知Uo=5mv，Sv=50V對于對于T2:BVt2ceo= BTt1ceo=27.72V 取取BT1=40倍倍IT2cm= It1cm/B=0.5/40=12.5mA Pt2cm=27.72*0.0125=0

13、.3465w所以所以T2選選9014，此管參數，此管參數Pcm=0.45w，Icm=100mA，BVceo=45V取取B=80倍倍T2所需的基極驅動電流所需的基極驅動電流IT2= IT2cm/80=0.156mAv穩壓部分：穩壓管選穩壓部分：穩壓管選3V的的2CW51,此管最大任務電流此管最大任務電流71mA，最大功耗，最大功耗250mW，任務電流，任務電流Id=It3+Ir2由于由于IT3任務中變化，為保證穩定性任務中變化，為保證穩定性Ir2IT3,取取Id=10mAR2=1.2U-Ud/Id=21.6-3/10=1.86K當輸出電壓當輸出電壓Uo最高時，最高時，Id=1.2U*1.1-Ud

14、/R2=13mA所以電壓的變化對電路影響不大所以電壓的變化對電路影響不大 放大部分放大部分:主要計算主要計算IR1=(IT3)c+(IT2)b由于由于T3任務在放任務在放大區，大區，(IT3)c不能太大，而不能太大，而IT2b很小很小所以取所以取IR1=2mAR1=(1.2U-Uomin-1.4-0.5*R6)/2mA=5.6KT3選選9014v取樣部分取樣部分:為防止為防止T3基極電流對取樣分壓比產生影基極電流對取樣分壓比產生影響，響，那么那么IT3bIR3,又保證穩壓電源空載時能任務在放又保證穩壓電源空載時能任務在放大區，大區，IT1最小任務電流為最小任務電流為1mA，取，取IR3=2mA

15、R3+R4+R5=Uomin/IR3=2K當輸出當輸出Uo=4V時：時：Ud+(UT3)be=(R4+R5)/(R3+R4+R5)*Vo當當Uo=12V時：時： Ud+(UT3)be=R5/(R3+R4+R5)*Vo 解得解得R3=150,R4=1.25k,R5=0.6K 類型 序號 型號 數量穩壓二極管 D1 D2,D3 2CW51 IN4736 1 2整流二極管D4D7 IN4001 4 三極管 T1 T2,T3 3DD155A 9014 1 2 電容 C1 C2 C3 3000uF 0.01uF 470uF 1 1 1七仿真圖像七仿真圖像維護電路維護電路過流維護：當電流到達過流維護：當電

16、流到達0.7A時，時，經過電阻經過電阻R6的電壓到達穩壓的電壓到達穩壓管和管和LED的壓降，使其導通產生分的壓降，使其導通產生分流作用，此時流作用，此時LED亮，從而到達維護亮，從而到達維護放大管放大管T1,T2的作用。的作用。過壓維護：當電壓過高時，過壓維護：當電壓過高時，經過電阻經過電阻R7,R8分壓使穩壓管分壓使穩壓管和和T4分路導通，分路導通，從而實現分壓從而實現分壓當可調電阻調到最大值時，電壓最小：當可調電阻調到最大值時，電壓最小：當可調電阻調到最小值時，電壓最大：當可調電阻調到最小值時，電壓最大：關于輸出向低端開展的思索：環境溫度變化時穩壓管的擊穿特關于輸出向低端開展的思索：環境溫

17、度變化時穩壓管的擊穿特性還會產生漂移。性還會產生漂移。6V以下的穩壓管具有負溫度系數、溫升度高以下的穩壓管具有負溫度系數、溫升度高時穩壓值減小。擊穿電壓越低那么負溫度系數越大，時穩壓值減小。擊穿電壓越低那么負溫度系數越大，6V以上為正溫度系數、溫度升高時穩壓值增大，擊穿電壓越高以上為正溫度系數、溫度升高時穩壓值增大，擊穿電壓越高的溫度系數越大，例如的溫度系數越大，例如30V穩壓管的溫度系數約為穩壓管的溫度系數約為33mV/；而而6V左右穩壓管的溫度系數最小、且在正負之間變化。因此在左右穩壓管的溫度系數最小、且在正負之間變化。因此在允許情況下應盡能夠選用擊穿特性較硬、溫度系數最小的允許情況下應盡能夠選用擊穿特性較硬、溫度系數最小的6V穩穩壓管。這類穩壓管的另一個缺陷是同一型號管子其擊穿電壓的壓管。這類穩壓管的另一個缺