直流稳压电源与充电电源.pdf

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1、直流稳压电源与充电电源Revised on November 25,2020直流稳压电源与充电电源直流稳压电源与充电电源一直流稳压电源与充电电源的任务直流稳压电源与充电电源的任务：设计一直流稳压电源与充电电电源电路，输出电压3V、6V、两档，且正负极性可以转换。整机直流稳压电源与充电电源电路整体电路框图，如下整流滤波整流滤波稳稳 压压充电电路充电电路充电电路充电电路1整流滤波电路采用桥式整流电容滤波电路。2稳压电路采用带有限流型保护电路的晶体管串联稳压电路。3充电电路采用两个晶体管恒流源电路。二主要技术指标：二主要技术指标：1.输出电压：3V、6V 两档，且正负极性可以转换。2.输出电流：额定

2、电流为 150mA，最大电流 500 mA。3.额定电流输出时，Uo/Uo 小于10%。4.“慢充”或“快充”：能对 4 节 5 号或 7 号可充电电池“慢充”或“快充”。慢充的充电电流为 50mA60mA，快充的充电电流为 110mA130mA。三、直流稳压电源与充电电源的设计方案：三、直流稳压电源与充电电源的设计方案：整体电路的设计应由后级往前级进行。即先设计稳压电路，再设计充电电路，最后设计整流电路。1.稳压电路设计稳压电路采用带有限流保护电路的晶体管串联稳压电路。,保护电路保护电路管比较放大比较放大 Uo(ui)uo电压调整电压调整基准电路基准电路取样电路取样电路电路基本设计方案如下：

3、电路基本设计方案如下：器器1.由于稳压输出电流 Io100mA,因此调整管采用复合管。2.提供基准电压稳压管可以用发光二极管LED 代替，兼做电源指示灯用。3.由于 UO为 3v、6v 两档固定值，且不要求调整，因此可将取样电阻分为两个，用 1*2 波段开关进行转换。4.输出端用 2*2 波段开关来转换 UO极性。5.过载保护电路采用限流保护电路，且二极管用发光二极管LED代替，兼做过流指示灯使用。稳压电源原理如下图稳压电路的组成稳压电路的组成稳压二极管的缺点是工作电流较小，稳定电压值不能连续调节。线性串联型稳压电源的工作电流较大，输出电压一般可连续调节，稳压性能优越。利用晶体管放大作用，将稳

4、压管稳定电路的输出电流放大后，再作为辅在电流。电路采用设计输出方式，因而引入了电压负反馈可以稳定输出电压。串联型稳压电源电路的组成串联型稳压电源电路的组成用三极管输出电压可调的特点所组成的稳压电源，因三极管与负载相串联，所以，又称为串联型稳压电源。串联型稳压电源可实现输出电压可调的目的。稳压电源中的稳压电路由四个单元组成。稳压电源中的稳压电路由四个单元组成。（1）基准单元：限流电阻 R2 和稳压管 D1 组成稳压电路的基准单元，该单元的作用是为稳压电路提供自动调整所需的基准电压UZ。（2）取样单元：电阻 R3、R4 和电位器 RP 组成稳压电路的取样单元，因该单元与负载电阻 RL 相并联，所以

5、该电路两端电压的变化情况直接反映了输出电压的变化情况。（3）放大单元：稳压电路中的放大单元由三极管T2、电阻 R1 和稳压管 D1 等器件组成，该电路可将取样电路所采到的电压UB2 与基准电压 UZ 进行比较，并产生与输出电压变化情况成正比的控制信号，控制信号经放大后产生控制电压，控制调整管T1 的输出电压，以保证稳压电源输出电压的稳定。（4）调整单元：稳压电路中的调整单元由三极管T1 和外接的负载电阻 RL 等器件组成，调整管 T1 与负载电阻 RL 等组成射极输出器。射极输出器是串联电压负反馈电路，因电压反馈可以稳定输出电压，所以，稳压电源的输出电压将很稳定。因稳压电源的输出电流等于调整管

6、的集电极电流，当输出电流太大时，可采用复合管作为调整管，以提高电路的输出电流.由于在稳压电路中，调整管与负载串联，因此流过它的电流与负载电流一样大。当输出电流过大或发生短路时，调整管会因电流过大或电压过高而损坏，所以需要对调整管加以保护。电路中，R2、LED1 组成减流型保护电路。此电路设计在 I0P时开始起保护作用，此时输出电流减小，输出电压降低。故障排除后电路应能自动恢复正常工作。在调试时，若保护提前作用，应减少R2值；若保护作用迟后，则应增大 R2 之值。2.原件参数计算方法：1.确定输入电压 Ui(整流滤波电路输出电压 UO)。当忽略检测电阻 R2 上的电压时，有Ui=Uo=UOmax

7、+UCE1=6+UCE1式中，调整管压降 UCE1一般在 3V-8V 间选取，以保证 T1 能工作再放大区，当市电电网电压波动不大时，UCE1可选小一些，此时调整管和电源变压器的功耗也可以小一些。2.确定晶体管。估算出晶体管的 Icmax、Ucemax和 Pcmax值，再根据晶体管的极限参数Icm、BUceo、Pcm来选择晶体管。ICmaxIO=150MaUcemax=Ui-Uomin=Ui-3Pcmax=IcmaxUcemax查晶体管手册，只要 ICM、BUCEO、PCM大于上述计算值的晶体管都可以作为调整管 T1 所用。3.确定基准电压电路的基准电压。因为 Uo=(Uz+UBE3)，所以

8、UZ=nUO-UBE3则 UZnUO1n式中，n 为取样电路的取样比，且 n=1,一般为之间，所以 UZ 应小于 Uomin(3V)LED 的工作电压约为且其正向特性曲线较陡，因此特可以代替稳压管提供基准电压。4.计算基准电压电路的限流电阻 R3。限流电路ID=IR3+IE3=Uo Uz+IE3R3IR3IE3式中，UZ为 LED的工作电 压，其值可取 2V；ID为 LED 的工作电流，在 2mA-10mA 之间取值；IE3为 T3 的工作电流，可在间取值。当 IE3的值选定后，为保证限流电路IDLED 能完全可靠的工作，R3 的取值应满足条件：2mAID10Ma.当 U0=U0min=3V

9、时，ID 最小，即ID=UominUz3Uz+IE3=+IE32mAR3R33Uz2 IE3得 R3当 UO=Uomax=6V时，ID最大，即ID=UomaxUz6Uz+IE3=+IE310mAR3R3得 R36UZ10 IE36UZ3UZR310 IE32 IE3因此有在取值范围内，R3应尽量取大一些，这样有利于 UZ的稳定。另外，计算出电阻值还应取标称值。5.计算基准电压电路的功率。可依据以下公式计算出相关功率的值。(UomaxUz)2(6UZ)2PR3=R3R3需要注意的是，计算出的电功率也应取标称值。6)计算取样电路。首先，选取取样电流I1（流过取样电阻的电流）。若I1去的过大，则取样

10、电路的功耗也大；若I去取得过小，则取样n会因T2的基极电流的变化而不稳定，同时也会造成Uo不稳定。在实际应用中，一般取I1=（）I0，然后计算取样电阻。当 Uo=3V 时，取样电电路如 2-5图。有I1（R6+R6）=3（V）+UZ-IO+UOI1T3R3UBE3LED2得取样电路总电阻 R=R4+R6=3/IUZUBE33VR(UZUBE3)R6=R6R3R4=R-R6此时，就算出的电阻值应取标称值，然后利用公式UOR(UZUBE3)计算UO，并观察Uo是否接近指标。如U0与实际指标R6相差太远，则应重新取值计算。最后，还应对说取电阻进行功率计算，并取标称值。7)计算比较放大器的集电极阻比较

11、放大器如2-6图所示，R1的取值取决于稳压电源的UO和IO，由此可知IR1=UIUB2IB2+IC3R1IOIR1IC3IB2UR2=UO+UBE1+UBE2UO+图 2-6 比较放大器若R1得太大，则IR1的值太小，Ib2也小，因此提供不出额定电流IO；如R1值太小，则比较放大器增益减小，会造成稳压性能不好。当U0=UOmax=6V时，R1的值应满足条件Ui7.4U 7.4 IB2 IC3或 R1iR1IB2 IC3式中，IB2由IB2IO确定。(IO=150mA)12其中，1的取值范围在20-50之间（大功率管取20，中功率管区50）；2的取值范围在50-100之间。IC3可用前面计算的R

12、3时已选定的值IE3.Ui(UOmin1.4)2R1的功率估算为 R1=R1需要注意的是，阻值和功率也应取标称值。8.计算限流保护电路。2UBEIomax限流保护电路如2-7图所示，检测电阻R2的计算方法如下：因为 UD=2UBE+IomaxR2U 2UBE21.4所以 R2DIOmaxIOmax图 2-7 限流保护电路UD式中，UD取 2V，UBE 取,最大输出电流 Iomax 取 500mA。电阻功耗的估算为 PR2=I2OmaxR2需要注意的是，阻值和功率也应取标称值。2.充电电路部分设计充电电路一般采用晶体管恒流源电路。慢充电路如 2-8图所示，LED给晶体管发射极提供2V的直流稳定电

13、压，再利用 R7 的电流负反馈作用使集电极电流 IO1保持恒定。LED给晶体管发射极提供2V的直流稳定电压，再利用 R7的电流负反馈作用使集电极电流IO1保持恒定。（1）充电电流由下式决定元件的计算参数如下：IO1=IC4IRC=晶体管 Icmax=IO1,Ucemax=Uo-3Pomax=IcmaxUcemax所选用的晶体管的参数 ICM、UCEO、PCM应大于上述计算值。二极管 VD：可采用普通二极管，正向额定电流应大于 IO1，电阻：R7UDUBEUUD PR7=IO12R7R8O PRb=Irb2RbIO1ID IBUDUBER7图 2-8 慢充电路原理图UOIReIBIDIO1式中，

14、ID为 LED的工作电流，在 5mA10mA 间取值；IB为晶体管基极电流，IB=2.快充电路快充电路如下图所示，由于快充时充电电流IO2较大，因此晶体管管耗也较大。为降低管耗，可在集电极回路上增加一个降压电阻 R11，此时 Uce减小，管耗也随之减小。式中，R9、R10 的计算与慢充电路相同。VC5=VD=IO2R11+3 VE5=UO-IRcRUce=Vc5-Ve5=-UO+3+UD+IO2(R9+R11)快充电路原理图由于快充时充电电流 IO2较大，因此晶体管管耗也变大。为降低管耗，可在集电极回路上增加一个降压电阻R11，此时 Uce减小，管耗也随之减小。式中，R9、R10的计算与慢充电

15、路相同。降压电阻 R11的计算方法是：首先，根据选用晶体管的PCM和充电电流 IO2确定 Uce，即 Ucc最高反向工作电压：URM2U24).确定滤波电容容量：C1（35）T2RL整流输出电路IOUOI4I3I2IO=150mUO=6VI1式中，T=20mA（输入交流电流的周期），（整流滤波电路的负载）。耐压：和 C1 的容量耐压均应取标称值。4.整机电路直流稳压电源与充电电源主体电路四.课程设计的仿真课程设计的第一天老师给我们详细的讲解了每个课题的知识，并做了EWB仿真演示，下午我们就开始了选课题并自己开始仿真，通过模拟的仿真来为第二天的实际电路焊接做准备。通过仿真我们可以模拟真实的电路，

16、对原件参数进行修正，从而达到设计指标。附录有EWB仿真图五.安装与调试第二天我们就开始了真实电路的焊接，上午我们领了焊接所需的各种器件，通过老师的讲解我们学会了检查各种器件的方法，及判断二极管和三极管极性的方法。下午我们就开始了焊接，经过两天的焊接我们终于完成了电路板的焊接，最关键的就是调试，决定了整个最后成功的关键，调试前老师的一番话把我们大家都吓住了，如果电路板焊接有问题，只要一通电就会烧掉，很幸运我们的板子都没问题只是没有达到技术指标，通过我们慢慢的调试最终都达到了技术指标。实验测得各项技术指标如下：输出电压：稳压3V当为误差为4%稳压6V当为误差为%慢充电流为快充电流为六.课程设计中遇

17、到的问题及解决方法在整个课程设计的过程中我们遇到的问题不断，首先就是EWB仿真，本来很简单的仿真到我们这就问题不断，让我们搞到半夜才搞出来。问题的原因就是仿真中原件的选择，原件选择不恰当，就不会出现结果，而且如果连线不注意也会出现错误。最后就是调试阶段出现的结果老是达不到技术指标，最后终于终于找到了问题的原因原来是焊接时电路图错误导致焊接错误，我们按照正确的电路图连线，就达到了技术指标。最根本的还是对电路工作原理不理解。这就要求我们把课本知识学扎实，打好基础。七.心得体会一周的课程设计很快就结束了，仿佛昨天还在焊接电路板，当焊接结束通电调试时，指示灯亮的一瞬间，那种兴奋与激动难于用语言来形容。

18、现在回想起一周的实习仍历历在目。通过一周的实习我对稳压电路有了更清晰的认识，对二极管和三极管有了更深刻的认识。整个课程设计做下来，我们建立起来了怎样解决问题的思路，首先设计电路，然后模拟仿真，最后焊接电路板和调试使之满足设计指标。这次课程设计既是为毕业设计做准备，同时也是为电子竞技大赛打基础。一次课程设计不但巩固了知识而且同时系统的锻炼了自己各方面的能力。通过一次课程设计让我们知道了自己在学习中存在的问题和今后努力的方向，最后要感谢老师细心的讲解和指导。附录：参考文献电子技术基础（模拟部分）康光华高等教育出版社模拟电子技术基础童诗白华成英高等教育出版社模拟电子技术课程设计 电气工程系中原工学院电工电子教研室电子线路课程设计华永平东南大学出版社电子技术基础实验与课程设计高吉祥电子工业出版社电工电子技术实习于课程设计华荣茂电子工业出版社