串联稳压源的设计

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 X1.1
U
B1) 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 D1
D4参数相同，所以只需要计算
D1的参数。

I
D1 ) MAX =
0.5 >I o
I
D1) 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（
I
D1)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:
I
T1 ) 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。

BV
T2)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 =( I
TI ) CM * T I
CM =
600mA + 40 = 15mA
CM =(( 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（
P
T1 ) CM 为：
(P T 1 ) CM =(( U B 1 ) OMAX
—U OMIN ) X ( I T 1) CM P
T1)cM =( 20.35V-6V ) X600mA = 8.61W 考虑到留有一定余量，可取（ P TI ) CM 为 10W 。

I
T1) 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) P
T2)
则此时T2 所需要的基极驱动电流为：
(I T2)MAX =( I T2) CM + T1 = 15mA+80= 0.1875mA
7、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) ^R2MIN
R2 =( 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2
I 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 ^R3MIN
R3 + 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 O
R4＋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。

10 、其他元件
仙48 Q
实际选择时可取 R5为150Q 。

放大部分主要是计算限流电阻
R1 和比较放大管 T3 的参数。

由于这部分电路的电流比
较小，主要考虑 T3的放大倍数B 和集电极-发射极反向击穿电压(
BV
T1 ) CEO 。

这里需要 T3 工作在放大区,可通过控制 T3 的集电极电流(
I T3) C 来达到。

而( I T3) C
是由限流电阻 R1 控制，并且有:
I R1=( I T3) C ＋( I T2 ) B
一方面，为保证 T1能够满足负载电流的要求，要求满足 l R1>( I T 2 ) B ；另一方面，为
保证 T3 稳定工作在放大区，以保证电源的稳定度，其集电极电流(
I T3) C 不能太大。

这里可以选I RI 为1mA ，当输出电压最小时，则
R1 为:
-I R1
-R1
在T2的基极与地之间并联有电容 C2，此电容的作用是为防止发生自激振荡影响电路工
作的稳定性，一般可取 0.01卩F/35V 在电源的输出端并联的电容 C3是为提高输出电压的稳 定度，特别对于瞬时大电流可以起到较好的抑制作用，可选
11、最终电路图
通过前面的计算，已经得到了所有元件的参数。

可以将这些参数标注到图 1中，这样就 得到完整的串联负反馈稳压电源电路图，见图
2。

这里计算的其实都还只是初步的参数，实
际组装完毕后应该仔细测量电源的各项指标是否符合要求, 发现问题，应该根据实际情况作出调整。

根据调整的结果来修正原理图中的电路参数，
最终
测试数据:
市电（
V ）
电路输入（变压器输出）（V ）
电路输出（V ）
220
12.3 4.94
13、总结
放大器提高稳压精度。

准电压、比较放大器和取样电路。

当电网电压或负载变动引起输出电压 路将输出电压 V0的一部分馈送回比较放大器和基准电压进行比较，产生的误差电压经放大
470卩F/25V 铝电解电容。

各部分元件工作是否正常。

如果
测试仪表: 数字式万用表
串联型稳压电源就是在输入电压存在波动时, 输出电压保持恒定的装置， 利用稳压二极
管两端电压不变的原理，使输出电压保持不变,
并用多级三极管组成达令顿复合电路，
组成
串联型稳压电路，除了变压、整流、滤波外,
稳压部分一般有四个环节：调整环节、基
V0变化时，取样电
完成稳压电源的设计。

测试条件:
220V 市电、12V 变压器;
后去控制调整管的基极电流，自动地改变调整管集—射极间的电压，补偿维持输出电压基本
VO的变化，从而
不变。

串联型稳压电路的调试
1、通电前电路的检查
电路安装完毕后，应先对照电路图按顺序检查。

①检查每个元件的规格型号、数值、安装位置管脚接线是否正确。

着重检查电源线，变压器连线，是否正确可靠。

②检查每个焊点是否有漏焊、假焊和搭锡现象，线头和焊锡等杂物是否残留在印制电路板上。

③检查调试所用仪器仪表是否正常，清理好测试场地和台面，以便做进一步的调试。

2、电路调试
通电检测后，不要急于测试，先要用眼看、用鼻闻，观察有无异常现象，如果出现元器件冒烟，有焦味等异常现象，要及时中断通电，等排除故障后再行通电检测。

①负载RL 开路负载。

②调节电位器R5 ，使VO=6v, 测量各三极管的Q 点。

结论：串联型稳压电路，结构简单，元器件用量少，成本低廉指标，可以正常投入使用，但串联型稳压电路效率低，仅适合应用于小功率场合。

, 电路参数符合实验设计。