具有短路保护稳压电源的电路设计
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第三章 设计方案的比较与论证....................................... 4
第四章 各部分电路的设计........................................... 5
4.1 主电路（换能电路）............................................ 5
生活和知识是密不可分的，在今后的日子里，我会在生活中实践学习到的知识，找到学习的乐趣，不断在学习中充实并完善自我，用知识去改变生活。
致
感谢王老师这一学期辛勤的教导与认真的备课，在我完成这篇论文的过程中，我对本学期所学到的知识进行了巩固和加强，是王老师的教诲使我对本学期所学习到的知识有了一定的掌握，并且能在生活中充分的运用。同时也感谢一些学长的帮助，是他们的帮助让我更深层次的理解了本次课程设计论文的意义，也有了更清晰的思路去完成本次论文。最后感谢我的同学以及舍友，是他们的帮助，让我能在有限的时间里写出这份论文，并理解稳压电源及短路保护。
中国地质大学长城学院
本 科 课 程设 计
题目:
具有短路保护稳压电源的电路设计
系别
信息工程系
学生姓名
专业
电气工程及其自动化
学号
指导教师
职称
高级工程师
2016年06月12日
具有短路保护稳压电源的电路设计
摘 要
稳压电源（stabilized voltage supply）是能为负载提供稳定交流电源或直流电源的电子装置。稳压电源可以作为各种电子仪器、仪表、电子计算机、自动控制系统与设备的电源。精密稳压、稳流电源还可作为检定某些电工仪表用的稳压、稳流电源。因此，稳压电源是科研、生产、教学和维修等单位常用的必备仪器。在使用中难免有时发生短路，本次电路设计是在原电路基础上设计了一种具有短路保护稳压电源的电路设计，使其在使用过程中能及时受到保护。
4.2 整流滤波电路.................................................. 5
4.3 调压电路...................................................... 6
4.4 控制电路...................................................... 7
4.5 保护电路...................................................... 8
第五章 性能测试................................................... 9
5.1 整流滤波电路.................................................. 9
采样电压Un1与基准电压Uref之差，经U4放大后作为U3组成的电压比较器的阀值电压Up2，三角波发生电路的输出电压与之相比较，得到控制信号
Ub，控制调整管工作状态。
5
图8 截流型保护电路电路
截流型过流保护电路，Q1为调整管，R7为采样电阻，它与Q2，R10，R11构成保护电路.I0增大，Ube2增大，未过流时，Ube2<Uon,Q2截止，当I0增大到一定数值或输出端短路时，Q2导通，对调整管Q1基极分流，是I0减小，从而导致输出电压U0减小输出最小值：I0=Uon/kR0（k=R2/(R1+R2)）.
关键词：稳压电源，短路保护
ABSTRACT
Power supply is able to provide a stable AC or DC power electronic devices. Power supply can be used as power a variety of electronic equipment, instruments, computer, automatic control systems and equipment. Precision voltage regulator, steady flow of power can be used as test certain electrical instrumentation regulator, stabilized power supply. Therefore, the power supply is scientific research, production, teaching and maintenance units commonly used essential equipment. In use, a short circuit occurs sometimes unavoidable, this circuit design is based on the original circuit design circuit design having a power supply short-circuit protection, making use of the process in a timely manner can be protected.
电阻选择：Uomin=(R1+R2+R3)/(R2+R3)*Uz
Uomax=（R1+R2+R3）/R3*Uz
实际调试电路中Uz=3.265v,R1=26.8kΩ,R2=40kΩ,R=10.05kΩ。
4
图6 控制电路
图7 三角波发生电路
滞回比较器（U1A）输出的电压U01=±Uz，输入电压为积分电路（U2A）的输出电压Uo,积分电路正相积分，Uo随时间增长线性增大.一旦Uo=+Ut，再稍增大，Uo将从-Uz跃变回+Uz，回到初态，积分电路反相积分，并重复以上过程，因此产生三角波振荡电路。
第一章 绪论
稳压电源，输出电压相对稳定，它与人们的日常生活密切相关，也称稳压器等，开关稳压电源的发展依赖于半导体器件和磁性材料的发展。随着电子工艺的发展，已成为世界各国的普及产品。按调整管及负载的连接方式可分为串联型和并联型,按稳压的控制方式可分为脉冲宽度调制型（PWM）、脉冲频率调制型（PFM）和混合调制型。本电路设计主要引用串联型脉冲宽度调节型，主要由主输出电路、控制电路、采样比较放大及保护电路四大部分组成。利用三极管的导通特性，通过波型发生器与电压比较器共同实现对三极管导通与关断的控制，从而实现开关功能，负反馈采样放大电路实现调压功能。电源输入电压为市网电压。输出电压为5—24V可调电压，稳压最大电源功率50w，能够实现过流及短路保护功能。
Uo≈1.2U2
二极管选择:Urm>1.1 U2=46.66V
If>1.1*Io/2=1.1 U2/π*Rl
3
图5 电压调节电路
晶体管Q1为调整管，电阻R与稳压管DZ构成基准电压电路，电阻R1，R2，R3为输出电压的采样电路，集成运放作为比较放大电路，为了是输出电压可调，也为了加深电压负反馈以提高输出电压的稳定性，所以通常在基本调整管稳压电路的基础上，引入放大环节。
[Key words]:Power Supply， Short circuit protection
第一章 绪论....................................................... 3
第二章 总体电路设计............................................... 3
第四章 各部分电路的设计
1
主电路图主要应用的是串联型脉宽开关控制电路接法，电路如图3所示：
图3 PWM控制总电路
开关稳压电路的换能电路将输入的直流电压转换成脉冲电压，再将脉冲电压经LC滤波转换成直流电压，晶体管Q1为调整管（即开关管），三极管基极输入为矩形波，控制开关管的工作状态，电感L与电容C组成输出滤波电路，D为续流二极管。
当基极为高电平时，Q1饱和导通，D3因承受反压而截止，电感L存储能量，电容C充电；发射极电位Ue近视等于输入电压。当基极电压为低电平，Q1截止，此时虽然发射极电压为0，但是电感释放能量，其感应电动势使D3导通，C放电，负载电流方向不变。
2
稳压电源的电源主要采用市网电压，首先需要将正弦波交流电源调整成为所需的直流输入。电路如图4所示：
第五章性能测试
1
测量数据：C=500nF 周期T=10ms 频率f=100Hz
变压器副边电压为30v
2
电路的初步组成测试显示，当滑动变阻器调至顶端，输出电压接近为5V，调至低端时输出电压接近25V，初步测试成功。
3
三角波周期为2ms，峰值为5v。
4
第六章 性价比
该电路主要使用到变压器，二极管全波整流桥，集成运放，二极管（含稳压二极管），电感，电容（含电解电容），滑动变阻器，电阻等器件，均为模拟器件，通过对各元件功能的统一了解和掌握，并利用他们之间的关联而设计，开关型电源出现简易的雏形。所用元器件种类较少，价格较低廉，美中不足在于没有数字管的介入，数字管与模拟管的结合，电路的会更精简且精准。
方案二：
图2开关稳压电源电路的原理框图（二）
同样采用二极管单相桥式整流，通过电容的充放电过程实现滤波功能，三极管为调整管，但位置不同，最后利用PWM控制调整管的开通于关断实现电路的开关功能，采样电路与电压比较环节共同实现电压的调节作用，保护电路为截流行过流保护。
第三章设计方案的比较与论证
方案二与方案一明显的不同在于，方案二中调整管的位置决定了方案二为并联型稳压电路。
总结与展望
本次课程设计中，我发现了自身在电子电路技术方面有很大的不足，通过本次课程设计论文，使对这门课程有了更深一步的了解和掌握，也明白了我之前的视野狭隘与知识浅薄。
我认为本次课程设计论文，从理解课题，到查阅资料，寻求方法，最后发现问题解决问题，对我知识的掌握能力，自身的动手能力，以及思维的拓展能力有一定的提高，同时也激发了我对这门课更深的兴趣。
参考文献.......................................................... 16
附录1 ............................................................ 17
附录2 ............................................................ 18
第二章总体电路设计
开关稳压电源，实质上是一个受控制的电子开关。电子开关在直流稳压电源中做调整元件，通过改变调整器件的导通时间和截止时间的相对长短，来改变输出电压的大小，达到稳定输出电压的目的。
方案一：
图1开关稳压电源电路的原理框图（一）
采用二极管单相桥式整流，通过电容的充放电过程实现滤波功能，三极管为调整管，利用PWM控制调整管的开通于关断实现电路的开关功能，采样电路与电压比较环节共同实现电压的调节作用，保护电路为截流行过流保护。
图4 降压整流滤波电路
电路的电源为市网220V，50Hz，用变压器对电压降压，变比为220/30=7.33，输出电压为30V。单项桥式整流克服了半波整流仅适用于整流电流较小，对脉冲要求不高的缺点，其构成原则就是保证在变压器副边电压的整个周期呢负载的电压与电流方向始终保持不变。滤波电路采用的是电解电容，容量较大，利用电容的充放电过程是输出的电压趋于平稳。
5.2 电压调节电路.................................................. 10
5.3 三角波发生器电路.............................................. 11
5.4 电路整体性能测试.............................................. 12
第六章 性价比..........................................Baidu Nhomakorabea.......... 13
总结与展望........................................................ 14
致谢.............................................................. 15
方案选择：
两套方案中均采用PWM脉宽控制，在开关管导通周期不变情况下对其导通时间（占空比）的调节，实现开关稳压作用，但关键在于，方案一为串联稳压型电路，又称降压型稳压电路，即输入的电压大于输出电压，方案二为升压型稳压电路，实验要求稳压电路的输出为5V~24V,不需要升压过程，所以本次设计采用方案一完成。
第四章 各部分电路的设计........................................... 5
4.1 主电路（换能电路）............................................ 5
生活和知识是密不可分的，在今后的日子里，我会在生活中实践学习到的知识，找到学习的乐趣，不断在学习中充实并完善自我，用知识去改变生活。
致
感谢王老师这一学期辛勤的教导与认真的备课，在我完成这篇论文的过程中，我对本学期所学到的知识进行了巩固和加强，是王老师的教诲使我对本学期所学习到的知识有了一定的掌握，并且能在生活中充分的运用。同时也感谢一些学长的帮助，是他们的帮助让我更深层次的理解了本次课程设计论文的意义，也有了更清晰的思路去完成本次论文。最后感谢我的同学以及舍友，是他们的帮助，让我能在有限的时间里写出这份论文，并理解稳压电源及短路保护。
中国地质大学长城学院
本 科 课 程设 计
题目:
具有短路保护稳压电源的电路设计
系别
信息工程系
学生姓名
专业
电气工程及其自动化
学号
指导教师
职称
高级工程师
2016年06月12日
具有短路保护稳压电源的电路设计
摘 要
稳压电源（stabilized voltage supply）是能为负载提供稳定交流电源或直流电源的电子装置。稳压电源可以作为各种电子仪器、仪表、电子计算机、自动控制系统与设备的电源。精密稳压、稳流电源还可作为检定某些电工仪表用的稳压、稳流电源。因此，稳压电源是科研、生产、教学和维修等单位常用的必备仪器。在使用中难免有时发生短路，本次电路设计是在原电路基础上设计了一种具有短路保护稳压电源的电路设计，使其在使用过程中能及时受到保护。
4.2 整流滤波电路.................................................. 5
4.3 调压电路...................................................... 6
4.4 控制电路...................................................... 7
4.5 保护电路...................................................... 8
第五章 性能测试................................................... 9
5.1 整流滤波电路.................................................. 9
采样电压Un1与基准电压Uref之差，经U4放大后作为U3组成的电压比较器的阀值电压Up2，三角波发生电路的输出电压与之相比较，得到控制信号
Ub，控制调整管工作状态。
5
图8 截流型保护电路电路
截流型过流保护电路，Q1为调整管，R7为采样电阻，它与Q2，R10，R11构成保护电路.I0增大，Ube2增大，未过流时，Ube2<Uon,Q2截止，当I0增大到一定数值或输出端短路时，Q2导通，对调整管Q1基极分流，是I0减小，从而导致输出电压U0减小输出最小值：I0=Uon/kR0（k=R2/(R1+R2)）.
关键词：稳压电源，短路保护
ABSTRACT
Power supply is able to provide a stable AC or DC power electronic devices. Power supply can be used as power a variety of electronic equipment, instruments, computer, automatic control systems and equipment. Precision voltage regulator, steady flow of power can be used as test certain electrical instrumentation regulator, stabilized power supply. Therefore, the power supply is scientific research, production, teaching and maintenance units commonly used essential equipment. In use, a short circuit occurs sometimes unavoidable, this circuit design is based on the original circuit design circuit design having a power supply short-circuit protection, making use of the process in a timely manner can be protected.
电阻选择：Uomin=(R1+R2+R3)/(R2+R3)*Uz
Uomax=（R1+R2+R3）/R3*Uz
实际调试电路中Uz=3.265v,R1=26.8kΩ,R2=40kΩ,R=10.05kΩ。
4
图6 控制电路
图7 三角波发生电路
滞回比较器（U1A）输出的电压U01=±Uz，输入电压为积分电路（U2A）的输出电压Uo,积分电路正相积分，Uo随时间增长线性增大.一旦Uo=+Ut，再稍增大，Uo将从-Uz跃变回+Uz，回到初态，积分电路反相积分，并重复以上过程，因此产生三角波振荡电路。
第一章 绪论
稳压电源，输出电压相对稳定，它与人们的日常生活密切相关，也称稳压器等，开关稳压电源的发展依赖于半导体器件和磁性材料的发展。随着电子工艺的发展，已成为世界各国的普及产品。按调整管及负载的连接方式可分为串联型和并联型,按稳压的控制方式可分为脉冲宽度调制型（PWM）、脉冲频率调制型（PFM）和混合调制型。本电路设计主要引用串联型脉冲宽度调节型，主要由主输出电路、控制电路、采样比较放大及保护电路四大部分组成。利用三极管的导通特性，通过波型发生器与电压比较器共同实现对三极管导通与关断的控制，从而实现开关功能，负反馈采样放大电路实现调压功能。电源输入电压为市网电压。输出电压为5—24V可调电压，稳压最大电源功率50w，能够实现过流及短路保护功能。
Uo≈1.2U2
二极管选择:Urm>1.1 U2=46.66V
If>1.1*Io/2=1.1 U2/π*Rl
3
图5 电压调节电路
晶体管Q1为调整管，电阻R与稳压管DZ构成基准电压电路，电阻R1，R2，R3为输出电压的采样电路，集成运放作为比较放大电路，为了是输出电压可调，也为了加深电压负反馈以提高输出电压的稳定性，所以通常在基本调整管稳压电路的基础上，引入放大环节。
[Key words]:Power Supply， Short circuit protection
第一章 绪论....................................................... 3
第二章 总体电路设计............................................... 3
第四章 各部分电路的设计
1
主电路图主要应用的是串联型脉宽开关控制电路接法，电路如图3所示：
图3 PWM控制总电路
开关稳压电路的换能电路将输入的直流电压转换成脉冲电压，再将脉冲电压经LC滤波转换成直流电压，晶体管Q1为调整管（即开关管），三极管基极输入为矩形波，控制开关管的工作状态，电感L与电容C组成输出滤波电路，D为续流二极管。
当基极为高电平时，Q1饱和导通，D3因承受反压而截止，电感L存储能量，电容C充电；发射极电位Ue近视等于输入电压。当基极电压为低电平，Q1截止，此时虽然发射极电压为0，但是电感释放能量，其感应电动势使D3导通，C放电，负载电流方向不变。
2
稳压电源的电源主要采用市网电压，首先需要将正弦波交流电源调整成为所需的直流输入。电路如图4所示：
第五章性能测试
1
测量数据：C=500nF 周期T=10ms 频率f=100Hz
变压器副边电压为30v
2
电路的初步组成测试显示，当滑动变阻器调至顶端，输出电压接近为5V，调至低端时输出电压接近25V，初步测试成功。
3
三角波周期为2ms，峰值为5v。
4
第六章 性价比
该电路主要使用到变压器，二极管全波整流桥，集成运放，二极管（含稳压二极管），电感，电容（含电解电容），滑动变阻器，电阻等器件，均为模拟器件，通过对各元件功能的统一了解和掌握，并利用他们之间的关联而设计，开关型电源出现简易的雏形。所用元器件种类较少，价格较低廉，美中不足在于没有数字管的介入，数字管与模拟管的结合，电路的会更精简且精准。
方案二：
图2开关稳压电源电路的原理框图（二）
同样采用二极管单相桥式整流，通过电容的充放电过程实现滤波功能，三极管为调整管，但位置不同，最后利用PWM控制调整管的开通于关断实现电路的开关功能，采样电路与电压比较环节共同实现电压的调节作用，保护电路为截流行过流保护。
第三章设计方案的比较与论证
方案二与方案一明显的不同在于，方案二中调整管的位置决定了方案二为并联型稳压电路。
总结与展望
本次课程设计中，我发现了自身在电子电路技术方面有很大的不足，通过本次课程设计论文，使对这门课程有了更深一步的了解和掌握，也明白了我之前的视野狭隘与知识浅薄。
我认为本次课程设计论文，从理解课题，到查阅资料，寻求方法，最后发现问题解决问题，对我知识的掌握能力，自身的动手能力，以及思维的拓展能力有一定的提高，同时也激发了我对这门课更深的兴趣。
参考文献.......................................................... 16
附录1 ............................................................ 17
附录2 ............................................................ 18
第二章总体电路设计
开关稳压电源，实质上是一个受控制的电子开关。电子开关在直流稳压电源中做调整元件，通过改变调整器件的导通时间和截止时间的相对长短，来改变输出电压的大小，达到稳定输出电压的目的。
方案一：
图1开关稳压电源电路的原理框图（一）
采用二极管单相桥式整流，通过电容的充放电过程实现滤波功能，三极管为调整管，利用PWM控制调整管的开通于关断实现电路的开关功能，采样电路与电压比较环节共同实现电压的调节作用，保护电路为截流行过流保护。
图4 降压整流滤波电路
电路的电源为市网220V，50Hz，用变压器对电压降压，变比为220/30=7.33，输出电压为30V。单项桥式整流克服了半波整流仅适用于整流电流较小，对脉冲要求不高的缺点，其构成原则就是保证在变压器副边电压的整个周期呢负载的电压与电流方向始终保持不变。滤波电路采用的是电解电容，容量较大，利用电容的充放电过程是输出的电压趋于平稳。
5.2 电压调节电路.................................................. 10
5.3 三角波发生器电路.............................................. 11
5.4 电路整体性能测试.............................................. 12
第六章 性价比..........................................Baidu Nhomakorabea.......... 13
总结与展望........................................................ 14
致谢.............................................................. 15
方案选择：
两套方案中均采用PWM脉宽控制，在开关管导通周期不变情况下对其导通时间（占空比）的调节，实现开关稳压作用，但关键在于，方案一为串联稳压型电路，又称降压型稳压电路，即输入的电压大于输出电压，方案二为升压型稳压电路，实验要求稳压电路的输出为5V~24V,不需要升压过程，所以本次设计采用方案一完成。