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输出电压可调的直流线性稳压电源

(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(非开关电源);
(2)电压调整范围:DC9~12V,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 210~230 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)。

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。

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。

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,将电压稳定到9V~12V之间并且输出电压。

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)

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(~2)倍的实际电流值,额定电压应为(2~3)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。

滤波电容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。

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