串联型线性稳压器的设计

串联型线性稳压器的设计1电路结构及工作原理串联型直流稳压电路的原理图如下图所示，包括四个组成部分：1.采样电阻：由R1、R2、R3组成。当输出电压发生变化时，采样电阻取其变化量的一部分送给放大电路的反相输入端2.误差放大：放大电路A的作用是将稳压电路输出电压的变化量进行放大，然后再送给调整管的基极。如果放大电路的放大电路比较大，则只要输出电压产生一点微小的变化，既能引起调整管电压发生较大的变化。3.基准电压：基准电压由稳压管VDz提供，接到放大电路的同相输入端。采样电压与基准电压进行比较后，再将二者的差值进行放大。电阻R的作用是保证VDz有一个合适的工作电流4.调整管：当输出电压Uo由于电网电压或负载电流等的变化而发生波动时，其变化量经采样、比较、放大后送入调整管的基极、使调整管的集-射电压发生相应的变化。最终调整输出电压使之基本保持稳定。1.1输出电压调节输出电压可以通过改变采样电阻中电位器的滑动端位置在一定范围内调节。R2滑动端向上移动，Uo减小，反之Uo减小变大。iUC1URZVDBEU1R2R3RLRLIoUZU2R2RiUC1URZVDBEU1R2R3RLRLIoUZU2R2R假设，放大电路A是理想运放，且工作在线性区，则ZURRRRRUo''3''33211.2调整管的选择调整管不仅需要根据外界条件的变化，随时调整本身的管压降，以保持输出电压稳压，还要提供负载所要求的全部电流，因此调整管的功耗比较大，通常采用大功率的三极管。为了保证调整管的安全，在选择三极管的型号时，需对其主要参数进行初步的估算。1.集电极最大允许电流CMI：假设流过采样电阻的电流为RI，则：RLCMIIImax2.集电极和发射极之间的最大允许反向击穿电压CEOBRU)(，正常工作时调整管上的压降约为几V。负载短路时UI全部加在调整管的两端。在电容滤波电路中，UI最有可能接近于变压器副边电压峰值IU2，再考虑电网可能有±10%的波动，因此，根据调整管可能承受的最大反向电压，应选择三极管的参数为：IaxCEOBRUUU21.1Im)(3.集电极最大允许耗散功率CMP调整管的功耗为：COICIUUP*)(为保证调整管处于放大状态，CEU通常为（3~8）V1.3过流保护电路当发生短路时，通过保护电路使调整管截止，从而限制了短路电流，从而使之接近为0。2三极管特性三极管的特性曲线是指三极管的各电极电压与电流之间的关系曲线，它反映出三极管的特性。2.1输入特性曲线它是指一定集电极和发射极电压CEU下，三极管的基极电流BI与发射结电压BEU之间的关系曲线。2.2输出特性曲线它是指一定基极电流BI下，三极管的集电极电流CI与CEU之间的关系一般把三极管的输出特性分为3个工作区域，下面分别介绍：1.截止区：三极管工作在截止状态时，具有以下几个特点a)发射结和集电结均反向偏置；b)若不计穿透电流ICEO，有IB、IC近似为0；c)三极管的集电极和发射极之间电阻很大，三极管相当于一个开关断开2.放大区：输出特性曲线近似平坦的区域称为放大区。三极管工作在放大状态时，具有以下特点a)三极管的发射结正向偏置，集电结反向偏置；b)基极电流IB微小的变化会引起集电极电流IC较大的变化，有电流关系式：IC=βIB；c)对NPN型的三极管，有电位关系：UCUBUE；d)对NPN型硅三极管，有发射结电压UBE≈0.7V；对NPN型锗三极管，有UBE≈0.2V3.饱和区：三极管工作在饱和状态下时具有如下特点：a)三极管的发射结和集电结均正向偏置；b)三极管的电流放大能力下降，通常有ICβIB；c)UCE的值很小，称此时的电压UCE为三极管的饱和压降，用UCES表示。一般硅三极管的UCES约为0.3V，锗三极管的UCES约为0.1V；d)三极管的集电极和发射极近似短接，三极管类似于一个开关导通。三极管作为开关使用时，通常工作在截止和饱和导通状态；作为放大元件使用时，一般要工作在放大状态。3IGBT特性1.正向截止状态：当集电极—发射极电压CEV为正，且栅极—发射极电压GEV小于栅极—发射极开启电压)(thGEV时，在IGBT的集电极和发射极端子之间仅存在着一个很小的集电极—发射极残余漏电流CESI。CESI随着CEV的增加而略微增加，当CEV大于某一特定的、最高允许的集电极—发射极电压CESV时，IGBT的pin结会出现锁定效应。从物理的角度来说，CESV对应于IGBT结构中pnp双极式晶体管的击穿电压CERV出现锁定现象时，由集电极—基极二极管引起的电流放大效应可能会导致双极晶体管的开通，进而导致IGBT的损坏。2.导通状态——主动区域：当栅极—发射极电压GEV只是略大于开启电压)(thGEV时，由于沟道电流的饱和效应，沟道会出现一个可观的压降。此时，集电极电流会跟随GEV而变化。我们可以用正向转移斜率fsg来描述上图所示的转移特性。其定义为：GEcfsdVdIg3.导通状态—饱和区域：在开馆过程中，一旦CI只是由外部电路所决定，便处于所谓的饱和区域，也被称作导通状态。4实际电路分析设：''11pRRR；'22pRRR则流过三极管2V基极的电流为：21RURUUIZZoBIGBT1V门极的电压为：4**RIUUBiG（其中为…）流过IGBT1V的电流为：)*)(*(*)**(*)(*4214oZZoioBioGCEURRURUUUURIUUUI（：正向转移斜率）则：141421421114421421*)*)11(*(*)11(*)(*)(*)*)(*(*RRRURRRIUUURRRRRRUIUURRURUUIUURRURUUUIZCEioZoCEioZZoCEioZZoiCE=〉ZCEioURRRRRRRRRRRIUU14141221141*)*)(()(*)(=〉ZCEioURRRRRRRRRIUU144221141*)()(*)(设14RR，则有两个结论：1.前一项0141RRR表示输出电压与输入电压以及负荷电流关系不大2.后一项1144RRR表示输出电压与稳压管电压、以及分压电阻相关