實訓(xùn)一具有過流保護功能的直流可調(diào)穩(wěn)壓電源

1、實訓(xùn)一 具有過流保護功能的直流可調(diào)穩(wěn)壓電源11 電路特點及用途圖 1-1 是將 220V 交流市電轉(zhuǎn)換為 1.257.5V 的直流穩(wěn)壓電源的電路，輸出電壓連續(xù)可 調(diào)、紋波電壓小、輸出動態(tài)內(nèi)阻低且有過流保護的優(yōu)點， 可作為收音機、電子玩具等小型電 器和電子線路實驗制作的外接電源。12 電路原理與元器件作用1電路原理由圖 1-1 可見，此直流穩(wěn)壓電源由整流濾波電路、電子開關(guān)、穩(wěn)壓電路和過流保護電路 組成，其電路原理框圖如圖 1-2 所示。圖 1-2 直流穩(wěn)壓電源電路原理框圖（1）整流濾波電路 在圖 1-1中，由 VD 1VD 4整流二極管組成橋式整流電路，整流輸 出經(jīng)電容器 C1 濾波后，得到比較

2、平滑的直流電壓UE2。（ 2）電子開關(guān)電路 由小功率晶體管 V 1（S9013）和大功率晶體管 V2（TIP42C）組成 電子開關(guān)電路。在晶閘管 SCR沒有導(dǎo)通時，電容 C1濾波后的電壓 UE2 經(jīng)過 R1、R2、R3構(gòu)成 的分壓電路能夠使得 V1管和 V 2管導(dǎo)通， V 1工作在飽和狀態(tài)， V 2工作在放大狀態(tài)。從而使 得穩(wěn)壓管 LM317T 的輸入端（ 3 引腳）有電壓輸入。如圖 1-3 所示，當(dāng)空載時：因為UE2 2 12V 17V（ 3）穩(wěn)壓電路 由集成穩(wěn)壓管 LM317 （其內(nèi)部電路原理、封裝及主要參數(shù)見圖1-4）與取樣電路組成， 如圖 1-5 所示。因 LM317 的輸出端與調(diào)整端

3、 ADJ 之間的電壓恒定為 1.25V ， 所以取樣電阻 R5=100 接在輸出端與調(diào)整端之間， 產(chǎn)生 12.5mA 的取樣電流， 通過取樣電阻 R5與電位器 RP產(chǎn)生降壓，只要合理選擇 R5及 RP的阻值，就可使穩(wěn)壓管的輸出在 1.257.5V 范圍內(nèi)可調(diào)。圖 1-5 穩(wěn)壓電路圖 1-4 LM317 穩(wěn)壓管內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡圖及封裝圖在圖 1-5 中，穩(wěn)壓電源的輸出電壓 Uo等于電阻 R5兩端的電壓與 PQ 兩點之間電壓之和， 即U o UR5 URP23 1.25V (IR5 IS)RRP231.25V I R5RRP23 (因為IS 50A遠小于 IR5)1.25VRRP231.25V RRP2

4、3 1.25 (1 RP23 )VR5 RP23 R51) 當(dāng)電位器逆時針旋到底時， RRP23=0，此時 Uo 有最小值，即0U o 1.25 (1 )V=1.25V1002) 當(dāng)電位器順逆時針旋到底時， RRP23=500 ，此時 Uo 有最大值，即500Uo 1.25 (1 )V=7.5Vo 100( 4)過流保護電路由取樣電阻 R6 及 R7、C3 組成延時電路、單向晶閘管SCR(MCR100-6 )及電子開關(guān)電路組成截止式過電流保護電路。當(dāng)穩(wěn)壓管輸出的電流增大并超 過額定值的 20%時，過電流取樣電阻 R6 上的電壓上升并使晶閘管觸發(fā)導(dǎo)通，晶閘管的壓降 UAK 降至 0.8V 左右，

5、此電壓經(jīng)電阻 R2 后，使得 V 1截止，從而 V 2截止，因而切斷穩(wěn)壓管 LM317 的供電電壓，最終穩(wěn)壓管無電壓輸出。2電路中各電子元器件的作用1) VD 1VD 4 整流二極管組成橋式整流。2) C1 濾波電容器，濾去紋波電壓，使整流輸出電壓較為平滑。3) R1 限流電阻，用來限制晶閘管觸發(fā)導(dǎo)通后的電流，但阻值不能過大，應(yīng)保證晶閘 管導(dǎo)通電流大于其維持電流。4) R4 V 1管集電極限流電阻， 以保證 V1與 V 2管的安全并且可以減小電路的靜態(tài)功耗， 但是 R5的阻值不能過大，應(yīng)保證有足夠的IB2 使 V2( TIP42C )的集電極電流大于 0.5A。5) R6 過流取樣電阻，其阻值

6、大小取決于過電流保護電流的設(shè)定值，要求R6 的阻值準(zhǔn)確、穩(wěn)定，而且要有足夠的耗散功率。6) R7、C3 組成延時電路，其作用是將 R6 上的電壓延遲一段時間后才加至晶閘管的門 極 G ，以避免接通電源瞬間由于穩(wěn)壓電源輸出端濾波電容C5 及外負載電路有較大的充電電流流過 R6 所產(chǎn)生的附加壓降，而引起晶閘管的誤觸發(fā)。由于MCR100-6 晶閘管的觸發(fā)電流極小，所以 R7 上的壓降很小。7) C4 用來進一步減小穩(wěn)壓輸出端的紋波電壓(即交流成分) 。這是由于 C4 對交流的 旁路作用，使穩(wěn)壓輸出端的交流成分全部加至 LM317 的輸出端與調(diào)整端之間，這樣可通過 LM317 內(nèi)部的比較放大器及調(diào)整電

7、路的自動調(diào)整來達到降低輸出紋波電壓的目的。33 安裝、焊接與測試步驟1元件的安裝與焊接(1) 清點元器件。核對元件的數(shù)量和規(guī)格，都應(yīng)符合工藝要求，如有短缺、差錯應(yīng)及 時補缺和更換。(2) 元器件檢測。在安裝前應(yīng)用萬用表對元件的好壞進行逐一檢測，對不符合質(zhì)量要 求的元器件剔除并更換，防止已損壞的元件被安裝。要求：二極管：正向電阻、極性標(biāo)志是否正確。三極管：判斷極性及類型。 9013為 NPN 管，大于 50。TIP42C 為 PNP管。 電解電容：是否漏電，極性是否正確。電阻：阻值是否合格。插頭及軟線：接線是否可靠。 變壓器：繞組有無斷、短路，電壓是否正確。（3）元器件的預(yù)加工。對電阻器、電容器

8、進行浸錫加工。半導(dǎo)體管是不耐熱的器件， 浸錫溫度要低，浸錫時間不宜過長，防止?fàn)C壞PN 結(jié)。（ 4）根據(jù)元器件封裝畫好裝配圖（可參照圖1-6 的 PCB 布線圖）。1）按萬用電路板實樣 1:1 在圖紙上（或用坐標(biāo)紙）確定安裝孔位置。要注意所用元 器件的外形尺寸及封裝形式。2）裝配草圖以導(dǎo)線面（焊接面）為視圖方向；元器件水平或垂直放置，不可斜放； 布局時應(yīng)考慮元器件外形尺寸， 避免安裝時相互影響， 疏密均勻； 同時注意電路走向應(yīng)基本 和原理圖一致， 一般由輸入端開始向輸出端逐步確定元器件位置， 相關(guān)電路部分的元器件應(yīng) 就近安放，按一字排列，避免輸入輸出之間的影響；每個安裝孔只能插一個元器件的引腳。

9、3）按電路原理圖的連接關(guān)系布線，布線應(yīng)做到橫平豎直，導(dǎo)線不能交叉 （確實需要交叉的導(dǎo)線可在元器件體下穿過） 。（5）檢查繪制好的裝配圖上的元器件數(shù)量、極性和連接關(guān)系，應(yīng)與電路原理圖完全一 致。按裝配圖正確安裝各元器件。（ 6）萬用電路板裝配工藝要求如下：1）電阻器、二極管（發(fā)光二極管除外）均采用水平安裝方式，緊貼萬用板安裝， 或高度為元器件底部離萬用板不超過5mm，色環(huán)電阻器的色環(huán)標(biāo)識順序方向應(yīng)一致。2）電容器、晶體管均采用垂直安裝方式，高度為底部離萬用板不超過8mm。3）發(fā)光二極管采用垂直安裝方式，高度為二極管底部離萬用板不超過15mm。4）微調(diào)電位器應(yīng)緊貼萬用板安裝。5）所有焊點均采用直角

10、焊，焊接完成后剪去多余引腳，留在焊面上0.51mm ，且不能損傷焊接面。6）萬用電路板布線應(yīng)正確、平直、轉(zhuǎn)角處成直角，焊接可靠，無漏焊、短路現(xiàn)象。 （7）總裝加工工藝要求。電源變壓器用螺釘緊固在萬用板的元器件面上，一次繞組的 引出線向外， 二次繞組的引出線向內(nèi)， 萬用板的另外兩個角上也固定兩個螺釘， 緊固件的螺 母均安裝在焊接面。 電源線從萬用板焊接面穿過孔后， 在元件面打結(jié)， 再與變壓器一次繞組 引出線焊接并用電工膠布纏繞完成絕緣恢復(fù)。 變壓器二次繞組引出線插入安裝孔后焊接。 將 所有需要連接的點用鍍銀線或焊錫連接起來。2. 通電前的工作安裝、焊接好電路板后，應(yīng)仔細檢查所裝的元器件是否有差錯

11、。特別要注意整流二極 管、發(fā)光二極管（ LED ）、電解電容的正負極是否接反，晶體管的引腳是否正確，電阻的阻 值及功率、 電容器的電容量及耐壓是否合格， 電源變壓器的一次側(cè)、二次側(cè)是否接反。 各個 焊點質(zhì)量應(yīng)無虛焊、 漏焊、搭焊及空隙、 毛刺等，在確認正確無誤的前提下才能進行通電調(diào) 試。3通電測試測試是檢驗產(chǎn)品是否合格的重要環(huán)節(jié)，為保證穩(wěn)壓電源的性能良好可靠，可做如下測 試：1）輸出電壓可調(diào)范圍通電前將電位器逆時針調(diào)到底，通電后測量（電位器從最小阻值調(diào)至最大阻值）輸出電壓的變化范圍，正確輸出電壓大約在1.257.5V 。（ 2）穩(wěn)壓輸出紋波電壓在輸出 6V/0.5A 的條件下（通過調(diào)節(jié)電路板中

12、的電位器、滑線變阻器達到） ，由并接在輸出端的交流毫伏表測出穩(wěn)壓輸出交流電壓（通常稱之為紋波 電壓），大約在 0.052.0mV 。直流穩(wěn)壓電源的紋波電壓越小，性能越佳。其接線圖如圖 1-7 所示。圖 1-6 直流穩(wěn)壓電源 PCB 布線圖圖 1-7 直流穩(wěn)壓電源調(diào)試接線圖（3）動態(tài)內(nèi)阻測量將輸出電壓調(diào)至某一數(shù)值 （如 6V），電流調(diào)至某一數(shù)值 （如 0.5A ），記錄電壓與電流值； 再調(diào)節(jié)滑線變阻器的阻值使電流減小至某一數(shù)值， 測試并記錄相應(yīng)的電 壓與電流；然后可按下面關(guān)系式計算：動態(tài)內(nèi)阻 = 輸出電壓變化量 /輸出電流變化量，大約 在 0.050.1 。表 1-1 直流穩(wěn)壓電源測試數(shù)據(jù)測量項

13、目數(shù)據(jù)電壓范圍 /V紋波電壓 /mV動態(tài)內(nèi)阻 / 過電路保護的電流： Imax/A（ 4）測量過電流保護電流值調(diào)節(jié)滑線變阻器，使輸出電流升至某一數(shù)值后突然變?yōu)?0，則那一最大電流值即為過電流保護電流值，此值大約在0.550.6A 。將以上測試步驟的結(jié)果記錄在表 1-1 中。34 故障分析與檢查1正常情況1）空載時測量 TIP42C 的 E端對電源負端的電壓應(yīng)為 17V 左右，說明整流濾波電路工 作正常。2）空載情況下測量輸出端的電壓：應(yīng)隨調(diào)節(jié)電位器RP 的阻值變化而變化，變化范圍是 1.5V9V 。3）測量晶閘管 A 、 K 兩端的電壓，如果晶閘管不導(dǎo)通，電壓為17V 左右，如果晶閘管導(dǎo)通，電

14、壓則為 0.8V 左右。2故障分析（1）接通電源，指示燈不亮，測量TIP42C 的 E 端對電源負端的電壓為 17V。1）LED 損壞或接反。2）9013 損壞或引腳接錯。3）過電流保護起作用（晶閘管損壞或R6 開路或輸出端短路） 。4）R4 短路。（2）指示燈亮，輸出電壓不正常。1）輸出電壓為 0。1 TIP42C 損壞或沒焊接好；2 LM317 沒焊接好；3 輸出端短路。2）輸出電壓的最大值和最小值電壓都偏低，但可調(diào)：1 R5與其它較大阻值的電阻對調(diào)安裝了；2 C4 焊接反了。3）輸出電壓高端、低端電壓都偏高，但可調(diào)；4）輸出電壓始終為 10V 以上：1 電位器 RP損壞或沒焊接好；2 L

15、M317 損壞。（3）輸出電壓正常，但無過電流保護功能。1）晶閘管損壞或引腳接錯。2）S9013 壞或引腳接錯。3）R6 短路。4）R7 斷路。5）C3 兩端短接。6）TIP42C 性能差，放大后輸出電流無法達到 500mA 以上。（4）接通電源，發(fā)出爆破聲。1）C1 反接或耐壓不夠。2） C4 反接或耐壓不夠。3）整流二極管（全部或其中一個）反接。（5）過電流保護時間過長 整流二極管之一接觸不好或損壞。實訓(xùn)一 具有過流保護功能的直流可調(diào)穩(wěn)壓電源、 SCH圖、材料清單序號代號名稱規(guī)格及型號數(shù)量元件名封裝1D1D4二極管1N4007（1A/400V）4Diode 1N4007DIO10.46-5

16、.3x2.82Q1三極管9013（NPN）19013/C8050（自制）BCY-W3/E4-new（ 自制 ）3Q2三極管TIP42C（PNP）1TIP42C（自制 ）221A-04-new（ 自制 ）4U1三端穩(wěn)壓器LM317T1LM317T（ 自制 ）221A-04-new（ 自制 ）5SCR可控硅MCR100-61SCR_MCR100_6（ 自制）BCY-W3/E4-new（ 自制 ）6LED發(fā)光二極管3 綠色1LED0LED3（ 自制 ）7C1電解電容1000/25V1Cap Pol1CAPPR4.5 12.5x228C2電解電容47 /25V1Cap Pol1CAPPR2-5x6.8

17、9C3、C4電解電容22 /25V2Cap Pol1CAPPR2-5x6.810C5電解電容220 /16V1Cap Pol1CAPPR2-5x6.811R1、R4電阻1K（1/2W）2Res2Axial 0.612R2電阻10K （1/4W）1Res2Axial 0.413R3電阻2K （1/4W）1Res2Axial 0.414R5電阻100 （1/4W）1Res2Axial 0.415R6電阻1（1/2W）1Res2Axial 0.616R7電阻1K （1/4W）1Res2Axial 0.417RP電位器5001RPOT2（自制）VR6（自制）18X1、X22P 接線端子GX128 2P2HEADER 1*2（ 自 制）HEADER 1*2（ 自制 ）19單面玻纖感光板7.5mm*3mm120LM317 散熱器1.6mm*1.1mm121CT1電源插頭線兩腳，2A/220V122T電源變壓器6W 12V1三、 PCB 布線規(guī)則建議（ 1）關(guān)閉 DRC Error Marker