直流穩(wěn)壓電源設計方案

1、電 路 設 計 方 案第一章 緒論直流穩(wěn)壓電源一般由變壓器、整流器、濾波器和穩(wěn)壓器四部分組成。變壓器把220V交流電（市電）變?yōu)榉€(wěn)壓所需的低壓交流電；整流器把低壓交流電變?yōu)橹绷麟姡徽骱蟮闹绷麟娭腥詴薪涣鞒煞?，可以通過濾波電路將交流成分濾除；經(jīng)濾波后，穩(wěn)壓器再把不穩(wěn)定的直流電壓變?yōu)榉€(wěn)定的直流電壓輸出。 穩(wěn)壓電源的分類方法繁多，按輸出電源的類型分有直流穩(wěn)壓電源和交流穩(wěn)壓電源；按穩(wěn)壓電路與負載的鏈接方式分有串聯(lián)穩(wěn)壓電源和并聯(lián)穩(wěn)壓電源；按調(diào)整管的工作狀態(tài)分有線性穩(wěn)壓電源和開關穩(wěn)壓電源；按電路類型分有簡單穩(wěn)壓電源和反饋型穩(wěn)壓電源，等等。如此繁多的分類方式往往讓初學者摸不著頭腦，不知道從哪里入手。其

2、實應該說這些看似繁多的分類方法之間有著一定的層次關系，只要理清了這個層次自然可以分清楚電源的種類了。 直流穩(wěn)壓電源的技術指標可以分為兩大類：一類是特性指標，反映直流穩(wěn)壓電源的固有特性，如輸入電壓、輸出電壓、輸出電流、輸出電壓調(diào)節(jié)范圍；另一類是質量指標，反映直流穩(wěn)壓電源的優(yōu)劣，包括穩(wěn)定度、等效內(nèi)阻（輸出電阻）、紋波電壓及溫度系數(shù)等。并聯(lián)穩(wěn)壓電源有效率低、輸出電壓調(diào)節(jié)范圍小和穩(wěn)定度不高這三個缺點。而串聯(lián)穩(wěn)壓電源正好可以避免這些缺點，所以現(xiàn)在廣泛使用的一般都是串聯(lián)穩(wěn)壓電源。第二章 系統(tǒng)設計方案論證及分析2.1概 述晶體管串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源電路主要元件包括：晶體三極管、限流電阻、穩(wěn)壓二極管、以及濾波電

3、容。令限流電阻與穩(wěn)壓二極管串聯(lián)，并在電源與地之間，便可在穩(wěn)壓二極管上得到穩(wěn)定的電壓，之后由NPN型三極管射極輸出、集極接電源輸入，穩(wěn)壓二極管接基極、由于發(fā)射極與基極PN結間電壓固定，因此電路的輸出電壓等于穩(wěn)壓二極管的電壓與PN結電壓之和。 2.2設計指標1、 學習小功率直流穩(wěn)壓電源的設計與調(diào)試方法。2、 掌握小功率直流穩(wěn)壓電源有關參數(shù)的測試方法。3、通過集成直流穩(wěn)壓電源的設計、安裝和調(diào)試，要求學會： (1)選擇變壓器、整流二極管、濾波電容及集成穩(wěn)壓器來設計直流 穩(wěn)壓電源； (2)掌握直流穩(wěn)壓電路的調(diào)試及主要技術指標的測試方法。(3)通過電路的設計可以加深對該課程知識的理解以及對知識的綜合運用。

4、2.3設計任務。2.4設計要求直流穩(wěn)壓電源的基本要求：(1)合理的選擇電源變壓器；(2)合理選擇集成穩(wěn)壓器；(3)完成全電路理論設計、計算機輔助分析與仿真、安裝調(diào)試、繪制電路圖；(4)撰寫設計使用說明書。(5)穩(wěn)壓電源在輸入電壓為220，50Hz. 電壓變化范圍為-10%+10%條件下： a. 輸出直流電壓為1.26V12V,+12V,+9V,+5V,-5V； b. 最大輸出電流為:Iomax500mA； c. 紋波電壓(峰-峰值) 5mV(最低輸入電壓下，滿載)； d. 具有過流保護及短路保護功能； e. 畫出總體設計框圖，以說明直流穩(wěn)壓電源有哪些相對獨立的功能

5、模塊組成，標出各個模塊之間的聯(lián)系、變化，并以文字對原理作輔助說明。設計各個功能模塊的電路圖，加上原理說明。選擇合適的元器件，接線驗證、調(diào)試各個功能模塊的電路，在接線驗證時設計、選擇合適的輸入信號和輸出方式，在充分電路正確性同時，輸入信號和輸出方式要便于電路的測試和故障排除。在驗證各個功能模塊基礎上，對整個電路的元器件和布線，進行合理布局，進行直流穩(wěn)壓電源整個電路的調(diào)試。2.5設計方案論證小功率穩(wěn)壓電源由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路四個部分組成，如圖2.1所示。負載穩(wěn)壓電路濾波電路整流電路變壓器（a） U1 U2 Ui UI1 UI2 圖2.1（a）、（b）穩(wěn)壓電源的組成框圖及整流與

6、穩(wěn)壓過程2.6電路原理分析直流穩(wěn)壓電源一般由電源變壓器T、整流、濾波電路及穩(wěn)壓電路所組成，基本框圖如圖2.2所示。各部分的作用： 圖2.2 基本框圖（1） 電源變壓器T的作用是將電網(wǎng)220V的交流電壓變換成整流濾波電路所需要的交流電壓U2。變壓器副邊與原邊的功率比為P2/ P1=，式中是變壓器的效率。 （2） 整流濾波電路：整流電路將交流電壓U1變換成脈動的直流電壓。再經(jīng)濾波電路濾除較大的紋波成分，輸出紋波較小的直流電壓U0。常用的整流濾波電路有全波整流濾波、橋式整流濾波等，如圖2.3所示。 圖2.3 橋式整流整流橋將交流電壓U2變成脈動的直流電壓，再經(jīng)濾波電容C濾波紋波，輸出直流電壓U0。U

7、0與交流電壓輸出U2的有效值u2的關系為 U0=（1.1-1.2）u2每只整流二極管承受的最大的方向電壓Vrm=u2通過每只二極管的平均電流I=0.5Ir=0.45u2/R式中,R 為整流電路的負載電阻.它為電容C提供放電回路,RC放電時間常數(shù)應滿足RLC(3-5)T/2式中,T為50HZ交流電壓的周期,即20ms.（3）電壓輸出穩(wěn)壓器由于輸入電壓U1發(fā)生波動、負載和溫度發(fā)生變化時，濾波電路輸出的直流電壓UI會隨著變化。因此，為了維持輸出電壓UI穩(wěn)定不變，還需加一級穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓電路的作用是當外界因素（電網(wǎng)電壓、負載、環(huán)境溫度）發(fā)生變化時，能使輸出直流電壓不受影響，而維持穩(wěn)定的輸出。穩(wěn)壓電路一

8、般采用集成穩(wěn)壓器和一些外圍元件所組成。采用集成穩(wěn)壓器設計的穩(wěn)壓電源具有性能穩(wěn)定、結構簡單等優(yōu)點。 2.7直流穩(wěn)壓電源的參數(shù)設計方法穩(wěn)壓電源的設計，是根據(jù)穩(wěn)壓電源的輸出電壓Uo、輸出電流Io、輸出紋波電壓Uop-p等性能指標要求，正確地確定出變壓器、集成穩(wěn)壓器、整流橋和濾波電路中所用元器件的性能參數(shù)，從而合理的選擇這些器件。直流穩(wěn)壓電源的參數(shù)設計可以分為以下三個步驟：根據(jù)穩(wěn)壓電源的輸出電壓Uo、最大輸出電流Iomax，確定穩(wěn)壓器的型號及電路形式。根據(jù)穩(wěn)壓器的輸入電壓，確定電源變壓器副邊電壓U2的有效值u2；根據(jù)穩(wěn)壓電源的最大輸出電流I0max，確定流過電源變壓器副邊的電流I2和電源變壓器副邊的功

9、率P2；根據(jù)P2，從表1查出變壓器的效率，從而確定電源變壓器原邊的功率P1。然后根據(jù)所確定的參數(shù)，選擇電源變壓器。確定整流橋的正向平均電流ID、整流橋的最大反向電壓和濾波電容的電容值和耐壓值。根據(jù)所確定的參數(shù)，選擇整流橋和濾波電容。設計參數(shù)如下： 1 選擇成穩(wěn)壓器 穩(wěn)壓管：D6=8.2V.選擇電源變壓器 次級線圈的電壓：（以220輸入，輸出500mA為準,整流部分二極管的壓降為3V，三極管的 壓降為3V,輸出電壓為15V） V3=2+3+15=20V V2=V3/1.2=16.67V 次級線圈的電壓：V2=V2/0.9=18.5V（3）用整流橋和濾波電容整流部分：二極管的選擇：耐壓u=20.3

10、5×230V 電流Imax=0.5Imax=1A 功率 選材：4001濾波電容：RC>(35)T/2=(35) ×0.01 C>0.05/R=0.05/124200uF（其中R=6/0.5=12歐） 耐壓u=20.35×1.41430V 選材：3300uF/50V 第三章 單元電路的設計在電子電路中，通常都需要電壓穩(wěn)定的直流電源供電。本次課程設計的穩(wěn)壓源是小功率穩(wěn)壓源，它由電源變壓器，整流，濾波和穩(wěn)壓電路等四部分組成。各部分的介紹如下：3.1電源變壓器電源變壓器的作用是將交流電網(wǎng)220V的交流電壓變換為所需的交流電壓。變壓器的副邊與原邊的功率比定義為變

11、壓器的效率。3.2整流電路 整流電路的任務是將交流電變?yōu)橹绷麟?，完成這一任務主要靠二極管的單向導電作用，因此二極管是構成整流電路的關鍵元件。在小功率整流電路中，常見的幾種整流電路有單相半波，全波，橋式和被壓整流電路。本設計中采用的是單相橋式整流電路。 在橋式整流電路中，二極管D1，D3和D2，D4是兩兩輪流導通的，所以流經(jīng)每個二極管的平均電流為: （3-2-1）每只整流二極管承受的最大反向電壓為： （3-2-2）一般電網(wǎng)電壓波動范圍為±10%。實際上選用的二極管的最大整流電流和最高反向電壓應留有大于10%的余量。橋式整流電路的優(yōu)點是輸出電壓高，紋波電壓小，管子所承受的最大反向電壓較低

12、，同時因電源變壓器在正，負半周內(nèi)都有電流供給負載，電源變壓器得到了充分的利用，效率較高。3.3濾波電路 濾波電路用于濾去整流輸出電壓中的紋波，一般由電抗元件組成。濾波電路的形式很多，為了掌握它的分析規(guī)律，把它分為電容輸入式和電感輸入式。前一種濾波電路多用于小功率電源中，而后一種濾波電路多用于較大功率電源中。所以本設計中采用電容輸入式濾波電路。 在表達式（3-2-2）中電阻R為整流濾波電路的負載電阻，它為電容C提供放電回路，RC放電時間常數(shù)應滿足 RC >（35）T/2 （3-3-1）式中T為50HZ交流電壓的周期，及20ms。3.4穩(wěn)壓電路1.穩(wěn)壓原理。利用穩(wěn)壓二極管的反向擊穿特性。由于

13、反向特性陡直，較大的電流變化，只會引起較小的電壓變化。VIVOVZIZIRVRVO2.串聯(lián)穩(wěn)壓電源構成VO =VI-VR 當VIR VR在一定程度上抵消了VI增加對輸出電壓的影響。若負載電流ILRVR在一定程度上抵消了因IL增加，使VI減小，對輸出電壓減小的影響。第4章 制作與檢測4.0 PCB板的制作 1.準備原理圖和網(wǎng)絡表。2.規(guī)劃電路板，設置參數(shù)。3.裝入網(wǎng)絡表，元件封裝。4.布置元件，手工調(diào)整。5.布線，手工調(diào)整。6.pcb文件存盤，save，打印輸出。并檢查打印出來的PCB圖是否完好。 7.用Fecl3 溶液進行腐蝕。安裝與檢查對電路進行組裝：按照自己設計的電路，在PCB板上焊接。焊

14、接完畢后，應對照電路圖仔細檢查，看是否有錯接、漏接、虛焊的現(xiàn)象。對安裝完成的電路板的參數(shù)及工作狀態(tài)進行測量，以便提供調(diào)整電路的依據(jù)。經(jīng)過反復的調(diào)整和測量，使電路的性能達到要求。4.2 焊接技術 手工焊接一般分四步驟進行。準備焊接:清潔被焊元件處的積塵及油污,再將被焊元器件周圍的元器件左右掰一掰,讓電烙鐵頭可以觸到被焊元器件的焊錫處,以免烙鐵頭伸向焊接處時燙壞其他元器件。焊接新的元器件時,應對元器件的引線鍍錫。加熱焊接:將沾有少許焊錫和松香的電烙鐵頭接觸被焊元器件約幾秒鐘。若是要拆下印刷板上的元器件,則待烙鐵頭加熱后,用手或鑷子輕輕拉動元器件,看是否可以取下。清理焊接面:若所焊部位焊錫過多,可將

15、烙鐵頭上的焊錫甩掉(注意不要燙傷皮膚,也不要甩到印刷電路板上!),用光烙錫頭"沾"些焊錫出來。若焊點焊錫過少、不圓滑時,可以用電烙鐵頭"蘸"些焊錫對焊點進行補焊。檢查焊點:看焊點是否圓潤、光亮、牢固,是否有與周圍元器件連焊的現(xiàn)象。注意： 安裝前應檢查元器件的質量，安裝是特別要注意電解電容、集成芯片等主要器件的引腳和極性，不能插錯。從輸入級開始向后級安裝。4.3 穩(wěn)壓電源各項性能指標的測試在本次設計中，測試了穩(wěn)壓電源的主要性能指標，穩(wěn)壓系數(shù)，內(nèi)阻，紋波電壓等。其方法如下：測量穩(wěn)壓系數(shù)：在負載電流為最大時，分別測得輸入交流比220V增大和減小10%的輸出Vo

16、，并將其中最大一個代入公式計算Sr，當負載不變時，Sr=VoVi/ViVo。測量內(nèi)阻：在輸入交流為220v,分別測得負載電流為0及最大值時的Vo，則ro=Vo/Il測量紋波電壓：疊加在輸出電壓上的交流分量，一般為mv級?？蓪⑵浞糯蠛?，用示波器觀察其峰-峰值Vop-p，也可用交流毫伏表測量其有效值Vo,由于紋波電壓不是正弦波，所以用有效值衡量存在一定誤差。一、電路的調(diào)試與檢測一、調(diào)試前的準備 （一）外觀檢查： (1)電源調(diào)試前，仔細檢查整流濾波電容極性裝配是否正確，以免發(fā)生意外及損壞元器件。 (2)、防止輸出端或負載短路，以免損壞電源調(diào)整管或其它元器件。 （二）電路靜態(tài)檢測 整流輸出端對地電阻1

17、0K 穩(wěn)壓輸出端對地電阻約 2K （三）變壓器的檢測 （1）靜態(tài)直流電阻 初級 130 次級 1 （2）加電測量 初級 220V 次級 18V 變壓器無明顯發(fā)燙、震動、名叫現(xiàn)象。二、調(diào)試工藝文件 1儀器儀表 、GB一9毫伏表1臺， 、05kW調(diào)壓器1臺， 、萬用表1塊， 、常用調(diào)試工具1套 、35W電烙鐵1把(外殼接地)， 、300V交流電壓表1個， 、3A交流電流表1個， 、工藝電阻：15W、15電阻1只。3、調(diào)試儀器與電路的連接 4調(diào)試的步驟和方法 （1）、電路調(diào)整 將調(diào)壓器調(diào)準在220V，接上變壓器插頭，調(diào)整W2，直流輸出電壓變化為312 V連續(xù)可調(diào)。調(diào)W2使直流輸出電壓為9±

18、0.2V。 （2）、測電源消耗和負載特性 仍在調(diào)壓器為220V，直流輸出電壓為9±0.2V的情況下，接入15假負載；此時交流電流表指示值應100mA。當斷開10假負載(即直流輸出為空載)，交流電流表指示應10mA。 (3)、測電壓調(diào)整率 電源輸出端接上10假負載，調(diào)壓器從180V調(diào)到240V，直 流輸出電壓為12±02V。 (4)、測紋波電壓 GB一9毫伏表接10負載兩端，將表置10mV檔，檢查表上紋波電壓應5mV。2技術要求 (1)、輸出電壓在12V上下可調(diào)，當交流電壓為220V時，輸出直流電壓為12±02V， (2)、紋波電壓：當交流電壓為220V時，10假負

19、載上的紋波電壓5mV： (3)、交流電源消耗：滿載時150mA，空載時40mA。二、 技術指標測量、測量穩(wěn)壓系數(shù)，先調(diào)節(jié)自藕變壓器使輸入的電壓增加10%，即Vi=242V, 測量此時對應的輸出電壓Vo1；再調(diào)節(jié)自藕變壓器使輸入減少10%，即Vi=198, 測量此時對應的輸出電壓Vo2, 然后測量出Vi=220V時對應的輸出電壓Vo, 則穩(wěn)壓系數(shù) Sv= (Vo/Vi)/(Vi/Vi) = . 下表為在實驗室中測得的數(shù)據(jù)并通過計算得出的穩(wěn)壓系數(shù)結果：輸出電壓ViVdVo穩(wěn)壓系數(shù)12v241v18.4v12.3v9v221v17.5v9.5v9v195v15.2v9.3v-5v-4.67v-4.7v-4.62v（2）紋波電壓的測試 用示波器觀察Uo的峰峰值，（此時Y通道輸入信號采用交流耦合AC），測量Uop-p的值（約4mV）。下表為在實驗室測得的紋波電壓實驗數(shù)據(jù)：輸出電壓（v）紋波電壓（mv）129.293.652.730.6 （3）調(diào)壓測試 在實際電路板中，R1=1.5K RP1=10K 由公式，則可以算的理論的調(diào)壓范圍為1.2512V，而實際中輸入LM317中的電壓要小于25.73V，因此也無法達到這么大的電壓。Vmin=1.26V還是與基準電壓1.25V非常接近。4.