串联直流稳压电源工程实训研究报告 .docx
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1、精品名师归纳总结分立式元器件串联反馈型稳压电源专业: 08 自动化 学号: 同学姓名: 指导老师:何尚平 涂剑鹏 朱淑云摘 要直流稳压电源应用广泛,几乎全部电器、电力或电子设备都毫不例外的需要稳固的直流电压(电流)供电 ,它是电子电路工作的“能源”和“动力”。不同的电路对电源的要求是不同的。在很多电子设备和电路中需要一种当电网电压波动或负载发生变化时,输出电 压仍能基本保持不变的电源。电子设备中的电源一般由沟通电网供应,如何将沟通电压(电流)变为直流电压(电流)供电?又如何使直流电压(电流)稳固?这是电子技术的一个基本问题。解决这个问题的方案很多,归纳起来大致可分为线性电子稳压电源和开关稳压电
2、源两类,它们又各自可以用集成电路或分立元件构成。半导体二极管和晶体管是电子电路中常用的半导体器件,也是构成集成电路的基本单元。本工程训练主要利用这两种元器件设计制作一个分立式元器件串联反馈型稳压电源。直流稳压电源由沟通电网经变压、整流、滤波、和稳压四个主要部分构成。本次设计的主要内容是环围着如何使分立式元器件串联可调直流稳压电源输出直流电压稳固、脉动成分减小而绽开的。第一介绍了全波整流电路的工作原理,接着介绍了电容滤波电路的性能特点,然后引入了具有放大环节和帮助电源的串联可调式稳压电源,并在电路中采纳了提高稳固度,提高温度稳固性及限流型过流爱护电路的详细措施,以确保电路安全稳固的工 作。关 键
3、字: 串 联稳压直 流可调电 源原理, Proteus 及 Altium Designer 软件, PCB 板目录第一章串联反馈型稳压电源1.1 制作串联反馈型稳压电源的目的要求 3一、基本目的3二、基本要求31.2 基本学问介绍3一、电源变压器学问3二、整流电路4三、滤波电路5四、串联型稳压电路51.3 主要元器件简介6其次章分立式元器件串联反馈型稳压电源设计与运算2.1串联稳压原理 72.2 试验设计原理图 72.3电路整体结构的设计与各部分相关参数的运算8一、整流部分设计与运算8二、 滤波电路8三、稳压输出电路部分相关参数的运算8可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结2.4 电
4、路挑选 8第三章 Proteus 及 Altium Designer软件的介绍与使用3.1 Proteus原理图绘制与仿真图133.2 Altium Designer绘制原理图与导入PCB 15第四章 PCB 板的制作与元器件的安装4.1PCB 板的制作流程介绍234.2 生成 PCB 图及制板244.3 安装元器件24第五章 调试分析与性能测试25第六章 心得体会26附录: 工程训练成果评定表第一章 串联反馈型稳压电源整体简介1.1 制作串联反馈型稳压电源的目的要求一、基本目的此次工程训练挑选使用分立式元器件构成串联反馈型直流稳压电源。同学通过实训明白相关分立式元器件的基本结构、工作原理、特
5、性和参数以及由它们构成的串联型直流稳压电源的工作原理、原理图的设计和参数的运算、元器件的选用、运算机软件实现硬件的仿真、 PCB 板的设计、电路的安装和调试,最终完成达到技术指标要求的标准产品。二、基本要求1、依据性能指标和器件状况,设计稳压电源电子电路,并运算器件参数确定挑选器件。(含散热设计)。2、以本工程训练为实例先学习AltiumDesigner 基本学问,并运用其绘制电源sch 原理图和 PCB 图。3、学习 Proteus 学问,对本电源电路进行仿真,最终确定sch和 pcb 图。4、把握电子电路板制作的全过程,实现电源的制作。5、测量电源相关各项技术指标,完成系统调试。1.2 基
6、本学问介绍一、电源变压器学问1. 初级 Primary Winding :是指电源变压器的电源输入端。2. 次级 Secondary Winding :是指电源变压器的输出端。3. 额定输入电压U:是指电源变压器的初级所接上的电压,也就是电源变压器的工作电压。对 GS 变压器来说, U 230V 。对 BS 变压器来说, U 240V 。4. 空载电流 I:是指电源变压器的初级接上额定输入电压U 而次级不带负载(即开路)时,流过初级的电流。I 与变压器的设计有关,即使是两个不同厂家生产的相同规格的电源变压器,其 I 也可能不同。5. 空载电压 U:是指变压器初级接受上额定输入电压U 次级不带负
7、载(即开路) 时,次级两端的电压。U 与变压器的设计有关,即使是两个不同厂家生产的相同规格的电源变压器,其U 也可能不同。6. 负载电流 I:是指变压器初级接上额定输入电压U ,次级接上额定负载时,流过负载的电流。7. 负载电压 U :是指变压器初级接上额定输入电压U,次级接上额定负载时,负载两端的电压。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结8. 定输出功率 P:是指变压器在额定输入电压U 时的输出功率,它表示变压器传送能量的大小。一般来说,在相同频率下,P 越大,变压器的尺寸越大。P 相同,即使输出电压 U 不同,变压器的尺寸也相同,即变压器的价格也应相差无几。由公式 P=U*I可
8、知如输出功率P 肯定,如输出电压U 越高,就输出电流I 越低。举例 来 说 , 一 个 输 出 功 率 P=10VA的 变 压 器 , 如 输 出 电 压 U=24V , 就 输 出 电 流 I=P/U=10V A/24V 0.416A 。如 U=12V , 就输出电流 I=0.833A 。电源变压器:将电网沟通电压变为整流电路所需的沟通电压,一般次级电压u2 较小。变压器副边与原边的功率比为P2/ P1=,式中 是变压器的效率。P/vA副边功率1010-3030-8080-200效率 0.60.70.80.85对于本次工程训练对电源变压器的要求主要为次级空载电压大小,额定输出功率,变压器的额
9、定容量,所以在本次工程训练中挑选的是小型单相式变压器,有四组输出线分别为7V 、10V 、17V 、10V 。可依据详细功率及运算要求挑选。二、整流电路1、半波整流电路由以上图可知,半波整流电路的利用率低,一般不采纳。2、全波整流电路由于变压器副线圈的接线较复杂,在实际中叶一般不采纳。3、桥式整流电路电路工作原理:利用二极管正向导通反向截止的工作原理,当 U2为正半周时二极管D1 、D3 导通 ,D2D4 截止当 U2 为负半周时二极管D2 、D4 导通 , D1 、D3 截止。而流过负载的电流的方向是一样的, 在负载形成单方向的全波脉动电压。.从而实现将沟通的电压变 为直流电压 .主要参数:
10、 Uo=0.9*Ui脉动系数 :S=0.67 选管原就 : If 1/2Io Ur 1.414U2 结构简洁性能优越,绝大多数整流电路采纳桥式整流电路,所以本次工程训练采纳桥式整流。二、滤波电路滤波电路主要有:电容滤波、RC- 型滤波、 LV- 型滤波、 L 滤波, LC 滤波,其中LC 滤波电路在负载电流较大或较小时,均有较佳的滤波特性,故LC 滤波对负载的适应性最强,整流管的冲击电流小,特殊适用在电流变化较大的场合,所以本电路采纳LC 滤波电路,LC 滤波电路LC滤波波形电路利用电感器两端的电流不能突变的特点,把电感器与负载串联起来,以达到使输出电流平滑的目的。从能量的观点看,当电源供应的
11、电流增大(由电源电压增加引起)时,电感器 L 把能量储备起来。而当电流减小时,又把能量释放出来,使负载电流平滑,所以电感 L 有平波作用 ,再并上一个电容 , 利用电容的充放电作用, 使得负载电流较大时或较小时可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结均有较佳的滤波才能.主要参数 :LC滤波电路的直流输出电压,如忽视电感上的压降,就输出直流电压等于全波整流的输出电压,就有 Uo=0.9U2四、串联型稳压电路稳压电路:它能在电网电压和负载电流的变化时,保持输出直流电压的稳固。它是直流稳压电源的重要组成部分,打算着直流电源的重要性能指标。稳压电路的主要指标:1. 稳压电路的主要指标稳压系数S
12、r 和稳压电路的输出电阻稳压系数Sr :稳压系数是在有负载固定不变的前提下,输出电压的相对变化量 Uo/Uo与稳压电路输入电压相对变化量Ui/Ui之比,即:该指标反映了电网波动对输出电压的影响。此外稳压电路输入电压Usc 就是整流滤波以后的直流电压。2. 稳压电路的输出电阻输出电阻可以衡量稳压电路受载电阻的影响程度,即: 除了上述两个指标外,有时仍用其它指标 :电压调整率,指当电网电压(u2 )变化10% 时,输出电压的相对变化量。电流调整率,指当输出电流Io 从零到最大时,输出电压的相对变化。最大波纹电压,反映在输出端存在的 HZ 或者 100Hz沟通重量,通常以有效值或峰 峰值表示。温度系
13、数,指电网电压和负载都不变时,由于温度变化面引起的输出电压漂移等。直流稳压电路的类型很多,有:硅稳压管稳压电路、串联某型稳压电路、集成稳压电路,开关稳夺电路,其中集成稳压电路相对于其它类型的稳夺电路来讲具有体积小、稳固性高、输出电阻小、温度性能好、使用便利、外围元件少等优点,在实际应用中得到广泛应用。集成稳压器有两种: 输出固定电压和可调输出电压的稳压块。1.3 主要元器件简介一、三极管:( 1)、 9013NPN低频放大 40V 50V 0.5A 0.625W 150MHZ hFE: 100 1000 放大倍数分段可选( 2)、 9012 PNP 50V 500mA 600mW低频管 放大倍
14、数 30-90( 3)、大功率三极管2SC2563 NPN通用参数: 8.0A/120V二、常用整流二极管参数IN5399耐压 1000V1.5A1N4007硅整流二极管1000V, 1A,可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结三、芯片1N4735A 1W6.2V稳压管1N4727A 1W3V稳压管可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结1、数显部分芯片:ICL710731/2位双积分型A/D转换器, 主要参数:电源电压ICL7107 V+ to GND 6V温度范畴 0 to 70 ICL7107 V- to GND -9V可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结热
15、电阻 PDIP 封装 qJA /W 50 MQFP 封装 80模拟输入电压V+ to V- 最大结温 150参考输入电压V+ to V- 最高储存温度范畴-65 to 150 时钟输入GND to V+2、 7805 芯片 输出 5V 电压 详细参数见集成电路查询网四、电磁继电器电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。只要在线圈两端加上肯定的电压,线圈中就会流过肯定的电流,从而产生电磁效应,衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯,从而带动衔铁的动触点与静触点(常开触 点)吸合。当线圈断电后,电磁的吸力也随之消逝,衔铁就会在弹簧的反作用力返回原先的位置,使动触点与原
16、先的静触点(常闭触点)释放。这样吸合、释放,从而达到了在电路中的导通、切断的目的。对于继电器的 “常开、常闭 ”触点,可以这样来区分:继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点,称为 “常开触点 ”。处于接通状态的静触点称为“常闭触点 ”。其次章分立式元器件串联反馈型稳压电源设计与运算2.1 串稳压电路原理当电网电压降低或负载电阻减小而使输出端电压有所下降时,其取样电压UB2 相应减小, T2 基极电位下降。但因T2 发射极电位既稳压管的稳固Uz 保持不变,所以发射极电压UBE2 减小,导致 T2 集电极电流减小而集电极电位Uc2 上升。由于放大管T2 的集电极与调整管 T1 的基极接在一起,故T
17、1 基极电位上升,导致集电极电流增大而管压降UCE1 减小 。 因 为T1与RL串 联 , 所 以 , 输 出 电 压Uo基 本 不 变 。同理 ,当电网电压或负载发生变化引起输出电压Uo 增大时,通过取样、比较放大、调整等过程,将使调整管的管压降UCE1 增加,结果抑制了输出端电压的增大,输出电压仍基本保持不变。调节电位器Rp,可对输出电压进行微调。从图可见,调整管T1 与负载电阻 RL 组成的是射极输出电路,所以具有稳固输出电压的特点。在串联型稳压电源电路的工作过程中,要求调整管始终处在放大状况。通过调整管的电流等于负载电流,因此必需选用适当的大功率管作调整管,并按规定安装散热装置。为了防
18、止短路或长期过载烧坏调整管,在直流稳压器中一般仍设有短路爱护和过载爱护等电路。2.2 试验设计原理图2.3 电路整体结构的设计与各部分相关参数的运算直流稳压电源电路可分为以下几个模块:变压器( 220V50Hz )整流滤波稳压电路(反馈调整、取样电路)稳固直流一、整流电路1、整流输出电压平均值:(U o)Uo= 1/2 uodwt=0.9U 220负载上的平均电流: IL=0.9U 2 /RL可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结2、脉动系数 SS 定义为:整流输出电压的基波峰值U om 与平均值 U o 的比值。所以 ,经运算知 S=2/3 0.67二、滤波电路RLC 愈大电容放电
19、越慢 Uo 越大 一般取td=RLC 35T/2 T : 电源电压的周期 近似估算: Uo =1.2U 2三、稳压输出电路部分相关参数的运算可分析得知该电路具有稳压功能。对应原理图看有 一个档位 :UQ5b=(R1+R4)Uo/R1+R4+R8所以 ,输出最小:Uo=R1+R4+R8 UQ5b/R4+R8输出最大:Uo= R1+R4+R8 UQ5b/R52.4 电路挑选依据所给的电路性能指标,初选直流稳压电源设计原理图如下:3.2 、变压部分这一部分主要运算变压器B1 次级输出电压( UB1) O 和变压器的功率 PB1。一般整流滤波电路有2V 以上的电压波动(设为UD)。调整管 T1 的管压
20、降( UT1) CE 应维护在 3V 以上,才能保证调整管T1 工作在放大区。整流输出电压最大值为15V 。依据其次章常用整流滤波电路运算表可知,桥式整流输出电压是变压器次级电压的1.2 倍。当电网电压下降10时,变压器次级输出的电压应能保证后续电路正常工作,那么变压器 B1 次级输出电压( UB1) OMIN 应当是:(U B1) OMIN ( UD( UT1) CE( U O) MAX ) 1.2(U B1) OMIN ( 2V 3V 15V ) 1.220V1.2 16.67V就变压器 B1 次级额定电压为:(U B1) O( UB1) OMIN 0.9(U B1) O 16.67V0.
21、9 18.5V当电网电压上升10时,变压器B1 的输出功率最大。这时稳压电源输出的最大电流( IO) MAX 为 500mA 。此时变压器次级电压(U B1) OMAX 为:(U B1) OMAX ( U B1) O1.1(U B1) OMAX 18.5V1.1 20.35V变压器 B1 的设计功率为: PB1( U B1) OMAX ( IO) MAX PB120.35V500mA 10.2VA为保证变压器留有肯定的功率余量,确定变压器B1 的额定输出电压为18.5V ,额定功率为 12VA 。实际购买零件时假如没有输出电压为18.5V 的变压器可以选用输出电压为可编辑资料 - - - 欢迎
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