直流穩(wěn)壓電源與充電電源.

1、直流穩(wěn)壓電源與充電電源直流穩(wěn)壓電源與充電電源的任務(wù)：設(shè)計一直流穩(wěn)壓電源與充電電電源電路，輸出電壓3V、6V、兩檔，且正負(fù)極性可以轉(zhuǎn)換。整機(jī)直流穩(wěn)壓電源與充電電源電路整體電路框圖，如下1. 整流濾波電路采用橋式整流電容濾波電路。2. 穩(wěn)壓電路采用帶有限流型保護(hù)電路的晶體管串聯(lián)穩(wěn)壓電路。3. 充電電路采用兩個晶體管恒流源電路。二.主要技術(shù)指標(biāo)：1. 輸出電壓：3V、6V兩檔，且正負(fù)極性可以轉(zhuǎn)換。2. 輸出電流：額定電流為 150mA最大電流500 mA。3. 額定電流輸出時， Uo/Uo小于士 10%4. “慢充”或“快充”：能對4節(jié)5號或7號可充電電池“慢充”或“快充”。慢充的充電電流為 50m

2、A60mA快充的充電 電流為 110mA130mA三、直流穩(wěn)壓電源與充電電源的設(shè)計方案：整體電路的設(shè)計應(yīng)由后級往前級進(jìn)行。即先設(shè)計穩(wěn)壓電路，再設(shè)計 充電電路，最后設(shè)計整流電路。1. 穩(wěn)壓電路設(shè)計穩(wěn)壓電路采用帶有限流保護(hù)電路的晶體管串聯(lián)穩(wěn)壓電路電路基本設(shè)計方案如下：1.由于穩(wěn)壓輸出電流lo100mA因此調(diào)整管采用復(fù)合管。2. 提供基準(zhǔn)電壓穩(wěn)壓管可以用發(fā)光二極管 LED代替，兼做電源指示 燈用。3. 由于UO為3v、6v兩檔固定值，且不要求調(diào)整，因此可將取樣電 阻分為兩個，用1*2波段開關(guān)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。4. 輸出端用2*2波段開關(guān)來轉(zhuǎn)換UO極性。5. 過載保護(hù)電路采用限流保護(hù)電路，且二極管用發(fā)光二極管

3、LED弋替，兼做過流指示燈使用穩(wěn)壓電源原理如下圖Uo1LED1 傷R4:5?rEDS（4）!S1U0S2概性轉(zhuǎn)換穩(wěn)壓電路的組成+2 5心0 s+3穩(wěn)壓二極管的缺點是工作電流較小，穩(wěn)定電壓值不能連續(xù)調(diào)節(jié)。線性串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的工作電流較大，輸出電壓一般可連續(xù)調(diào)節(jié)，穩(wěn)壓性能優(yōu)越。(b)十ooc+利用晶體管放大作用，將穩(wěn)壓管穩(wěn)定電路的輸出電流放大后， 再作為輔在電流。電路采用設(shè)計輸出方式，因而引入了電壓負(fù)反饋 可以穩(wěn)定輸出電壓。串聯(lián)型穩(wěn)壓電源電路的組成T1用三極管輸出電壓可調(diào)的特點所組成的穩(wěn)壓電源，因三極管與 負(fù)載相串聯(lián)，所以，又稱為串聯(lián)型穩(wěn)壓電源。串聯(lián)型穩(wěn)壓電源可實 現(xiàn)輸出電壓可調(diào)的目的。穩(wěn)壓電源中

4、的穩(wěn)壓電路由四個單元組成。(1) 基準(zhǔn)單元：限流電阻 R2和穩(wěn)壓管D1組成穩(wěn)壓電路的基準(zhǔn)單元，該單元的作用是為穩(wěn)壓電路提供自動調(diào)整所需的基準(zhǔn)電壓U乙(2) 取樣單元：電阻 R3 R4和電位器RP組成穩(wěn)壓電路的取樣單 元，因該單元與負(fù)載電阻 RL相并聯(lián)，所以該電路兩端電壓的變化 情況直接反映了輸出電壓的變化情況。(3) 放大單元：穩(wěn)壓電路中的放大單元由三極管 T2、電阻R1和穩(wěn) 壓管D1等器件組成，該電路可將取樣電路所采到的電壓 UB2與基 準(zhǔn)電壓UZ進(jìn)行比較，并產(chǎn)生與輸出電壓變化情況成正比的控制信號，控制信號經(jīng)放大后產(chǎn)生控制電壓，控制調(diào)整管 T1的輸出電壓， 以保證穩(wěn)壓電源輸出電壓的穩(wěn)定。(4

5、) 調(diào)整單元：穩(wěn)壓電路中的調(diào)整單元由三極管 T1和外接的負(fù)載 電阻RL等器件組成，調(diào)整管T1與負(fù)載電阻RL等組成射極輸出器。 射極輸出器是串聯(lián)電壓負(fù)反饋電路，因電壓反饋可以穩(wěn)定輸出電壓，所以，穩(wěn)壓電源的輸出電壓將很穩(wěn)定。因穩(wěn)壓電源的輸出電流等于調(diào)整管的集電極電流，當(dāng)輸出電流太大時，可采用復(fù)合管作為調(diào)整管，以提高電路的輸出電流 . 由于在穩(wěn)壓電路中，調(diào)整管與負(fù)載串聯(lián)，因此流過它的電流與負(fù)載 電流一樣大。當(dāng)輸出電流過大或發(fā)生短路時，調(diào)整管會因電流過大 或電壓過高而損壞，所以需要對調(diào)整管加以保護(hù)。電路中， R2、LED1組成減流型保護(hù)電路。此電路設(shè)計在IOP = 1.210時開始起保護(hù)作用，此時輸出

6、電流減小，輸出電壓降低。故障排除后電路應(yīng)能 自動恢復(fù)正常工作。在調(diào)試時，若保護(hù)提前作用，應(yīng)減少 R2 值； 若保護(hù)作用遲后，則應(yīng)增大R2之值。2. 原件參數(shù)計算方法：1. 確定輸入電壓 Ui （ 整流濾波電路輸出電壓 UO） 。當(dāng)忽略檢測電阻R2上的電壓時，有Ui=Uo =Uomax + UcE1=6+UcE1式中，調(diào)整管壓降UCE1 一般在3V-8V間選取，以保證T1能工作再放 大區(qū)，當(dāng)市電電網(wǎng)電壓波動不大時，UCei可選小一些，此時調(diào)整管和 電源變壓器的功耗也可以小一些。2. 確定晶體管。估算出晶體管的Icmax、UCemax和FCmax值，再根據(jù)晶體管的極限參數(shù)Icm、 BUeo、Pcm

7、來選擇晶體管。1 Cmax IO=150MaUcemax=Ui-Uomin=Ui-3Pcmax=Icmaxcemax查晶體管手冊，只要Icm BUCeo Pcm大于上述計算值的晶體管都可以作為調(diào)整管T1所用。3. 確定基準(zhǔn)電壓電路的基準(zhǔn)電壓1因為 Uo= (Uz+Ube3)，所以 UZ=nU o -Ube3 則 Uzv nUn式中，n為取樣電路的取樣比，且 n=1, 般為0.6-0.8之間，所 以UZ應(yīng)小于Umin(3V)LED的工作電壓約為1.8-2.4V,且其正向特性 曲線較陡，因此特可以代替穩(wěn)壓管提供基準(zhǔn)電壓。4. 計算基準(zhǔn)電壓電路的限流電阻 R3限流電路IR3I D=l R3+I E3

8、= UO UZ +I E3IE3R3式中，UZ為Led的工作電壓，其LED2(綠)I D值可取2V；D為LED的工作電流，在2mA-10mA之間取值；IE3為T3的工作電流，可在 0.5mA-2mA間限流電路取值。當(dāng)Ie3的值選定后，為保 證LED能完全可靠的工作，R3的取值應(yīng)滿足條件：2mAD 2mA得R3 V3 Uz2 - I E3當(dāng)Uo = Uomax=6V時，Id最大，即Id=Uo max Uz+ 1 E3=6 -UzR3+ 1 E3v 10mA得 R3因此有 在取值范圍內(nèi)，R3應(yīng)盡量取大一些，這樣有利于UZ的穩(wěn)定。另外, 計算出電阻值還應(yīng)取標(biāo)稱值。5. 計算基準(zhǔn)電壓電路的功率。可依據(jù)

9、以下公式計算出相關(guān)功率的值。Pr3=(Uomax -Uz)R3= (6-Uz)2R3需要注意的是，計算出的電功率也應(yīng)取標(biāo)稱值。6）計算取樣電路。首先，選取取樣電流11 （流過取樣電阻的電流）。若11去的過大， 則取樣電路的功耗也大；若I去取得過小，則取樣n會因T2的基極電 流的變化而不穩(wěn)定，同時也會造成 Uc不穩(wěn)定。在實際應(yīng)用中，一般 取11=（0.05-0.1）10 ,然后計算取樣電阻。當(dāng)Uo=3V時，取樣電電路如2-5圖+Uo有 I1 （ R6+R6 =3（ V）得取樣電路總電阻 R=R4+R6=3/IUz UBE3 3VR6rR =R(Uz UbE3)R6 =3T3R4 = R-R63E

10、Bu此時，就算出的電阻值應(yīng)取標(biāo)稱值，然后利用公式LED2u。+UBE3）計算U。，并觀察U吉Re是否接近指標(biāo)。如U與實際指標(biāo)相差太遠(yuǎn)，則應(yīng)重新取值計算。最后，還應(yīng)對說取電阻進(jìn)行功率計算,并取標(biāo)稱值。7）計算比較放大器的集電極阻比較放大器如2-6圖所示，R1 的取值取決于穩(wěn)壓電源的UO和I。，由此可知o+uB2*1=32=IB2+IC3圖2-6比較放大器Ur2 = Uo+UbE1 +U BE2 Uo+1.4若R1 得太大，則IR1的值太小，Ib2也小，因此提供不出額定電流10;如R値太小，則比較放大器增益減小，會造成穩(wěn)壓性能不好。當(dāng)U0二U0ma=6V寸，R1的值應(yīng)滿足條件Ui -7.4Ri-1

11、 B2 1C3Ui -7.41 B2 1 C3式中，Ib2 由 iB2 =4-確定。（Io=150mA）_1 _2其中，1 i的取值范圍在20-50之間（大功率管取20,中功率管區(qū)50）;12的取值范圍在50-100之間。I C3可用前面計算的R3寸已選定的值I E3.R1的功率估算為R1 =2Ui -(Uomin 1.4)R1需要注意的是，阻值和功率也應(yīng) 取標(biāo)稱值。8.計算限流保護(hù)電路。限流保護(hù)電路如2-7圖所示，檢測電阻R2的計算方法如下：因為 Ud=2Ube + I omax，R2所以R2Ud BE ,1 O max1 O max式中，LD取2V UBE取 0.7V ,最大輸出電流lom

12、ax取500mA電阻功耗的估算為需要注意的是，阻值和功率也應(yīng)取標(biāo)稱值2. 充電電路部分設(shè)計充電電路一般采用晶體管恒 流源電路。u。慢充電路如2-8圖所示，LED 給晶體管發(fā)射極提供2V的 直流穩(wěn)定電壓，再利用 R7 的電流負(fù)反饋作用使集電極電流IO1保持恒定。圖2-8慢充電路原理圖LED給晶體管發(fā)射極提供2V的直流穩(wěn)定電壓，再利用R7的電流負(fù)反饋作用使集電極電流IO1 保持恒定。（1）充電電流由下式?jīng)Q定 元件的計算參數(shù)如下：6=“心冒 晶體管 lcmax=IO1, Ucemax二Uo -3Pomax=lcmaxUcemax所選用的晶體管的參數(shù)IcM、Uceo、PCM應(yīng)大于上述計算值。 二極管V

13、D :可采用普通二極管，正向額定電流應(yīng)大于 1。1,電阻：R?二Ud -UbePr7=|i2R7農(nóng)=吐“PRb=lRb101Id I b式中，Id為LED的工作電流，在5mA10mA間取值；冷為晶體管基極電流，Ib=P（ B取值在50100之間）。2快充電路快充電路如下圖所示，由于快充時充電電流1。2較大，因此晶體 管管耗也較大。為降低管耗，可在集電極回路上增加一個降壓電阻 R11,此時Uce減小，管耗也隨之減小。式中，R9、R10的計算與 慢充電路相同。VC5=VD=IO2R11+3Ve5二Uo-IrcRUce=Vc5-V e5=-Uo +3+U d + I2（R9+Ri1）X/D6IRQL

14、ED4 C tL R1 1A/WR1DX快充電路原理圖由于快充時充電電流102較大，因此晶體管管耗也變大。為降 低管耗，可在集電極回路上增加一個降壓電阻 R11,此時Uce減小， 管耗也隨之減小。式中，R9、R10的計算與慢充電路相同。降壓電阻R11的計算方法是：首先，根據(jù)選用晶體管的PCM和充電電流I02確定Uce，即Ucc0.5I。最高反向工作電壓:1UoT1lo=15QmAUo = 6V14-：汕3Urm 2 U24) .確定濾波電容整流輸岀電路容量:C1( 35)T2Rl式中，T=20mA (輸入交流電流的周期)，(整流濾波電路的負(fù)載)。耐壓：U 1.5UO和C1的容量耐壓均應(yīng)取標(biāo)稱值

15、。4. 整機(jī)電路9.5VPP3-1D-XJ22D 訕0 DegVD1-W4S.2ID.5VT2R11 kCtim_L C3LED2 ft)LEDS (E)鬧24 Wm?1W51NOIlr1 24 OhmHMAI直流穩(wěn)壓電源與充電電源主體電路四. 課程設(shè)計的仿真課程設(shè)計的第一天老師給我們詳細(xì)的講解了每個課題的知識，并 做了 EW仿真演示，下午我們就開始了選課題并自己開始仿真， 通過 模擬的仿真來為第二天的實際電路焊接做準(zhǔn)備。通過仿真我們可以 模擬真實的電路，對原件參數(shù)進(jìn)行修正，從而達(dá)到設(shè)計指標(biāo)。附錄 有EW仿真圖五. 安裝與調(diào)試第二天我們就開始了真實電路的焊接，上午我們領(lǐng)了焊接所需的各 種器件，

16、通過老師的講解我們學(xué)會了檢查各種器件的方法，及判斷 二極管和三極管極性的方法。下午我們就開始了焊接，經(jīng)過兩天的 焊接我們終于完成了電路板的焊接，最關(guān)鍵的就是調(diào)試，決定了整 個最后成功的關(guān)鍵，調(diào)試前老師的一番話把我們大家都嚇住了，如 果電路板焊接有問題，只要一通電就會燒掉，很幸運我們的板子都 沒問題只是沒有達(dá)到技術(shù)指標(biāo)，通過我們慢慢的調(diào)試最終都達(dá)到了 技術(shù)指標(biāo)。實驗測得各項技術(shù)指標(biāo)如下：輸出電壓：穩(wěn)壓3V當(dāng)為3.12V 誤差為4%穩(wěn)壓6V當(dāng)為6.01V 誤差為0.16%慢充電流為 53.5mA快充電流為 118.9mA六 . 課程設(shè)計中遇到的問題及解決方法在整個課程設(shè)計的過程中我們遇到的問題不斷

17、，首先就是 EW仿 真，本來很簡單的仿真到我們這就問題不斷，讓我們搞到半夜才搞 出來。問題的原因就是仿真中原件的選擇，原件選擇不恰當(dāng)，就不 會出現(xiàn)結(jié)果，而且如果連線不注意也會出現(xiàn)錯誤。最后就是調(diào)試階 段出現(xiàn)的結(jié)果老是達(dá)不到技術(shù)指標(biāo)，最后終于終于找到了問題的原 因原來是焊接時電路圖錯誤導(dǎo)致焊接錯誤，我們按照正確的電路圖 連線，就達(dá)到了技術(shù)指標(biāo)。最根本的還是對電路工作原理不理解。 這就要求我們把課本知識學(xué)扎實，打好基礎(chǔ)。七 . 心得體會 一周的課程設(shè)計很快就結(jié)束了，仿佛昨天還在焊接電路板，當(dāng)焊接 結(jié)束通電調(diào)試時，指示燈亮的一瞬間，那種興奮與激動難于用語言 來形容?，F(xiàn)在回想起一周的實習(xí)仍歷歷在目。通過一周的實習(xí)我對 穩(wěn)壓電路有了更清晰的認(rèn)識，對二極管和三極管有了更深刻的認(rèn)識 整個課程設(shè)計做下來，我們建立起來了怎樣解決問題的思路，首先 設(shè)計電路，然后模擬仿真，最后焊接電路板和調(diào)試使之滿足設(shè)計指 標(biāo)。這次課程設(shè)計既是為畢業(yè)設(shè)計做準(zhǔn)備，同時也是為電子