穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、聊城大學(xué)東昌學(xué)院聊城大學(xué)東昌學(xué)院 本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）題題目：目：線性直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)線性直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 專業(yè)代碼：專業(yè)代碼： 080251080251 作者姓名：作者姓名： 凌云志凌云志 學(xué)學(xué)號：號： 2010002068320100020683 單單位：位： 聊城大學(xué)東昌學(xué)院聊城大學(xué)東昌學(xué)院 指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師： 張雪張雪 20142014 年年 5 5 月月 3 3 日日聊城大學(xué)東昌學(xué)院本科畢業(yè)論文聊城大學(xué)東昌學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）（設(shè)計(jì)）原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所提交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，論文中不含其他人

2、已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得聊城大學(xué)東昌學(xué)院或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位證書而使用過的材料。對本文的研究作出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人承擔(dān)本聲明的相應(yīng)責(zé)任。學(xué)位論文作者簽名：日期指 導(dǎo) 教 師 簽 名： 日期 聊城大學(xué)東昌學(xué)院本科畢業(yè)論文聊城大學(xué)東昌學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）（設(shè)計(jì)）目目 錄錄前前 言言.1.1.穩(wěn)壓電源主電路設(shè)計(jì)穩(wěn)壓電源主電路設(shè)計(jì).1.1 電源主電路設(shè)計(jì) .1.3 整流電路 .1.4 濾波電路 .1.5 穩(wěn)壓電路 .1.6 輸出電流放大電路 .2.2.元器件參數(shù)設(shè)計(jì)元器件參數(shù)設(shè)計(jì).2.1 變壓器設(shè)計(jì) . 2.1.1 電源變壓器的鐵芯. 2.1.2

3、 電源變壓器的簡易設(shè)計(jì). 2.1.4 變壓器的鐵芯與繞組. 2.1.5 額定電壓 U1和 U2. 2.1.6 額定電流 I1和 I2. 2.1.7 額定頻率.2.2 散熱片設(shè)計(jì) . 2.2.1 散熱片底部厚度. 2.2.2 鰭片形狀. 2.2.3 鰭片角度鰭片角度約三度. 2.2.4 鰭片厚度. 2.2.5 散熱片表面處理.3.3.電源性能檢測電源性能檢測.3.1 紋波特性檢測 .3.2 輸出電阻檢測 .3.3 保護(hù)電路 .4.4.誤差分析誤差分析.參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).致謝致謝.聊城大學(xué)東昌學(xué)院本科畢業(yè)論文聊城大學(xué)東昌學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）（設(shè)計(jì)）附錄一：附錄一：.附錄二：附錄二：.聊城大學(xué)東

4、昌學(xué)院本科畢業(yè)論文聊城大學(xué)東昌學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）（設(shè)計(jì)）摘摘 要要電源是電子電器設(shè)備重要的部件，線性直流穩(wěn)壓電源可用于通信系統(tǒng)作通信電源?，F(xiàn)市場上主流電源有開關(guān)電源，可控硅電源，和晶體管線性電源幾種。線性電源雖然效率低，但由于特定場合對于電源紋波和精度的要求，仍需使用線性直流源供電。如何提高電源效率和降低紋波也是本設(shè)計(jì)需要探討的問題。通信系統(tǒng)一般要求電源輸出功率較大，在較低輸出電壓（如 13.8V 左右）的情況下，則相對輸出電流要求較大。如今市場上常見的通信電源功率可達(dá) 300W。300W 線性穩(wěn)壓電源輸出電流可達(dá) 30A,為了更好的應(yīng)用于各種場合，電源輸出電壓設(shè)計(jì)在1215V 連續(xù)可調(diào)

5、。 關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：大功率 ；線性調(diào)整；直流電源聊城大學(xué)東昌學(xué)院本科畢業(yè)論文聊城大學(xué)東昌學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）（設(shè)計(jì)）AbstractPower supply is the important equipment of electrical and electronic components; The high-power linear DC power supply which I tell of can be used for communication system to serve as communication power. In the present market the m

6、ainstream power source has power switching power supply, SCR power supply, and several linear power transistors.Although the linear power source the efficiency is low, an occasion for power ripple and accuracy requirements still using the linear DC course supply. How to improve power efficiency and

7、lower ripple is the problem we need to probe. Generally, communication systems require a greater power output in the low output voltage (as 13.8V or so), so need the relatively large output current requirements. Today, communication power supply in market, the common power come up to 300W. The desig

8、n I made the linear regulated of 300W power supply can output current up to 30A, for a better application in each kind of situation, I designed the output voltage is continuously adjustable in the 12 15V .Keyword：High Power； Linear scaling； DC-Power聊城大學(xué)東昌學(xué)院本科畢業(yè)論文聊城大學(xué)東昌學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）（設(shè)計(jì)）線性直流穩(wěn)源的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)壓電線

9、性直流穩(wěn)源的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)壓電前前 言言線性穩(wěn)壓電源，是指調(diào)整管工作在線性形態(tài)下的直流穩(wěn)壓電源。根據(jù)調(diào)整管的工作狀態(tài)，我們常把穩(wěn)壓電源分成兩類：線性穩(wěn)壓電源和開關(guān)穩(wěn)壓電源。線性穩(wěn)壓電源是比較早使用的一類直流穩(wěn)壓電源。線性穩(wěn)壓直流電源的特點(diǎn)是：輸出電壓比輸入電壓低；反應(yīng)速度快，輸出紋波較??；工作產(chǎn)生的噪聲低；效率較低；發(fā)熱量大（尤其是大功率電源） ，間接地給系統(tǒng)增加熱噪聲。線性電源主要包括工頻變壓器、輸出整流濾波器、控制電路、保護(hù)電路等。線性電源是先將交流電經(jīng)過變壓器變壓，再經(jīng)過整流電路整流濾波得到未穩(wěn)定的直流電壓，要達(dá)到高精度的直流電壓，必須經(jīng)過電壓反饋調(diào)整輸出電壓很高的穩(wěn)定度。但是它的缺點(diǎn)是需要

10、笨重的變壓器，所需的濾波電容的體積和重量也會比較大，而且電壓反饋電路是工作在線性狀態(tài)，調(diào)整管上有一定的電壓降，大功率線性穩(wěn)壓電源在輸出較大工作電流時(shí)，調(diào)整管的功耗太大，所以還需要安裝很大的散熱片。雖然效率低，功耗大，但晶體管線性直流電源因其精度高，紋波小，性能優(yōu)越被廣泛應(yīng)用。1.1.穩(wěn)壓電源主電路設(shè)計(jì)穩(wěn)壓電源主電路設(shè)計(jì) 1.11.1 電源主電路設(shè)計(jì)電源主電路設(shè)計(jì)在通信設(shè)備及其他電子設(shè)備中通常都要用到電壓穩(wěn)定的直流電源供電。功率較小的直流電源大多數(shù)是將 50Hz 的交流電經(jīng)過整流濾波和穩(wěn)壓后獲得。線性穩(wěn)壓直流電源還需要放大調(diào)節(jié)電路和過壓過流預(yù)警保護(hù)。由于半波整流和全波整流效率低，調(diào)整復(fù)雜，本設(shè)計(jì)

11、采用單相橋式整流電路，電路中采用 4 個(gè)二極管，接成電橋形式。濾波電路的好壞一定程度決定了輸出電路紋波的大小，一般采用電抗原件組成。濾波原理是電容電感都是儲能原件，它們能夠儲存一定的能量（電容儲存電廠能，電感儲存磁場能） ，由于能量不能突變因此能量將會逐漸的釋放，從而得到比較平滑的電壓。穩(wěn)壓電路采用三端固定輸出集成穩(wěn)壓器 7812 和集成聊城大學(xué)東昌學(xué)院本科畢業(yè)論文聊城大學(xué)東昌學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）（設(shè)計(jì)）可調(diào)穩(wěn)壓模塊 LM723 輸出穩(wěn)定可調(diào)電壓。放大調(diào)整部分使用 5 個(gè)調(diào)節(jié)管并聯(lián)的方式。電源輸入為 220V 標(biāo)準(zhǔn)交流電，輸出為 1215V 連續(xù)可調(diào)，電流可高達(dá) 30A 的直流電信號，紋波

12、低于 30mA。 1.21.2 變壓器設(shè)計(jì)變壓器設(shè)計(jì)變壓器是實(shí)現(xiàn)交流點(diǎn)電壓之間的變換，本設(shè)計(jì)變壓器原邊線圈 440 圈，副邊線圈 48 圈，將 220V 電壓變?yōu)?24V 電壓。1.31.3 整流電路整流電路本設(shè)計(jì)最終采用的是單相橋式整流電路，電路使用一個(gè)次級線圈就達(dá)到了全波整流的目的。電路采用 4 個(gè)二極管，接成電橋形式，在電源電壓正半周期時(shí)D1、D3導(dǎo)通，D2、D4截止，電流經(jīng)過電源上端 D1、RL、D3到達(dá)電源下端形成回路，輸出電壓 UO為上正下負(fù)；在電源電壓負(fù)半周期時(shí) D2、D4導(dǎo)通，D1、D3截止，電流經(jīng)過電源下端 D2、RL、D4到達(dá)電源上端形成回路，輸出電壓 UO仍為上正下負(fù)。負(fù)

13、載上的電壓、電流與全波整流完全一樣 VL=0.9V2，紋波系數(shù)為 0.484，還需要采用濾波電路來減小紋波電壓。1.41.4 濾波電路濾波電路本設(shè)計(jì)采用電容并聯(lián)式濾波。電容濾波，電容濾波時(shí)間常數(shù)（Td=RLC）愈大，放電過程愈慢，輸出電壓愈高，同時(shí)脈動成分愈小，濾波效果愈好。為了平滑負(fù)載電壓，一般取 Td=RLC（35）T/2,負(fù)載直流電壓隨負(fù)載電流增加而減小。VL隨 IL的變化關(guān)系稱為輸出特性或是外特性。當(dāng) C 值一定且空載時(shí)電壓 VL=1.4V2；當(dāng) C=0 時(shí)，即純電阻負(fù)載時(shí)，VL=0.9V2 。在整流電路采用電容濾波后，由于電容C 充電的瞬時(shí)電流很大，容易損壞二極管，故在選取二極管的最

14、大整流電流參數(shù)時(shí)還要留有足夠的余量，一般都需要 23 倍的 IL。由于負(fù)載電流要求比較大，所以選擇需要選擇大容量電容。 （a） （b）聊城大學(xué)東昌學(xué)院本科畢業(yè)論文聊城大學(xué)東昌學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）（設(shè)計(jì)） （c）圖 1 濾波電路基本結(jié)構(gòu)圖1.51.5 穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路本設(shè)計(jì)采用三端固定輸出集成穩(wěn)壓器 7812 為集成可調(diào)穩(wěn)壓模塊 LM723 提供穩(wěn)定的 12V 電壓。調(diào)整管接在輸入端與輸出端之間，當(dāng)電網(wǎng)電壓或負(fù)載電流波動時(shí)，調(diào)整自身的集射壓降使輸出電壓基本保持不變。7812 內(nèi)部調(diào)整管為兩個(gè)三極管組成的復(fù)合管，這種結(jié)果只要求放大電路用較小的電流即可驅(qū)動調(diào)整管發(fā)射極回路中較大的輸出電流。保護(hù)電

15、路集成在芯片內(nèi)部，他們分別為限流保護(hù)、過熱保護(hù)、和過壓保護(hù)電路。圖 2 7812 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖解1.61.6 輸出電流放大電路輸出電流放大電路本設(shè)計(jì)首先采用 TIP120 將電流進(jìn)行一級放大，以達(dá)到驅(qū)動后續(xù)大功率三極管 2N3055 的需求。然后采取 5 個(gè)功率管并聯(lián)的方式提高輸出電流，由于各個(gè)三極管間存在著差異所以每個(gè) 2N3055 都需要串聯(lián)上均流電阻，是電路穩(wěn)定。每個(gè)2N3055 能達(dá)到的最大電流為 15A，但這只是理想狀態(tài)，這里采用了 5 個(gè)調(diào)整管并聯(lián)，每個(gè)輸出 6A，即可實(shí)現(xiàn) 30A 的輸出電流。聊城大學(xué)東昌學(xué)院本科畢業(yè)論文聊城大學(xué)東昌學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）（設(shè)計(jì)）2.2.元器件參數(shù)

16、設(shè)計(jì)元器件參數(shù)設(shè)計(jì)2.12.1 變壓器設(shè)計(jì)變壓器設(shè)計(jì)本電源需要設(shè)計(jì) 24V 低頻變壓器變壓器。2.1.1 電源變壓器的鐵芯它一般采用硅鋼片. 硅鋼片越薄,功率損耗越小,效果越好。整個(gè)鐵芯是有許多硅鋼片疊成的,每片之間要絕緣.2.1.2 電源變壓器的簡易設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)一個(gè)變壓器,主要是根據(jù)電功率選擇變壓器鐵芯的截面積,計(jì)算初次級各線圈的圈數(shù)等.所謂鐵芯截面積是指硅鋼片中間舌的標(biāo)準(zhǔn)尺寸和疊加起來的總厚度 b 的乘積.如果 24V 電源變壓器的初級電壓是 U1,次級有 n 個(gè)組,各組電壓分別是 U21,U22,U2n,各組電流分別是 I21,I22,I2n計(jì)算步驟如下:第一步,計(jì)算次級的功率 P2.次級功

17、率等于次級各組功率的和,也就是：2212122222n2n=+PUIUIUI第二步, 計(jì)算變壓器的功率 P.算出 P2后.考慮到變壓器的效率是 ,那么初級功率 P1=P2/, 一般在 0.80.9 之間.變壓器的功率等于初、次級功率之和的一半,也就是 P=(P1+P2)/2第三步, 查鐵芯截面積.根據(jù)變壓器功率,由式(2.1)計(jì)算出鐵芯截面積,并且從國產(chǎn)小功率變壓器常用的標(biāo)準(zhǔn)鐵芯片規(guī)格表中選擇鐵芯片規(guī)格和疊厚.第四步, 確定每伏圈數(shù) N.根據(jù)鐵心截面積和鐵芯的磁通密度 B,由式(2.2)得到初級線圈的每伏圈數(shù) N.鐵芯的 B 值可以這樣選取: 質(zhì)量優(yōu)良的硅鋼片,取11000 高斯;一般硅鋼片,

18、取 10000 高斯;鐵片,取 7000 高斯.考到導(dǎo)線電阻的壓降, 次級線圈每伏圈數(shù) N應(yīng)該比 N 增加 5%10%,也就是 N在 1.05N1.1N 之間選取.第五步,初次級線圈的計(jì)算，公式如下：初級線圈.次級線圈,.11NN U2121NN U2222NN U22nNN U第六步, 查導(dǎo)線直徑.根據(jù)各線圈的電流大小和選定的電流密度,由式(2.3)可以得到各組線圈的導(dǎo)線直徑.一般 24V 電源變壓器的電流密度可以選用 3 安/毫米2第七步, 校核. 根據(jù)計(jì)算結(jié)果,算出線圈每層圈數(shù)和層數(shù),再算出線圈的大小,看聊城大學(xué)東昌學(xué)院本科畢業(yè)論文聊城大學(xué)東昌學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）（設(shè)計(jì)）看窗口是否放

19、得下.如果放不下,可以加大一號鐵心,如果太空,可以減小一號鐵心.采用國家標(biāo)準(zhǔn) GEB 鐵心,而且舌寬和疊厚的比在 1:11:1.7 之間, 線圈是放得下的.各參數(shù)的計(jì)算公式如下: (2.1)ln=ln+（S）0. 498（P）0. 22 (2.2)ln=-ln-ln+（N ）0. 494（P）0. 317（B）6. 439 （2.3)ln=ln-（D ）0. 503（I ）0. 221變量說明: P: 變壓器的功率. 單位: 瓦(W) B: 硅鋼片的工作磁通密度. 單位: 高斯(Gs) S: 鐵芯的截面積. 單位: 平方厘米(cm2）N: 線圈的每伏圈數(shù). 單位: 圈每伏(N/V) I: 使用

20、電流. 單位: 安(A) D: 導(dǎo)線直徑. 單位: 毫米(mm) 2.1.3 GEB 鐵芯規(guī)格表 1 鐵心片規(guī)格表鐵芯規(guī)格全長全寬窗高窗寬舌寬邊寬GE103631186.5106.5GE124438228128GE145043259149GE16564828101610GEB196757.533.5121912GEB22786739142214GEB26948147172617GEB301069153193019GEB35123105.561.5223522GEB4014412472264026聊城大學(xué)東昌學(xué)院本科畢業(yè)論文聊城大學(xué)東昌學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）（設(shè)計(jì)）2.1.4 變壓器的鐵芯與繞

21、組為減小交變磁通在鐵芯中所引起的渦流損耗,鐵芯一般用厚為 0.35-0.5mm 的硅鋼片疊裝而成;并且在硅鋼片兩面涂以絕緣漆。信號變壓器還采用坡莫合金作鐵芯。變壓器的繞組由原邊繞組和副邊繞組組成。原邊繞組接輸入電壓,副邊繞組接負(fù)載，原邊繞組只有一個(gè),副邊繞組為一個(gè)或多個(gè)，原副邊繞組套裝在同一鐵心柱上。套在兩個(gè)鐵心柱上的原邊繞組或副邊繞組可分別相互串聯(lián)或并聯(lián)。如果把變壓器的原副邊繞組分開放置,則漏抗將大大增加,以致負(fù)載變動時(shí)副邊電壓變化很大,這樣的變壓器就不能滿足使用上的要求。使用變壓器首先要弄清并嚴(yán)格遵守制造廠提供的銘牌數(shù)據(jù),以避免因使用不當(dāng)而不能充分利用,甚至損壞。2.1.5 額定電壓 U1

22、和 U2原邊額定電壓 U1是指原邊繞組上應(yīng)加的電源電壓(或輸入電壓),副邊額定輸出電壓 U2通常是指原邊加 U1時(shí)副邊繞組的開路電壓。使用時(shí)原邊電壓不允許超過額定值(一般規(guī)定電壓額定值允許變化5%)?？紤]有載運(yùn)行時(shí)變壓器有內(nèi)阻抗壓降,所以副邊額定輸出電壓 U2應(yīng)較負(fù)載所需的額定電壓高 5-10%.對于負(fù)載是固定的 24V 電源變壓器，副邊額定電壓 U2有時(shí)是指負(fù)載下的輸出電壓。輸入電壓不能超過額定電壓。變壓器中主磁通和激磁電流的關(guān)系稱為鐵芯的磁化曲線,它是一條具有飽和特性的非線性曲線。當(dāng)主磁通小于額定電壓時(shí)對應(yīng)的主磁通時(shí), 磁化曲線近似為線形;超過此值后,主磁通就逐漸趨向飽和.此時(shí),如果再增加

23、磁通, 即增加 U1,則電流就會急劇增加,這樣變壓器就會因過熱而馬上燒毀.因此,在使用變壓器時(shí),必須注意變壓器的額定電壓和電源電壓要一致。2.1.6 額定電流 I1和 I2額定電流是指變壓器按規(guī)定的工作時(shí)間(長時(shí)連續(xù)工作或短時(shí)工作或間歇斷續(xù)工作)運(yùn)行時(shí)原副邊繞組允許通過的最大電流,是根據(jù)絕緣材料允許的溫度定下來的。2.1.7 額定頻率使用變壓器時(shí),還要注意它對 24V 電源頻率的要求。因?yàn)樵谧儔浩髦?在設(shè)計(jì)變壓器時(shí),是根據(jù)給定的電源電壓等級及頻率來確定匝數(shù)及磁通最大值的。如果亂用頻率, 就有可能變壓器損壞。例如一臺設(shè)計(jì)用 50Hz,220V 電源的變壓器,若聊城大學(xué)東昌學(xué)院本科畢業(yè)論文聊城大學(xué)

24、東昌學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）（設(shè)計(jì)）用 25Hz,220V 電源,則磁通將要增加一倍,由于磁路飽和,激磁電流劇增,變壓器馬上燒毀。所以在降頻使用時(shí),電源電壓必須與頻率成正比地下降。另外,在維持磁通不變的條件下,也不能用到 400Hz,1600V 的電源上。此時(shí)雖不存在磁路的飽和問題,但是升頻使用時(shí)耐壓和鐵耗卻變成了主要矛盾。因?yàn)殍F耗與頻率成 1.5-2次方的關(guān)系。頻率增大時(shí), 鐵耗增加很多。由于這個(gè)原因, 一般對于鐵心采用0.35mm 厚的熱軋硅鋼片的變壓器,50Hz 時(shí)的磁通密度可達(dá) 0.9-1T,而 400Hz 時(shí)的磁通密度只能取到 0.4T。此外變壓器用的絕緣材料的耐壓等級是一定的,低壓

25、變壓器允許的工作電壓不超過 300-500V. 所以在升頻使用時(shí),24V 電源電壓不能與頻率成正比的增加, 而只能適當(dāng)?shù)卦黾印?.22.2 散熱片設(shè)計(jì)散熱片設(shè)計(jì)碳鋁化硅是目前最新的材料，混合各種鋁合金以制成特殊的物理性質(zhì)，控制的熱膨脹、高傳導(dǎo)性以及顯著的強(qiáng)度使得碳鋁化硅更有吸引力，由于成本的關(guān)系，這種材料一般用在底部及作為功率模塊底部和芯片直接接觸的基板。表 2 各種不同散熱片的材料比較熱膨脹系數(shù)溫度 KPprmW/m-K鋁23209銅17390鉬銅合金7.2195銅 20%-鎢 80%7250銅石墨2350碳化硅鋁6.58.0180210硅3.3-4.2150散熱片的設(shè)計(jì)可就包絡(luò)體積做初步的

26、設(shè)計(jì)，然后再就散熱片的細(xì)部如鰭片及底部尺寸做詳細(xì)設(shè)計(jì)。發(fā)熱瓦數(shù)和包絡(luò)體基的關(guān)系如下式所示。3og1.4 ogW-0.8min 1.5cmLVL（）2.2.1 散熱片底部厚度要使得散熱片效率增加，散熱片底部厚度有很大的影響，散熱片底部必須夠厚才能使足夠的熱能順利的傳到所有的鰭片，使得所有鰭片有最好的利用效率。然而太厚的底部除了浪費(fèi)材料，也會造成熱的累積反而使熱傳能力降低。良好的底部厚度設(shè)計(jì)必須由熱源部分厚而向邊緣部份變薄，如此可使散熱片由熱源部份聊城大學(xué)東昌學(xué)院本科畢業(yè)論文聊城大學(xué)東昌學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）（設(shè)計(jì)）吸收足夠的熱向周圍較薄的部份迅速傳遞。散熱瓦數(shù)和底部厚度的關(guān)系如下式所示：t=7

27、 ogW-6min 2mmL（）2.2.2 鰭片形狀散熱片內(nèi)部的熱藉由對流及輻射散熱，而對流部分所占的比例非常高，對流的產(chǎn)生鰭片間格在散熱片壁面會因?yàn)楸砻娴臏囟茸兓a(chǎn)生自然對流，造成壁面的空氣（邊界層）流，空氣層的厚度約 2mm，鰭片間格需在 4mm 以上才能確保自然對流順利。但是卻會造成鰭片數(shù)目減少而減少散熱片面積。鰭片間格變狹窄-自然對流發(fā)生減低，降低散熱效率。鰭片間格變大-鰭片變少，表面積減少。2.2.3 鰭片角度鰭片角度約三度 表 3 鰭片形狀參考值T(mm)24466881010 以上t（mm）1.522.534h（mm）6 以上8 以上8 以上10 以上10 以上2.2.4 鰭片

28、厚度當(dāng)鰭片的形狀固定，厚度及高度的平衡變得很重要，特別是鰭片厚度薄高的情況，會造成前端傳熱的困難，使得散熱片即使體積增加也無法增加效率。散熱片變短時(shí)，增加表面積會增加散熱效率，但也會使散熱片的體積減少而造成的缺點(diǎn)（熱容量減少）因而產(chǎn)生。因此鰭片長度需保持一定才能產(chǎn)生效果。鰭片變薄-鰭片傳熱到頂端能力變?nèi)貊捚兒?鰭片數(shù)目減少（表面積減少）鰭片增高-鰭片傳到頂端能力變?nèi)酰w積效率變?nèi)酰捚兌?表面積減少2.2.5 散熱片表面處理散熱片表面做耐酸鋁（Alumite）或陽極處理可以增加輻射性能而增加散熱片的散熱效能，一般而言，和顏色是白色或黑色關(guān)系不大。表面突起的處理可增加散熱面積，但是在自然對流

29、的場合，反而可能造成空氣層的阻礙，降低效率。上述之設(shè)計(jì)方式僅供散熱片設(shè)計(jì)之參考，實(shí)際散熱片設(shè)計(jì)時(shí)還需考慮與器件以及環(huán)境的配合，尤其是高效能散熱片的設(shè)計(jì)需配合實(shí)驗(yàn)量測驗(yàn)證以及 CFD 的分析模擬。目前散熱片的設(shè)計(jì)已漸漸趨向極限，空氣冷卻的方式將無法滿足需求，未來的散熱片設(shè)計(jì)將結(jié)合其它散熱器件及方式如熱管、平板式熱管、回路型熱管、水聊城大學(xué)東昌學(xué)院本科畢業(yè)論文聊城大學(xué)東昌學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）（設(shè)計(jì)）冷等，使得散熱的設(shè)計(jì)更為彈性及多樣化，不論如何，散熱片仍然是最有效益的散熱方式，善用散熱片設(shè)計(jì)于發(fā)熱器件可改善系統(tǒng)發(fā)熱狀況。高效能散熱片的設(shè)計(jì)可配合 CFD 分析軟件做完整分析，以了解氣流及熱傳狀況

30、，不必迷信復(fù)雜形狀的散熱片，簡單鋁擠型散熱片做橫切等加工就可能有不錯(cuò)的效果。只有了解散熱片的設(shè)計(jì)及特性，才能解決電子產(chǎn)品的熱管理問題。3.3.電源性能檢測電源性能檢測穩(wěn)壓電源的技術(shù)指標(biāo)分為兩種：一種是特性指標(biāo)，包括允許輸入電壓、輸出電壓、輸出電流及輸出電壓調(diào)節(jié)范圍等；另一種是質(zhì)量指標(biāo)，用來衡量輸出直流電壓的穩(wěn)定程度，包括穩(wěn)壓系數(shù)（或電壓調(diào)整率）、輸出電阻（或電流調(diào)整率）、紋波電壓（紋波系數(shù)）及溫度系數(shù)。對穩(wěn)壓電源的性能，主要有以下四個(gè)萬面的要求：1穩(wěn)定性好 當(dāng)輸入電壓 Usr（整流、濾波的輸出電壓）在規(guī)定范圍內(nèi)變動時(shí)，輸出電壓Usc的變化應(yīng)該很小一般要求。2.反映負(fù)載變動時(shí)，輸出電壓維持恒定的

31、能力，Rn越小，則Ifz變化時(shí)輸出電壓的變化也越小。性能優(yōu)良的穩(wěn)壓電源，輸出電阻可小到 1 歐，甚至 0.01 歐。3.電壓溫度系數(shù)小 當(dāng)環(huán)境溫度變化時(shí)，會引起輸出電壓的漂移。良好的穩(wěn)壓電源，應(yīng)在環(huán)境溫度變化時(shí)，有效地抑制輸出電壓的漂移，保持輸出電壓穩(wěn)定，輸出電壓的漂移用溫度系數(shù) KT 來表示。4.輸出電壓紋波小 所謂紋波電壓，是指輸出電壓中 50 赫或 100 赫的交流分量，通常用有效值或峰值表示。經(jīng)過穩(wěn)壓作用，可以使整流濾波后的紋波電壓大大降低，降低的倍數(shù)反比于穩(wěn)壓系數(shù)S。3.13.1 紋波特性檢測紋波特性檢測紋波是附著于直流電平之上的包含周期性與隨機(jī)性成分的雜波信號，指在額定輸出電壓、電

32、流的情況下，輸出電壓中的交流電壓的峰值。狹義上的紋波電壓，是指輸出直流電壓中含有的工頻交流成分。紋波用示波器可以看到，在直流電壓上下輕微波動，就像水平面上波動的水紋一樣，所以被稱為紋波。我們通常在產(chǎn)品中用的電源主要有線性電源和開關(guān)電源二大類，輸出的直流電壓是一個(gè)固定值，由交流電壓經(jīng)整流、濾波、穩(wěn)壓后得到。由于濾波不干凈，直流電壓中含有交流成分，這就產(chǎn)生了紋波。紋波是一種復(fù)雜的雜波信號，它是聊城大學(xué)東昌學(xué)院本科畢業(yè)論文聊城大學(xué)東昌學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）（設(shè)計(jì)）圍繞輸出直流電壓上下來回波動的周期性信號，但周期和振幅不是定值，隨時(shí)間而變，不同電源的紋波波形不一樣。 產(chǎn)生電源紋波的因素有許多，即使你

33、用電池供電也會因負(fù)載的波動而產(chǎn)生波紋。 由于我國供電頻率是 50Hz，所以它的紋波主要來自工頻 50Hz 變壓器，紋波電壓的頻率常常是 50nHz，n 取自然數(shù)，大小取決于整流電路的類型。對于半波整流，是 1；對于全波整流，是 2；對于三相全波整流，是 6，即 300Hz。所以這種電源的輸出端紋波主要是 50Hz 或它的整數(shù)倍，幅值小，較易濾除，通常紋波可做到幾 mV。 如假定整流橋輸出負(fù)載電流 IL，負(fù)載電壓 VL，整流橋輸人交流電壓幅值 Vm及其輸人交流電壓頻率 f，則其輸出的紋波電壓由表 4-1 各式計(jì)算。表 4 整流紋波電壓整流形式半波整流（平均值）全波整流（平均值）紋波電壓2fCLL

34、OIVV4fCLLOIVV采用功率匹配法或等效電流源法計(jì)算紋波電壓，一般表示為： (1)sin2wt2ILUWC從式(1)中可以看出，紋波頻率為輸人頻率的兩倍，其幅值正比于變換器的輸出電流，反比于輸入電壓頻率和平滑電容的大小。 3.23.2 輸出電阻檢測輸出電阻檢測輸出電阻 RO定義為輸入電壓及環(huán)境溫度不變時(shí)，輸出電壓的相對變化量和輸出電流相對變化量的比值。3.33.3 保護(hù)電路保護(hù)電路在 LM723 集成可調(diào)穩(wěn)壓器內(nèi)部含有各種保護(hù)電路，如過流保護(hù)、短路保護(hù)、調(diào)整管安全工作區(qū)保護(hù)、芯片過熱保護(hù)電路。過流保護(hù)電路能夠在穩(wěn)壓器輸出電流超過額定值時(shí)，限制調(diào)整管發(fā)射極電流在某一數(shù)值，使之迅速減小，從而

35、保護(hù)調(diào)整管不會因電流過大而燒壞。LM723 中使用的是限流型過流保護(hù)電路，當(dāng)電流過大時(shí)限流調(diào)整管發(fā)射極電流迅速減小。聊城大學(xué)東昌學(xué)院本科畢業(yè)論文聊城大學(xué)東昌學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）（設(shè)計(jì)）調(diào)整管的安全工作區(qū)保護(hù)電路可使調(diào)整管既不因過流而燒壞，又不因過壓而擊穿，因此它由過流保護(hù)和過壓保護(hù)兩種電路組合而成，最終保證調(diào)整管不超過其最大耗散功率。當(dāng)電路上過載或輸出短路時(shí)，過流保護(hù)電路對調(diào)整管基極分流；當(dāng)調(diào)整管電壓過高時(shí)，過壓保護(hù)電路導(dǎo)通分流，使調(diào)整管接近截止，降低調(diào)整管的功耗，使調(diào)整管工作在安全區(qū)。芯片過熱保護(hù)芯片損壞的重要原因之一是長期通過大電流而引起結(jié)溫超過允許值。在集成穩(wěn)壓器中，調(diào)整管的結(jié)溫決定

36、芯片的溫度，因而采用二極管或晶體管的結(jié)溫作為測溫元件，讓它們靠近調(diào)整管，從而反映調(diào)整管的溫升情況。當(dāng)調(diào)整管溫升超過允許值時(shí)，測溫晶體管啟動一個(gè)電路，減小其電流，使芯片溫度下降至安全。D16.2VQ2900R1550R322KR2Q5Q4D5Q6Q19Q201.8KR810pFC15pFC2D25.7VQ18Q17Q12.4KR7Q25160R231K11KR15Q21D42KR14Q221.1KR18380R191.1KR2011.89KR17409R16Q23Q?2N3904Q10Q11Q9Q14Q16300R121.1KR211.7KR2210KR10 300300R11Q12Q71.8K

37、R41.8KR5Q8Q151.5KR6D3400R248 V+7 VC6 VoutVz4 Vref9 償償償10 償償償償償1 償償償償償2 償償償償償3 償償償償償5 V-Q13圖 3 LM723 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖4.4.誤差分析誤差分析綜合分析可以知道在測試電路的過程中可能帶來的誤差因素有: 測得輸出電流時(shí)接觸點(diǎn)之間的微小電阻造成的誤差; 電流表內(nèi)阻串入回路造成的誤差; 測得紋波電壓時(shí)示波器造成的誤差; 示波器, 萬用表本身的準(zhǔn)確度而造成的系統(tǒng)誤差;可以通過以下的方法去改進(jìn)此電路:聊城大學(xué)東昌學(xué)院本科畢業(yè)論文聊城大學(xué)東昌學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）（設(shè)計(jì)） 減小接觸點(diǎn)的微小電阻; 根據(jù)電流表的內(nèi)阻對

38、測量結(jié)果可以進(jìn)行修正; 測得紋波時(shí)示波器采用手動同步; 采用更高精確度的儀器去檢測。結(jié)結(jié) 論論該論文完闡述了線性直流穩(wěn)壓電源的研制。從原理圖的設(shè)計(jì)到元器件的設(shè)計(jì)、從實(shí)際硬件電路的搭建到硬件電路的測試，所有工作形成了一個(gè)完整的系統(tǒng)。整個(gè)工作過程培養(yǎng)了我獨(dú)立學(xué)習(xí)鉆研的能力，也培養(yǎng)了我工程學(xué)的思維能力，讓我受益匪淺，為我以后的工作奠定了基礎(chǔ)。通過反復(fù)調(diào)試，各硬件電路部分的參數(shù)已經(jīng)確定，系統(tǒng)各部分電路全部調(diào)試完成，系統(tǒng)各項(xiàng)工作指標(biāo)已基本完成。由于時(shí)間關(guān)系和本人知識面有限，該論文還存在一點(diǎn)問題代繼續(xù)完善。電源效率還有待提高。要解決這個(gè)問題?？梢詼p小輸出電阻，增大輸入電阻。電源效率一直是困擾著線性直流穩(wěn)壓

39、電源的一個(gè)難題。如何提高電源效率，減小不必要的功率浪費(fèi)還有待研究。本設(shè)計(jì)所完成的線性直流穩(wěn)壓電源經(jīng)過檢測總體性能完好，能滿足對于紋波特性和電源精度要求較高的電子電器的要求。這次論文的編寫讓我學(xué)到了很多知識，掌握了線性電源，以及其他各類電源的優(yōu)缺點(diǎn)，和用途。本論文闡述 30A 線性穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)過程及相關(guān)技術(shù)，但其中還存在很多問題，望各位老師批評指正，也為我以后學(xué)習(xí)和工作提出寶貴意見。聊城大學(xué)東昌學(xué)院本科畢業(yè)論文聊城大學(xué)東昌學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）（設(shè)計(jì)）參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)1. 張慶雙.電源應(yīng)用電路集粹.北京:機(jī)械出版社,2005 年.2. 吳潤宇等 實(shí)用穩(wěn)定電源 北京 人民郵電出版社 2004

40、年.3. 曲學(xué)基.穩(wěn)定電源電路設(shè)計(jì)手冊.北京：電子工業(yè)出版 社，2003.4. 華成英 童詩白編著 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ) 北京 高等教育出版社 20085. 侯振義，集成電源技術(shù)及應(yīng)用.北京：中國電力出版社，2006.6. 王昊 等編著 線性集成電源應(yīng)用電路設(shè)計(jì) 清華大學(xué)出版社 2009.7. 周志敏主編 線性集成穩(wěn)壓電源實(shí)用電路 中國電力出版社 2006.8. 王增福主編 新編線性直流穩(wěn)壓電源 電子工業(yè)出版社 2008.9. 王衛(wèi)東，江曉安.模擬電子電路基礎(chǔ)M，西安電子科技大學(xué)出版社，2003.10. 謝自美.電子線路設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)、測試M，華中科技大學(xué)出版社，2000.11. 余家春.Pretel

41、 99 SE 電路設(shè)計(jì)實(shí)用教程M，中國鐵道出版社，2003.12. 孫余凱主編 穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)與技能實(shí)訓(xùn)教程 電子工業(yè)出版社 2007.13. 楊貴恒主編 直流穩(wěn)定電源 化學(xué)工業(yè)出版社 2010.14. 段九州主編 電源電路實(shí)用設(shè)計(jì)手冊 遼寧科學(xué)技術(shù)出版社 2002.15. 周志敏，紀(jì)愛華 主編 集成穩(wěn)壓電源電路圖集 中國電力出版社 2008.聊城大學(xué)東昌學(xué)院本科畢業(yè)論文聊城大學(xué)東昌學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）（設(shè)計(jì)）致謝致謝通過這個(gè)學(xué)期的畢業(yè)設(shè)計(jì)，可以說學(xué)習(xí)到了很多的知識。從剛開始的查資料，到現(xiàn)在的即將完成的整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)，經(jīng)歷電子線路設(shè)計(jì)的全部步驟，并且對整個(gè)大學(xué)階段專業(yè)知識進(jìn)行了系統(tǒng)的總結(jié)和運(yùn)用。剛開始，面對這個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目，根本不知從何入手，感覺就是一張白紙。根本也不知道設(shè)計(jì)中用到那些內(nèi)容，不過，在和指導(dǎo)老師的悉心指導(dǎo)下，從一無所知到慢慢的了解，再到基本上理解，花費(fèi)了不少的時(shí)間和精力，也學(xué)習(xí)到了