雙路可調(diào)直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)與制作

1、課程設(shè)計(jì)報(bào)告課程設(shè)計(jì)名稱： 雙路可調(diào)直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)與制作 指導(dǎo)教師： 學(xué) 生： 學(xué) 號(hào)： 班 級(jí)： 專 業(yè)： 學(xué) 院： 完成時(shí)間： 1.穩(wěn)壓電源發(fā)展史1955年美國(guó)的科學(xué)家羅那（）首先研制成功了利用磁芯的飽和來進(jìn)行自激振蕩的晶體管直流變換器。此后，利用這一技術(shù)的各種形式的精益求精直流變換器不斷地被研制和涌現(xiàn)出來，從而取代了早期采用的壽命短、可靠性差、轉(zhuǎn)換效率低的旋轉(zhuǎn)和機(jī)械振子示換流設(shè)備。由于晶體管直流變換器中的功率晶體管工作在開關(guān)狀態(tài)，所以由此而制成的穩(wěn)壓電源輸出的組數(shù)多、極性可變、效率高、體積小、重量輕，因而當(dāng)時(shí)被廣泛地應(yīng)用于航天及軍事電子設(shè)備。由于那時(shí)的微電子設(shè)備及技術(shù)十分落后，不能制作

2、出耐壓高、開關(guān)速度較高、功率較大的晶體管，所以這個(gè)時(shí)期的直流變換器只能采用低電壓輸入，并且轉(zhuǎn)換的速度也不能太高。 60年代，由于微電子技術(shù)的快速發(fā)展，高反壓的晶體管出現(xiàn)了，從此直流變換器就可以直接由市電經(jīng)整流、濾波后輸入，不再需要工頻變壓器降壓了，從而極大地?cái)U(kuò)大了它的應(yīng)用范圍，并在此基礎(chǔ)上誕生了無工頻降壓變壓器的開關(guān)電源。省掉了工頻變壓器，又使開關(guān)穩(wěn)壓電源的體積和重量大為減小，開關(guān)穩(wěn)壓電源才真正做到了效率高、體積小、重量輕。 70年代以后，與這種技術(shù)有關(guān)的高頻，高反壓的功率晶體管、高頻電容、開關(guān)二極管、開關(guān)變壓器的鐵芯等元件也不斷地研制和生產(chǎn)出來，使無工頻變壓器開關(guān)穩(wěn)壓電源得到了飛速的發(fā)展，并

3、且被廣泛地應(yīng)用于電子計(jì)算機(jī)、通信、航天、彩色電視機(jī)等領(lǐng)域，從而使無工頻變壓器開關(guān)穩(wěn)壓電源成為各種電源的佼佼者。   2.方案論證2.1串聯(lián)式直流穩(wěn)壓電路串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源通常由電源變換電路、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路和負(fù)載組成，其原理框如圖3.1-1、圖3.1-2所示。 圖3.1-1 直流穩(wěn)壓電源原理框圖圖3.1-2 穩(wěn)壓電路原理方框圖（一） 各單元電路功能及作用（表3.1-1）1. 電源變換電路：電源變換電路通常是將220V的工頻交流電源變換成所需的低壓電源，一般由變壓器或阻容分壓電路來完成。2.整流電路：整流電路主要利用二極管正向?qū)щ?、反向截止的原理，把交流電整流變換

4、成脈動(dòng)直流電。整流電路可分為半波整流、全波整流和橋式整流。如果采用橋式整流，其整流后的電壓波形如圖3.1-1中的波形U3所示。其輸出的脈動(dòng)電壓平均值。橋式整流電路中流過二極管的平均電流為橋式整流電路中二極管承受的最毆打反向電壓。3. 濾波電路：濾波電路時(shí)利用電容和電感充放電儲(chǔ)能原理，將波動(dòng)變化大的脈動(dòng)直流電壓（頻率為100Hz，是交流電源頻率的兩倍）濾波成較平滑的直流電。濾波電路有電容式、電感式、電容電感式、電容電阻式。具體須根據(jù)負(fù)載電流大小和電流變化情況以及對(duì)波紋電壓的要求而選擇濾波電路形式。最簡(jiǎn)單的濾波電路就是把一個(gè)電容與負(fù)載并聯(lián)后接入整流輸出電路。其整流濾波后的電壓波形如圖3.1-1中的

5、波形U4所示。橋式整流電容濾波電路的輸出電壓其系數(shù)大小主要由負(fù)載電流大小決定，濾波電容要滿足才有較好的濾波效果。4. 穩(wěn)壓電路：穩(wěn)壓電路時(shí)直流穩(wěn)壓電源的核心。因?yàn)椋ㄟ^整流濾波雖然獲得了直流輸出電壓，但它還會(huì)隨著輸入電網(wǎng)波動(dòng)為波動(dòng)，或隨著負(fù)載的變動(dòng)而變化，是一種電壓值不穩(wěn)定的直流電壓，而且波動(dòng)系數(shù)也比較大，所以必須加入穩(wěn)壓電路，穩(wěn)壓電路可以保證輸出直流電壓更加穩(wěn)定 穩(wěn)壓電路單元包括基準(zhǔn)電壓、取樣電壓、比較放大器、調(diào)整原件等基本電路和保護(hù)電路，圖3.1-2為其原理方框圖 。 基準(zhǔn)電壓的穩(wěn)定性直接關(guān)系到整個(gè)穩(wěn)壓電源的穩(wěn)定性，通常由穩(wěn)壓管電路獲得，基準(zhǔn)電壓一般取輸出電壓的1/2左右。 取樣電路的作用

6、是將輸出電壓Uo比例取出一部分，作為控制調(diào)整原件的依據(jù)。穩(wěn)壓電壓Uo取樣比和基準(zhǔn)電壓Uvd決定，改變?nèi)颖然蚧鶞?zhǔn)電壓，即可改變穩(wěn)壓電源的輸出電壓。 比較放大器是一個(gè)直流放大器，它對(duì)取樣電壓與基準(zhǔn)電壓的差值進(jìn)行放大，然后去控制調(diào)整原件。 調(diào)整原件是穩(wěn)壓?jiǎn)卧膱?zhí)行元器件，一般由一個(gè)工作在線性放大區(qū)的功率管構(gòu)成，它的的基極輸入電流受比較放大器的輸出電壓控制。當(dāng)電流大時(shí)調(diào)整管的導(dǎo)通度就大，否則，導(dǎo)通度就越小。由于整個(gè)穩(wěn)壓電源的輸出電流全部要經(jīng)過調(diào)整管，所以調(diào)整管應(yīng)有足夠的功耗和滿足集電極電流指標(biāo)。一般可采用復(fù)合晶體管，但其電流放大系數(shù)則是兩個(gè)晶體管放大系數(shù)之乘積。采用復(fù)合管的好處是可以極大地提高調(diào)整管

7、的電流放大系數(shù)、降低動(dòng)態(tài)內(nèi)阻等。2.2開關(guān)穩(wěn)壓電源1 開關(guān)穩(wěn)壓電路的工作原理開關(guān)穩(wěn)壓電源由輸入部分、功率轉(zhuǎn)換部分、輸出部分、控制部分組成。功率轉(zhuǎn)換部分是開關(guān)電源的核心，它對(duì)非穩(wěn)定直流進(jìn)行高頻斬波并完成輸出所需要的變換功能。它主要由開關(guān)三極管和高頻變壓器組成，電路如圖1(a)所示，波形如圖1(b)所示。Ui 是用電網(wǎng)交流220V 直接整流濾波得到的直流高壓(這樣可省去工頻變壓器)。高頻變壓器的原繞組為N1，N2 為變壓器副繞組，供輸出用。N3 為基極正反饋繞組，R1 是啟動(dòng)電阻，R2 是限流電阻。加上電源時(shí)，電流通過R1 流向開關(guān)管T 的基極，使T 導(dǎo)通。此時(shí)變壓器副邊的二極管反向偏置，于是T

8、集電極電流和變壓器繞組N1 中電流相等。由于是從零起動(dòng)，基極電流不大，就能使T 導(dǎo)通。原繞組N1 通過電流，產(chǎn)生上正下負(fù)的感應(yīng)電壓，經(jīng)磁芯耦合，反饋繞組N3 也產(chǎn)生感應(yīng)電壓UL3，并向T 的基極注入iB，使T 進(jìn)一步導(dǎo)通，即UL3 增加，iB 增大，使iC 進(jìn)一步增大，這是一個(gè)正反饋雪崩過程。在T 導(dǎo)通期間，副邊因二極管反偏沒有電流。當(dāng)T 進(jìn)入高飽和區(qū)后，iC 的變化率減小，原邊N1 繞組感應(yīng)電壓下降，同時(shí)反饋繞組N3 電壓下降，造成iB 下降，iC 下降，這再次形成一個(gè)正反饋雪崩過程，使開關(guān)管迅速截止。T 的導(dǎo)通時(shí)間TON 取決于iC 達(dá)到飽和的時(shí)間。T 導(dǎo)通期間，副邊電路截止，原邊線圈儲(chǔ)能

9、。T 截止時(shí)，N1 的感應(yīng)電壓上負(fù)下正，相應(yīng)地N3 的電壓上負(fù)下正，保證T 截止，同時(shí)副邊N2 電壓上正下負(fù)，D 導(dǎo)通。由N2 通過D 向負(fù)載傳送能量，副邊繞組中電流iD 線性下降，直到iD=0，電路恢復(fù)起始狀態(tài)，開始一個(gè)新的周期，T 再次導(dǎo)通。TOFF 取決于副邊繞組放電到零的時(shí)間。輸出電壓與開關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間成正比。 2 開關(guān)穩(wěn)壓電源的優(yōu)點(diǎn): 1.功耗小，效率高。 2.體積小，重量輕。 3.穩(wěn)壓范圍寬。 4.濾波的效率大為提高，使濾波電容的容量和體積大為減少。 5.電路形式靈活多樣。  開關(guān)穩(wěn)壓電源的缺點(diǎn):開關(guān)穩(wěn)壓電源的缺點(diǎn)是存在較為嚴(yán)重的開關(guān)干擾。開關(guān)穩(wěn)壓電源中，功率調(diào)

10、整開關(guān)晶體管V工作在狀態(tài)，它產(chǎn)生的交流電壓和電流通過電路中的其他元器件產(chǎn)生尖峰干擾和諧振干擾，這些干擾如果不采取一定的措施進(jìn)行抑制、消除和屏蔽，就會(huì)嚴(yán)重地影響整機(jī)的正常工作。此外由于開關(guān)穩(wěn)壓電源振蕩器沒有工頻變壓器的隔離，這些干擾就會(huì)串入工頻電網(wǎng)，使附近的其他電子儀器、設(shè)備和家用電器受到嚴(yán)重的干擾。2.33.4.仿真圖 5.調(diào)試過程(一)調(diào)整電路得到符合要求的輸出電壓值1.變壓器部分調(diào)試調(diào)節(jié)、測(cè)量變壓器的輸入電壓（電源電壓）為220V。 方法：萬用表交流電壓250V檔，在調(diào)試桌的電源上測(cè)量，可不考慮紅黑表筆測(cè)量變壓器的輸出電壓為18V方法：萬用表交流電壓25V檔，在變壓器輸出端測(cè)量，可不考慮紅

11、黑表筆測(cè)量整流濾波電路的輸出電壓為 2.整流濾波部分調(diào)試方法：萬用表直流電壓50V檔，測(cè)量C1兩腳間的電壓，注意區(qū)分紅黑表筆（可看電容極性）。 3.穩(wěn)壓電壓調(diào)試電路空載下，調(diào)節(jié)電阻RP1，使輸出電壓為12V方法：萬用表直流電壓25V檔，測(cè)量輸出端的電壓，注意區(qū)分紅黑表筆。(二)性能參數(shù)的調(diào)試1. 裝配質(zhì)量檢測(cè)對(duì)照電原理圖和元器件表認(rèn)真檢查所用元器件的規(guī)格、型號(hào)有無裝配錯(cuò)誤，如果有錯(cuò)，應(yīng)及時(shí)改正。對(duì)照安裝圖，檢查印制線路板的裝配質(zhì)量。重點(diǎn)檢查有無短路、搭焊、漏焊、虛焊或假焊，電容C1有無接反用×1K擋測(cè)C1兩端電阻，應(yīng)大于220K（紅表筆接負(fù)端，黑表筆正端），測(cè)V6的C極對(duì)地電阻，應(yīng)大

12、于幾十千歐（紅表筆接負(fù)端，黑表筆正端）。2. 接線通電接線，要求：變壓器的次級(jí)引線的一端接到穩(wěn)壓電路的VD1的負(fù)極或VD4的正極，另一端接到VD3的負(fù)極或VD2的正極接線結(jié)束后，再接通220V電源。3. 測(cè)可調(diào)輸出電壓范要求：輸出電壓可調(diào)范圍UmaxUmin=-15V+15V。方法：通數(shù)字萬用表DC200V擋測(cè)輸出端電壓。步驟：側(cè)輸出端電壓（紅表筆接至C5的正極或接大功率管的E極，黑表筆接地端），調(diào)節(jié)電位器RP1順時(shí)針到底和逆時(shí)針到底時(shí)的輸出電壓范圍UmaxUmin。4測(cè)紋波電壓U紋接通電源，調(diào)節(jié)調(diào)壓器，使輸入電壓為220V調(diào)節(jié)RP1，空載輸出電壓U0=12±0.2V保持不變接上負(fù)載

13、電阻RL，使輸出電流I0=1A（電流表指示）將晶體管毫伏表接至穩(wěn)壓電源的輸出端（紅夾子接“+”端，黑夾子接“地”端）直接讀出晶體管毫伏表的紋波電壓值U5。5. 最大輸出電流接通電源，輸入電壓220V，調(diào)節(jié)RP1，使空載輸出電壓U0=12V±0.02V不變調(diào)節(jié)負(fù)載電阻RL，使輸出電流I0=1A，測(cè)量輸出電壓U0是否是U0=12V±0.12V（電流調(diào)整率為1%）逐漸減小負(fù)載電阻RL的值，使I0增大到1.2V，同時(shí)U0是否下降，如果不下降或輸出電壓在U0=12V±0.12V范圍內(nèi)，說明最大輸出電流能達(dá)到1.2A的要求繼續(xù)減小負(fù)載電阻R1的值，使I0繼續(xù)增大，同時(shí)監(jiān)測(cè)U0

14、是否下降，如果不下降，如果不下降或輸出電壓在U0=12V±0.12V的范圍，此時(shí)的I為最大輸出電流I最大，對(duì)照指標(biāo)要求進(jìn)行分析。6.課程設(shè)計(jì)心得體會(huì)因?yàn)橹澳ｋ姷膶?shí)驗(yàn)考試做的是直流穩(wěn)壓電源，所以覺得會(huì)很簡(jiǎn)單，而實(shí)際做起來發(fā)現(xiàn)并非想象中的那么簡(jiǎn)單。實(shí)驗(yàn)也不知道失敗了多少次，但最終還是有所成功的?，F(xiàn)在覺得，作設(shè)計(jì)就應(yīng)該有種踏實(shí)的態(tài)度，簡(jiǎn)單也好，難做也罷，只要我們靜下心來投入到其中，也就成功了一半。而自己掌握的比較差，但我仔細(xì)看了看課本，所以在設(shè)計(jì)此次電源時(shí)，我腦海中就有了最初的單元電路，翻模電課本在結(jié)合自己的設(shè)計(jì)之后我完成了自己的設(shè)計(jì)，但是在做仿真的時(shí)候，本來想先熟悉一下EWB用它來做仿真的，但是掌握了EWB的基本用法之后，發(fā)現(xiàn)其元件庫(kù)所含元件太少，尤其是其中沒有LM317，集成穩(wěn)壓器很難找到，所以我又改用了Multisim10來做仿真，但是，由于時(shí)間倉(cāng)促，而且完全不熟悉這個(gè)仿真軟件，所以結(jié)果并不是很理想。但是，通過本次設(shè)計(jì)，懂得了制作過程中電路處理的方法，并了解了直流穩(wěn)壓電源的系統(tǒng)方案論證與選擇和各模塊方案設(shè)計(jì)與論證，讓我們更進(jìn)一步的了解到直流穩(wěn)壓電源的工作原理以及它的要求和性能指標(biāo)，也讓我們認(rèn)識(shí)到在此次設(shè)計(jì)電路中所在的問題；而通過不斷的努力去解決這些問題。通過此次設(shè)計(jì)，我深刻的體會(huì)到只有在實(shí)踐中才能檢驗(yàn)自己掌握知識(shí)的程度，在設(shè)計(jì)過程中我查看了一些參考書目本次設(shè)計(jì)的不