直流稳压电源的制作与调试论.doc

徐海学院电子技术综合设计 第 27 页中国矿业大学徐海学院电子技术选修课姓 名： 翟江慧 学 号： 22121462 专 业： 自动化 题 目： 直流稳压电源的制作与调试 设计地点： 电工电子实验室 设计日期： 2014.5.14-2014.5.19 成 绩： 指导教师： 年 月 电子技术选修课任务书学生姓名 翟江慧 专业年级 自动化12-1 学号 22121462 设计日期： 2014年 5月 14日 至 2014年 5月 19日设计题目：直流稳压电源的制作与调试设计内容和要求：1. 设计内容 输入交流电(220V/50Hz)； 输出4路直流电(+5V、 +12V、 -12V 及+1.25V+14V可调）。 各路直流输出电流0.5A 纹波电压50mV 具有输出电压指示（发光二极管）2. 设计要求 用Multisim仿真整体电路原理图； 用Altium designer设计整体电路图； 用Altium designer设计PCB板图指导教师签字： 年 月 日摘要：当今社会人们极大的享受着电子设备带来的便利，但是任何电子设备都有一个共同的电路-电源电路。大到超级计算机、小到袖珍计算器，所有的电子设备都必须在电源电路的支持下才能正常工作。由于电子技术的特性，电子设备对电源电路的要求就是能够提供持续稳定、满足负载要求的电能，而且通常情况下都要求提供稳定的直流电能。提供这种稳定的直流电能的电源就是直流稳压电源。直流稳压电源在电源技术中占有十分重要的地位。 本文主要介绍了一个完整的小功率直流稳压电路的组成，每个组成部分的原理及其电路设计、电路元器件的选择、电路PCB板设计、电路安装与调试、电路参数测定；详细介绍了晶体管串联型稳压电源、固定输出稳压电源 、可调输出稳压电源三种稳压电源的电路原理；简要叙述了整流、滤波、稳压部分的电路组成、 元器件作用、参数计算、工作原理、电路波形。通过这些能让我们更加直观清晰的了解直流稳压电源的工作特性。关键词：电子设备 持续稳定 直流稳压目 录 1 直流稳压电源的组成6 1.1简述直流稳压电源的组成6 1.2几种常见的直流稳压电源6 2 晶体管串联型稳压电源6 2.1晶体管串联型电路原理图6 2.2晶体管串联型稳压电源7 2.3简述电路组成7 2.3.1整流电路7 2.3.2滤波电路9 2.3.3稳压电路11 3 固定输出稳压电源11 3.1固定输出稳压电源电路原理图113.2固定输出稳压电源电路组成123.3固定输出稳压电源工作原理123.4固定输出稳压电源参数计算133.5固定输出稳压电源波形图13 4 可调输出稳压电源144.1可调输出稳压电源电路原理图144.2可调输出稳压电源电路组成及工作原理144.3可调输出稳压电源参数计算144.4可调输出稳压电源波形图15 5 元件清单155.1晶体管串联型稳压电源元件清单15 5.2固定输出稳压电源元器件清单17 6 稳压电源实物照片17 7 实际焊接过程中遇到的问题及解决方案18 8 实验小结18 附录20 附录1 Multisim仿真电路原理图21 附录2 Altium designer设计的整体电路图22 附录3 Altium designer设计PCB板图23 附录4 元器件清单24 附录5 作品照片26 1 直流稳压电源组成1.1简述直流稳压电源的组成一个完整的直流稳压电源由四部分组成，电源变压器、整流电路、滤波电路以及稳压电路。如图1所示。图1 直流稳压电源组成框图变压器：用来将交流电网电压进行降压转换为所需要的电压值。整流电路：将交流电压变成脉动的直流电压。但此脉动的直流电压含有较大的纹波。滤波电路：对较大的纹波加以滤除，从而得到平滑的直流电压。稳压电路：直流电压随着电网电压的波动、负载和温度的的变化而变化，所以需要在整流滤波电路后加稳压电路，用以维持输出直流电压稳定，确保带载能力。1.2几种常见的直流稳压电源几种常见的直流稳压电源有：晶体管串联型稳压电源、固定输出稳压电源、可调输出稳压电源等。2 晶体管串联型稳压电源2.1晶体管串联型稳压电源电路原理图 2.2晶体管串联型稳压电源 2.2晶体管串联型稳压电源电路框图2.3简述电路组成2.3.1整流电路 采用桥式全波整流电路。 一、由四个二极管组成桥式整流电路如图2所示。 图2 桥式整流电路在桥式整流电路中，当输入u 正半周时，Va Vb ：二极管 D1、 D3 导通； D2、 D4 截止，工作波形如图3所示。 图3 桥式整流电路正半周工作 在桥式整流电路中，当输入u 负半周时， VaVb ：二极管 D2、 D4导通；D1、 D3截止，工作波形如图4中红色波形所示，指标计算如下。 图4 桥式整流电路负半周工作脉动系数 平均整流电流 最大反向电压 2、 桥式全波整流电路仿真（1） 仿真电路图 （2） 仿真电路测量波形 （3）变压器副边电压AC+ 12.000V整流电压ZL 10.638V（4）衡量整流工作性能的参数输出电压平均值VO（AV）-反映整流电路将交流电压转换为直流电压的能力。 脉动系数S -反映整流输出电压中交流成分的大小，用来衡量整流电路输出平滑程度。S= VOr / VO（AV) -VOr谐波电压总有效值；-VO直流电压2.3.2滤波电路几种滤波电路如图5所示，图（a）电容滤波电路，图（b）电感电容滤波电路（倒L型），图（c）型滤波电路 图5 滤波电路采用单向桥式整流电容滤波电路1滤波原理 利用储能元件电容两端的电压(或通过电感中的电流)不能突变的特性（电抗元件的储能作用）, 滤掉整流电路输出电压中的交流成份，保留其直流成份，达到平滑输出电压波形的目的。2电容滤波电路分析（1） 输出电压 uo与放电时间常数 RLC 有关。RLC 愈大 电容器放电愈慢 纹波减小u o愈大, 一般 (T:电源电压的周期) , 近似估算:uo=1.2U2。（2）流过二极管瞬时电流很大RLC 越大 uo越高 负载电流的平均值越大 ; 整流管导电时间越短 iD的峰值电流越大，故一般选管时，取（3） 单向桥式整流电容滤波电路单向桥式整流电容滤波电路如图6所示。 图6 桥式整流电容滤波电路未接入RL电路如图7，波形如图7所示。 图7 桥式整流电容滤波未接入RL电路接入RL时电路如图8 图8 桥式整流电容滤波接入RL电路 u2 uC时：二极管D1、D3导通，一方面向RL提供电流，另一方面向C充电。 波形图2.3.3稳压电路（一）、稳压电路分类3 固定输出稳压电源3.1固定输出稳压电源电路原理图3.2固定输出稳压电源电路组成（1）启动电路（2）基准电压电路（3）取样比较放大的调整电路（4）保护电路3.3固定输出稳压电源工作原理 随着半导体工艺的发展，现在已生产并广泛应用的单片集成稳压电源，具有体积小，可靠性高，使用灵活，价格低廉等优点。最简单的集成稳压电源只有输入，输出和公共引出端，故称之为集成三端稳压器。常用的集成三端稳压器W7800 (W7900)系列，其内部也是串联型晶体管稳压电路,内部附有短路和过热保护环节, 外形及引脚功能下图所示。 常用的W7800 (W7900)系列三端集成稳压器的性能及特点：输出电流超过 1. 5 A（加散热器），不需要外接元件内部有过热保护、过流保护调整管设有安全工作区保护输出电压容差为 4%输出电压额定值有: （5V、6V、 9V、12V 、 15V、 18V、 24V）等 。固定式（W7800正电压系列、W7900负电压系列）3.4固定输出稳压电源参数计算输出电压输出电压变化量电压调整率输入调整因数稳压系数输出电阻温度系数 3.5固定输出稳压电源波形图 4 可调输出稳压电源 4.1 可调输出稳压电源电路原理图 4.2可调输出稳压电源电路组成及工作原理改变RP可改变输出： 4.3可调输出稳压电源参数计算输出电压输出电压变化量电压调整率输入调整因数稳压系数输出电阻温度系数4.4 可调输出稳压电源波形图5 元件清单5.1晶体管串联型稳压电源元件清单序号代号名称规格及型号数量备注1V1-4、V11-13二极管1N4001(1A/50V)7A板2V5三极管8050 (NPN)1A板3V6、V7三极管9013 (NPN)2A板V8-9三极管8550 (PNP)3A板4LED1、3、4、5发光二极管3红色4B板5LED2发光二极管3绿色1B板6C1电解电容470/16V1A板7C2电解电容22/10V1A板8C3电解电容100/10V1A板9R1、R3电阻1K (1/8W)2A板10R2、R4电阻1、33 (1/8W)各1A板11R5、R6电阻150、270 (1/8W)各1A板12R7电阻220 (1/8W)1A板13R8、R10、R12电阻24 (1/8W)3A板14R9、R11、R13电阻560 (1/8W)3A板15T电源变压器3W 7.5V1JK16CT1电源插头线2A 220V1接变压器AC-AC端17CT2十字插头线1B18A印制线路板（A）大板1JK19B印制线路板（B）小板1JK20TH、ZJ弹簧、正极片各5JK21K1、K2拨动开关1D3W、2D2W各1B22PX排线（15P）75mm1A与B板间连接线23JK机壳、上下盖套124JKJ1J9160 mm-15mm计9条25热缩套管30mm2用于电源线与变压器引出导线间接点处的绝缘5.2固定输出稳压电源元器件清单序号代号名称规格及型号数量1C1、 C7、 C12、 C15电解电容470uF/25V42C2、 C5、C10、 C14电解电容2200uF/25V43C3、 C4、 C6、 C8 C11、 C13、 C16瓷片电容0.1uF/瓷片74C17电解电容10uF/25V15D1-10二极管1N4007106DS1、 DS2、 DS3LED发光二极管3mm红色37MC1集成三端稳压块780518MC2、（MC3)集成三端稳压块7812、7912各19MC3集成三端稳压块7912110MC4集成三端稳压块LM317111散热片YK20 412P1、 P3插拔端子2P3.96mm（弯脚）213P2、AC IN插拔端子3P3.96mm（弯脚）214R1电阻470115R2、 R3电阻1K216R4电阻360117RW1电位器WXD3-13/4.7K118变压器220V/双12V600mA 119电源线1.5米120热缩管3mm/5cm121铜柱M3*5+5422圆头螺丝M3X6 623螺帽（螺母）M3 66 稳压电源实物照片7 实际焊接过程中遇到的问题及解决方案（1）变压器副边无输出断电后检查副边线圈电阻，若电阻为无穷大，更换新的变压器。（2）整流电路输出电压不达标整流二极管方向是否正确；（3） 滤波电容发热整流二极管方向是否正确；（4）电源指示灯不亮限流电阻是否正确焊接；发光二级管极性是否安装正确。（5）稳压输出电压不正常是否正确安装稳压器；电压调整电路是否焊接正常。8 实验小结（1）变压器选择设计要求最大的输出电压为14V，根据第一节计算公式，加滤波电容后，直流输出电压UO 1.2 U2，所以要选择双端输出变压器，并且变压器副边输出电压为(14+3)/1.4=12.14V。结合输出电流要求，选择I/P 220V50Hz,O/P 12V*2 600mA的变压器作为电源变压电路。（2）整流电路选择由理论可知，全波整流和桥式整流的效率均为UO=0.9U2 , 全波整流的二极管最大反向耐压值为2.82U2，管子导通电流为0.5IO=250mA。查手册可知，常用整流二极管1N4007最大反向耐压为1000V，最大正向平均整流电流为1A，可以满足本设计要求。因此，采用1N4007组成单相全波整流电路作为直流电源的整流电路。（3）滤波电路选择由于输出最大电压为14V，电流最小为0.5A，所以RL=28。采取电路较为简单的电容滤波，为了获得较为平滑的负载电压，一般时间常数=RL*C（35）T/2.取RL*C=5* T/2，得C=1786F 。考虑电网电压波动10%，则电容所能承受的最高电压1.1*U2*1.414=18.67V，所以采用2200F，25V的电解电容作为滤波电容。（4）稳压电路的选择根据输出要求可知，有固定输出和可调输出两大块。由于集成稳压器具有稳定性高以及完善的内部保护措施，并且使用方便、价格低廉，所以决定采用7812、7912、7805作为固定稳压器，采用LM317作为可调稳压器，两者的纹波电压均可在50mV以下 ；输出电流方面，78系列可达到1.5A，317系列TO220封装也可达到1.5A，完全满足设计要求。故采用上述器件作为整个电源的稳压部分。（5） PCB板检查拿到PCB板后，需要检查是否有断线、短路、破损等情况。（6）元器件检查与整形检查元件型号、数量是否与清单一致，使用工具对相关元件按照相关技术规范进行整形。（严禁粗暴整形）（7）元器件参数测定对主要元器件（如电源线、变压器、整流二极管等）进行参数测定。（8）元器件装配与焊接元器件装配要按照从低到高的顺序，依次进行。电烙铁进行焊接时，需注意焊点要有光滑整齐的外观，足够的机械强度以及可靠的电气连接。（9）整机装配220V电源线与变压器原边接线要有热缩管保护，防止触电短路。变压器副边中心抽头要接到地线上。参考文献1. 康华光 电子技术基础 模拟部分 高等教育出版社 2005 附录附录1： Multisim仿真电路原理图；附录2： Altium designer设计的整体电路图；附录3： Altium designer设计PCB板图；附录4： 元器件清单附录5： 作品照片附录1： Multisim仿真电路原理图附录2： Altium designer设计的整体电路图附录3： Altium designer设计PCB板图附录4： 元器件清单序号代号名称规格及型号数量备注1V1-4、V11-13二极管1N4001(1A/50V)7A板2V5三极管8050 (NPN)1A板3V6、V7三极管9013 (NPN)2A板V8-9三极管8550 (PNP)3A板4LED1、3、4、5发光二极管3红色4B板5LED2发光二极管3绿色1B板6C1电解电容470/16V1A板7C2电解电容22/10V1A板8C3电解电容100/10V1A板9R1、R3电阻1K (1/8W)2A板10R2、R4电阻1、33 (1/8W)各1A板11R5、R6电阻150、270 (1/8W)各1A板12R7电阻220 (1/8W)1A板13R8、R10、R12电阻24 (1/8W)3A板14R9、R11、R13电阻560 (1/8W)3A板15T电源变压