串联稳压型直流电源训练报告

科学技术学院SCIENCE&TECHNOLOGYCOLLEGEOFNANCHANGUNIVERSITY《工程训练》报告REPORTONENGINEERINGTRAINING题目串联型直流稳压电源的设计与制作学科部、系：信息学科部电子系专业班级：学号：学生姓名：指导教师：起讫日期：2014/04/20——2014/04/30I串联型直流稳压电源专业：学号：7学生姓名：指导教师：摘要：直流稳压电源一般由变压器、整流器、滤波器和稳压器四部分组成。变压器把220V交流电（市电）变为稳压所需的低压交流电；整流器把低压交流电变为直流电；整流后的直流电中仍会含有交流成分，可以通过滤波电路将交流成分滤除；经滤波后，稳压器再把不稳定的直流电压变为稳定的直流电压输出。稳压电源的分类方法繁多，按输出电源的类型分有直流稳压电源和交流稳压电源；按稳压电路与负载的链接方式分有串联稳压电源和并联稳压电源；按调整管的工作状态分有线性稳压电源和开关稳压电源；按电路类型分有简单稳压电源和反馈型稳压电源，等等。如此繁多的分类方式往往让初学者摸不着头脑，不知道从哪里入手。其实应该说这些看似繁多的分类方法之间有着一定的层次关系，只要理清了这个层次自然可以分清楚电源的种类了。直流稳压电源的技术指标可以分为两大类：一类是特性指标，反映直流稳压电源的固有特性，如输入电压、输出电压、输出电流、输出电压调节范围；另一类是质量指标，反映直流稳压电源的优劣，包括稳定度、等效内阻（输出电阻）、纹波电压及温度系数等。并联稳压电源有效率低、输出电压调节范围小和稳定度不高这三个缺点。而串联稳压电源正好可以避免这些缺点，所以现在广泛使用的一般都是串联稳压电源。关键词：串联稳压直流可调电源，AltiumDesigner软件，PCB板II目录第一章串联型直流稳压电源的的概述............................................11.1制作串联反馈型稳压电源的目的要求.....................................11.1.1基本目的.......................................................11.1.2设计任务与要求.................................................1第二章设计方案的选择和确定..................................................22.1、整体框架图..........................................................22.2、方案比较及单元电路设计..............................................2第三章系统硬件的设计.....................................................64.1电路中封装的设计.....................................................74.1.1从封装库中导入封装.............................................74.1.2人工绘制封装...................................................74.2PCB板电路的元器件的导入和连线.......................................84.3印刷电路板...........................................................8第四章性能测试和分析.......................................................9第五章心得体会..............................................................101第一章串联型直流稳压电源的的概述1.1制作串联反馈型稳压电源的目的要求1.1.1基本目的此次工程训练选择使用分立式元器件构成串联反馈型直流稳压电源。学生通过实训了解相关分立式元器件的基本结构、工作原理、特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计算、元器件的选用、计算机软件实现硬件的仿真、PCB板的设计、电路的安装和调试，最后完成达到技术指标要求的标准产品。1.1.2设计任务与要求⑴设计任务：设计一个串联直流稳压可调电源，电路具体参数要求为：①直流输出电压UO：3V—15V；②最大输出电流IO：1A；③电网电压变化±10％时，输出电压变化小于±1％；④三稳压电源直流输出电压U：+5V；+9V；-9V。⑵设计任务①在布局完成的基础上完成实物焊接，制作实物时应尽量避免使用跳线。②各种功能模的构成器件尽量紧凑排布。在制作实物时，电源及地需预留端口出来，以便仪器的测量。③制板时需大家把学号、姓名也一同制作出来。格式如：7020907057B张某某。要求焊接电路时，分模块进行焊接。④焊接完一个功能模块进行测试成功后再进行下一个模块的焊接。2第二章设计方案的选择和确定2.1、整体框架图直流稳压电源由变压器、整流、滤波、和稳压电路四部份组成，其原理框图如图1所示。电网供给的电压经电源变压器降压后，得到符合电路需要的交流电压，然后由整流电路转换成方向不变，大小随时间变化的脉动电压，再用滤波器滤其分量，得到比较平直的直流电压。但这样的直流输出电压，还会随交流电网电压的波动或负载的变动而变化。在对直流供电要求较高的场合，还需要使用稳压电路，以保证输出直流电压更加稳定。图1直流稳压电源组成原理框图电源变压器：将交流电网电压u1变为合适的交流电压u2整流电路：将交流电压u2变为脉动的直流电压u3滤波电路：将脉动直流电压u3转变为平滑的直流电压u4稳压电路：清除电网波动及负载变化的影响,保持输出电压u0的稳定2.2、方案比较及单元电路设计（1）变压器变压器降压电路是利用电源变压器一、二次绕组匝数比的不同来实现电压变换的。电源变压器一次绕组的线径较细，匝数较多，二次绕组的线径较粗，匝数较少，可以有多个绕组。当变压器的一次绕组接在220V交流电压上时，二次绕组上就会感应出一定值的交流电压。（2）整流电路直接在交流电路中串接一个合适的二极管，如图2所示，利用二极管的单相导电性，把交流电转换为直流电，产生图3所示的电压波形。图2单相半波整流电路图3半波整流电路输出电压波形u1u2aTbDRLuotuo3单相桥式整流电路：采用的是全波整流，它有四只二极管组成。其构成原则就是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，D2、D4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致的，在负载形成单方向的全波脉动电压。.从而实现将交流的电压变为直流电压。电路如图4所示。其输出电压波形如图5。图4单相桥式整流电路图5桥式整流电路输出电压波形图单相半波整流电路的优点是使用元器件少，电路简单：缺点是效率低，输出电压脉动系数大。这种电路仅适用于电流较小，对电流脉动程度要求不高的场合。而桥式整流电路，对二极管的参数要求与半波整流一样，但有输出电压高、变压器利用率高、脉动小等优点，因此得到了广泛的应用；但它所需要二极管的数量多，由于实际二极管的正向电阻不为零，必然会使整流电路的内阻增大，从而使损耗较大。故本设计选择单相桥式整流电路。（3）滤波电路电容滤波电路是最常见也是最简单的滤波电路，在整流电路的输出端并联一个电容（区分正负极）即构成电容滤波电路，电容在电路中也有储能的作用，并联的电容器在电源供给的电压升高时，能把部分能量存储起来，而当电源电压降低时，就把能量释放出来，使负载电压比较平滑。电路如图6所示。其输出电压波形如图7。tuo4图6电容滤波电路原理图图7电容滤波电路输出电压波形图电容滤波电路简单易行，输出电压平均值高，但它仅适用于负载电流较小且其变化也较小的场合。本次设计使用电容滤波电路。（4）稳压电路图8串联负反馈稳压电路图8是串联负反馈稳压电路电路图，其中T1是调整管，D1和R2组成基准电压，T2为比较放大器，R3～R5组成取样电路，R6是负载。假设由于某种原因引起输出电压UO降低时，通过R3～R5的取样电路，引起T2基极电压（UT2）O成比例下降，由于T2发射极电压（UT2）E受稳压管D1的稳压值控制保持不变，所以T2发射结电压（UT2）BE将减小，于是T2基极电流（IT2）B减小，T2发射极电流（IT2）E跟随减小，T2管压降（UT2）CE增加，导致其发射极电压（UT2）C上升，即调整管T1基极电压（UT1）B将上升，T1管压降（UT1）CE减小，使输入电压UI更多的加到负载上，这样输出电压UO就上升。这个调整过程可以使用下面的变化关系图表示：5UO↓→（UT2）O↓→UD1恒定→（UT2）BE↓→（IT2）B↓→（IT2）E↓→（UT2）CE↑→（UT2）C↑→（UT1）B↑→（UT1）CE↓→UO↑当输出电压升高时整个变化过程与上面完全相反，这里就不再赘述，简单的用下图表示：UO↑→（UT2）O↑→UD1恒定→（UT2）BE↑→（IT2）B↑→（IT2）E↑→（UT2）CE↓→（UT2）C↓→（UT1）B↓→（UT1）CE↑→UO↓（4）增加输出电流当输出电流不能达到要求时，可以通过采用复合调整管的方法来增加输出电流。图9复合管图9中的复合管是由一个小功率三极管T2和一个大功率三极管T1连接而成。复合管就可以看作是一个放大倍数为βT1βT2，极性和T2一致，功率为（PT1）PCM的大功率管，而其驱动电流只要求（IT2）B。图10是一个实用串联负反馈稳压电源电路图。此电路采用图9中的复合管连接方法来增加输出电流大小。另外还增加了一个电容C2，它的主要作用是防止产生自激振荡，一旦发生自激振荡可由C2将其旁路掉。6图10串联负反馈稳压电源电路（5）保护电路图10限流型保护电路在串联型稳压电路中,由于调整管与负载相串联,因此当过载时,特别是输出端短路时,调整管将要承受全部输入电压和流过很大的电流,致使调整管功耗剧增而烧毁。所以需要对调整管加以保护。保护电路通常有限留型保护电路和截流型保护电路。这里以限流型保护电路为例,介绍保护电路的分析。三、设计总图第三章系统硬件的设计74.1电路中封装的设计4.1.1从封装库中导入封装点击原理图中的元器件，然后从封装库中搜索，看有没有，有就导入，没有需要绘制。4.1.2人工绘制封装先画好封装的边框线，焊盘之间的距离根据元器件的脚的实际长度而定，然后放上焊盘，标号，设置好孔的内径，标好正负极。然后安装到元器件的封装库中。此原理图中需要绘制的封装图：1、小电容2、3300uF电容3、保险盒4、电位器5、三极管6、散热片87、功率管8、带锁按键4.2PCB板电路的元器件的导入和连线1元器件的导入根据原理图，设置PCB的长度150mm宽为100mm，孔的内径为1.5mm,外径为3mm，板的厚度为2mm，其他使用默认值。2元器件之间的连接把元器件连接起来，注意，导线之间最好不要出现交叉，如果需要，须设置焊盘，进行跳线。3:姓名学号的输入4.3印刷电路板印刷电路板基本制作方法1用AltiumDesigner绘制布线图，线粗为2mm左右；2将绘制好的图用纸打印出，将打印出的布线图复制到复铜墙铁壁板上：复制前应将铜面打磨，磨去氧化层，.用细砂布将印刷板复铜面擦至光亮为止。并用锉刀将复铜板四周边缘锉至平直整齐，而且尺寸尽量与设计图纸尺寸相符，并将布线图裁成与复铜板一样的尺寸，为了防止在复制过程中产生图纸移动，故要求用胶纸将图纸左右两端与印刷板贴紧；93热转印。将覆盖有图纸的铜版放入滚筒式加热设备中转印，重复三四次即可；4将图纸撕去，铜版放入腐蚀液中腐蚀，等到没覆盖线路图的其他部位铜片腐蚀