直流稳压电源的制作与调试(模拟后续)全

目录1、直流稳压电源的组成2、原件选型及型号参数3、电路板设计4、电路的安装与调试5、电路的参数测定第一部分直流稳压电源的组成原件选型及型号参数电路板设计电路的安装与调试电路的参数测定一、直流稳压电源组成变压器：整流：滤波：稳压：将交流电网电压进行降压滤除脉动交流变脉动直流进一步消除纹波，提高电压的稳定性和带载能力整流电路滤波电路稳压电路整流电路滤波电路稳压电路u1u2u3u4uo个完整的直流稳压电源由如下四部分组成：交流电压转变为单向脉动的电压。*整流电路的任务：*技术指标：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x流电路输出平滑程度。S=VOr/VO（AV)谐波电压总有效值直流电压utU2U2二、整流电路*常用单相整流电路分类1、半波整流2、全波整流3、桥式整流（一）、单相半波整流电路二极管导通，忽略二极管正向压降，uo=u2u1u2aTbDRLuo分析时，把二极管当作理想元件，即正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大。二极管截止,uo=0+–io+–u20时:u20时:u2uouDt2340工作原理：电路：输出电压平均值（Uo）,输出电流平均值（Io)：()=2021tduUoo=()021tdsint22U=2245.02UU=u1u2aTbDRLuouDioIo=Uo/RL=0.45U2/RLuo20t二极管上的平均电流及承受的最高反向电压：u1u2aTbDRLuouDiouD20tUDRM二极管上的平均电流：ID=IOUDRM=22U承受的最高反向电压:（二）、全波整流电路u1u2aTbD1RLuoD2u2io+–+–+–+–变压器副边中心抽头，感应出两个相等的电压u2当u2正半周时：D1导通，D2截止。当u2负半周时：D2导通，D1截止。u2uouD1t2340uD2忽略二极管正向压降+输出电压平均值（Uo）,输出电流平均值（Io)：u1u2aTbD1RLuoD2u2iouo20t()=01tduUoo=()01tdsint22UIo=Uo/RL=0.9U2/RL=229.02UU=2二极管上的平均电流及承受的最高反向电压：u1u2aTbD1RLuoD2u2io二极管上的平均电流：oDII21=uD20tDRM22UU=2二极管承受的最高反向电压：（三）、桥式整流电路u1u2TD3D2D1D4RLuo组成：由四个二极管组成桥路RLD1D3D2D4u2uou2uo+–（2）.工作原理u正半周，VaVb：二极管D1、D3导通；D2、D4截止。（3）.工作波形（1）.电路结构－utU2U2RLuiouo1234ab+–+–－1、桥式整流电路工作原理:（2）.工作原理（3）.工作波形（1）.电路结构RLuiouo1234ab–++–u负半周，VaVb：二极管2、4导通；1、3截止。utU2U2－脉动系数tdtsinV21VV20==πLO(AV)LLLRVI=483.0VVVSL2L22==222V=29.0VL29.0RV=平均整流电流D3D1II=D4D2II==L2L45.021RVI==最大反向电压2RM2VV=指标计算：几种滤波电路（a）电容滤波电路（b）电感电容滤波电路（倒L型）（c）型滤波电路三、滤波电路滤波原理：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。以单向桥式整流电容滤波为例进行分析，其电路如图所示。桥式整流电容滤波电路au1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC+–电容滤波电路分析uoD4Cau1u2u1bD2D1D3RLS+–（1）RL未接入u2tuot设t1时刻接通电源t1整流电路为电容充电充电结束没有电容时整流的输出波形u2tuotau1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC+–（2）RL接入时整流输出电压电容电压时：二极管截止，电容经负载放电。整流输出电压电容电压时，二极管D1、D3导通，电容被充电。放电充电(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LoLDFRU~I~I21)32(2)32(==电容滤波电路的特点(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Vo愈大一般取2)53(TCRτLd=(T:电源电压的周期)近似估算:Uo=1.2U2。常用稳压电路(小功率设备)以下主要讨论线性串联式稳压电路稳压管稳压电路开关型稳压电路线性稳压电路电路最简单，但是带负载能力差，一般只提供基准电压，不作为电源使用。效率较高，目前用的也比较多。三、稳压电路输出电压),,(OIOTIVfV=输出电压变化量TSIRVKVT=OoIVO输入调整因数00IOVO===TIVVK电压调整率00IOOVO%100/===TIVVVS稳压系数00IIOOO//===TIVVVV输出电阻00OOoI===TVIVR温度系数00OI===TVTTVS稳压电源质量指标一、晶体管串联型直流稳压电源1、电路2、框图（1）输入电压：AC:～220V（2）输出直流稳压：DC：3V、4.5V、6V三档。（3）输出直流电流：额定值150mA，最大值300mA。（4）具有过载，短路保护，故障消除后自动恢复。（5）充电稳定电流：60mA（±10%）（6）充电时间:10-12小时。3、主要技术指标二、固定输出稳压电源1、三端集成稳压器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W7800(W7900)系列三端集成稳压器，其内部也是串联型晶体管稳压电路。电路内部附有短路和过热保护环节。（1）.外形及引脚功能W7800系列稳压器外形1—输入端3—公共端2—输出端W7900系列稳压器外形1—公共端3—输入端2—输出端塑料封装（2）.性能特点（7800、7900系列）输出电流超过1.5A（加散热器）不需要外接元件内部有过热保护内部有过流保护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。输出为固定正电压时的接法如图所示：输入电压需高于输出电压3V以上2、三端固定输出集成稳压器的应用CoW7805CiUI+_+_Uo1230.1~1F1F用来抵消输入端接线较长时的电感效应，防止产生自激振荡。即用以改善波形。为了瞬时增减负载电流时，不致引起输出电压有较大的波动。即用来改善负载的瞬态响应。注：型号后XX两位数字代表输出电压值集成三端稳压器分类：固定式（78正电压系列、79负电压系列）可调式（CW317正电压、CW337负电压）CW217CW117CW237CW137CW78LXX输出电流最大为150mACW78MXX输出电流最大为500mACW78XX输出电流最大为1.5A集成三端稳压器分类：1、固定集成三端稳压器：输出额定电压值有如下系列:5V、9V、12V、15V、18V、24V等。2、可调集成三端稳压器：正CW117--/CW117M--/CW117L电CW217--/CW217M--CW217L压CW317--/CW317M--/CW317L负CW137--/CW137M--/CW137L电CW237--/CW237M--CW237L压CW337--/CW337M--/CW337L1——为军品级；2——为工业品级；3——为民品级PaP1REFREFO+=RIRRVVV)1(25.11PRR一个完整的小功率直流稳压电路由四部分组成：电源变压器、整流电路、滤波电路以及稳压电路。变压器：用来将交流电网电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。由于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，用以维持输出直流电压稳定。综述第二部分直流稳压电源的组成原件选型及型号参数电路板设计电路的安装与调试电路的参数测定1、变压器选择根据设计要求，（1）四路直流输出，-12V、+5V、+12V以及+1.25V~+14V可调直流电压。（2）各路直流输出电流不小于0.5A最大输出电压为14V，根据第一节计算公式，加滤波电容后，直流输出电压UO≈1.2U2，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/P220V~50Hz,O/P12V*2600mA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=28Ω。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τ=RL*C≥（3~5）T/2.取RL*C=5*T/2，得C=1786μF。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2200μF，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。第三部分直流稳压电源的组成原件选型及型号参数电路板设计电路的安装与调试电路的参数测定在原理确定，器件选型结束后，可以开始制作PCB。具体步骤如下：1、原理图的绘制按照第一部分所述原理，利用AltiumDesginer软件进行绘制。注意：（1）元器件管脚要正确连接，如7812,7912的管脚使用区别。（2）原件标识直观明了（3）原理图层次清晰•原理图2、建立元器件封装库根据所选原件型号，仔细查阅数据手册。根据手册中器件尺寸图，使用正确的器件封装。注意：（1）遇到库中不存在的器件封装，如散热片，手动绘制封装时，需要仔细测量其尺寸。3、PCB的绘制要求：布局合理，布线清晰。注意：（1）散热片与电解电容距离要适中，防止电容受热老化（2）使用覆铜作为地平面（地线）。插入pcb图第四部分直流稳压电源的组成原件选型及型号参数电路板设计电路的安装与调试电路的参数测定拿到PCB板后，就可以进行焊接、装配与调试工作。1、元器件检查与整形检查PCB是否有断线、短路、破损等情况；检查元件型号、数量是否与清单一致；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。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）2、焊接焊接要按照从低到高的顺序，依次进行。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。3、装配注意：（1）变压器副边中心抽头要接到地线上。（2）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。4、调