直流穩(wěn)壓電源與充電器設(shè)計(jì)

1、工 藝 技 術(shù)課題名稱 ZX2018C型直流穩(wěn)壓電源及充電器設(shè)計(jì)學(xué)生姓名 王義點(diǎn) 學(xué) 號(hào) 201111321407 專 業(yè) 電氣自動(dòng)化 班 級(jí) 11級(jí)自動(dòng)化 4班 指導(dǎo)教師 耿霞 余明才 ZX2018C型直流穩(wěn)壓電源及充電器設(shè)計(jì)摘要： 一般晶體管電路都需要直流電源，而且是穩(wěn)定的電源，才能正常工作，如收音機(jī)，電視機(jī)等。不管是用分立元件組成電路，還是用集成電路，其中都少不了放大信號(hào)的晶體管。為了保證晶體管能夠保證放大信號(hào)，必須采用穩(wěn)定的直流電源供電，穩(wěn)定的直流電壓可由干電池或蓄電池獲得，但他們儲(chǔ)蓄電量的能力有限，不能供應(yīng)電器長(zhǎng)時(shí)間工作。 穩(wěn)定的直流電源可由交流電經(jīng)過降壓，然后經(jīng)過穩(wěn)壓獲得，這就是常

2、見的穩(wěn)壓電源，他能供電器長(zhǎng)時(shí)間工作。本課題主要設(shè)計(jì)一個(gè)連續(xù)可調(diào)穩(wěn)壓電路以及用這個(gè)電路對(duì)5號(hào)和7號(hào)電池進(jìn)行充電，以實(shí)現(xiàn)其多功能化。關(guān)鍵字：整流電路 濾波電路 穩(wěn)壓電路 充電電路目錄一、 設(shè)計(jì)目的 二、 設(shè)計(jì)任務(wù)和要求 三、 設(shè)計(jì)步驟 四、 總體設(shè)計(jì)思路 五、 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及元器件 六、 測(cè)試要求 七、 數(shù)據(jù)處理 八、 焊接電路板及調(diào)試組裝 九、 注意事項(xiàng) 十、 結(jié)論 發(fā)展前景 致謝 參考文獻(xiàn) ZX2018C型直流穩(wěn)壓電源及充電器設(shè)計(jì)一、 設(shè)計(jì)目的1. 通過本次課題的設(shè)計(jì),掌握模擬電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)步驟。2. 學(xué)會(huì)直流穩(wěn)壓電源及充電器的設(shè)計(jì)方法和性能指標(biāo)測(cè)試方法。3. 培養(yǎng)實(shí)踐技能以及分析和解決

3、實(shí)際問題的能力。二、 設(shè)計(jì)的內(nèi)容要求1. 設(shè)計(jì)并制作一個(gè)連續(xù)可調(diào)直流穩(wěn)壓電源及充電器，主要技術(shù)指標(biāo)要求 （1） 輸出電壓：直流3V，6V；（2） 最大輸出電流：500mA（3） 電池充電器：左通道（E1,E2）充電電流5060MA(普通充電)；右通道（E3,E4）充電電流110130mA（快速充電）（4） 穩(wěn)壓電源和充電器可同時(shí)使用，但兩者電流之和不能超過500mA2. 設(shè)計(jì)電路結(jié)構(gòu)，選擇電路元件，計(jì)算確定元件參數(shù)，畫出實(shí)用原理電路圖。3. 自擬實(shí)驗(yàn)方法、步驟及數(shù)據(jù)表格，提出測(cè)試所需儀器及元器件的規(guī)格、數(shù)量，交指導(dǎo)教師審核。4. 批準(zhǔn)后，進(jìn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行組裝、調(diào)試，并測(cè)試其主要性能參數(shù)。三、 設(shè)計(jì)

4、步驟和要求1. 電路圖設(shè)計(jì)（1）設(shè)計(jì)整個(gè)系統(tǒng)是由那幾個(gè)模塊組成，各個(gè)模塊的信號(hào)傳輸，并畫出組成系統(tǒng)方框圖。（2）系統(tǒng)分析：根據(jù)系統(tǒng)功能，選擇各模塊所用電路形式。（3）參數(shù)選擇：根據(jù)系統(tǒng)指標(biāo)的要求，確定各模塊電路中元件的參數(shù)。（4）總電路圖：2.電路安裝與調(diào)試（1）自行設(shè)計(jì)印刷電路板，并焊接。（2）在每個(gè)模塊電路的輸入端加一個(gè)輸入信號(hào)，測(cè)試輸出端信號(hào)，以驗(yàn)證每個(gè)模塊電路能否達(dá)到所規(guī)定的指標(biāo)。（3）重點(diǎn)測(cè)試穩(wěn)壓電路的穩(wěn)壓系數(shù)。（4）將各模塊電路連接起來，整機(jī)調(diào)試，并測(cè)量該系統(tǒng)的各項(xiàng)指標(biāo)。四、總體設(shè)計(jì)思路 1. 直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)思路 （1）電網(wǎng)供電電壓交流220V(有效值)50Hz，要獲得低壓直流輸

5、出，首先必須采用電源變壓器將電網(wǎng)電壓降低獲得所需要交流電壓。（2）降壓后的交流電壓，通過整流電路變成單向直流電，但其幅度變化大（即脈動(dòng)大）。（3）脈動(dòng)大的直流電壓須經(jīng)過濾波電路變成平滑，脈動(dòng)小的直流電，即將交流成份濾掉，保留其直流成份。（4）濾波后的直流電壓，再通過穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓，便可得到基本不受外界影響的穩(wěn)定直流電壓輸出，供給負(fù)載RL。2. 直流穩(wěn)壓電源原理直流穩(wěn)壓電源是一種將220V工頻交流電轉(zhuǎn)換成穩(wěn)壓輸出6V、9V的直流電壓的裝置，它需要變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓四個(gè)環(huán)節(jié)才能完成，見圖1。圖1直流穩(wěn)壓電源方框圖其中：（1）電源變壓器：電源變壓器的作用是將220v的交流電壓變換為9v的交變電壓，

6、以提供整流濾波電路所需電壓。整流電路由四個(gè)整流二極管按橋式整流方法連接對(duì)輸入交流電壓進(jìn)行整流。（2）整流電路：利用單向?qū)щ娫?，?0Hz的正弦交流電變換成脈動(dòng)的直流電（3）濾波電路：可以將整流電路輸出電壓中的交流成分大部分加以濾除，從而得到比較平滑的直流電壓。（4）穩(wěn)壓電路：穩(wěn)壓電路的功能是使輸出的直流電壓穩(wěn)定，不隨交流電網(wǎng)電壓和負(fù)載的變化而變化。1）整流電路常采用二極管單相全波整流電路，電路如圖2所示。在u2的正半周內(nèi)，二極管D1、D2導(dǎo)通，D3、D4截止；u2的負(fù)半周內(nèi)，D3、D4導(dǎo)通，D1、D2截止。正負(fù)半周內(nèi)部都有電流流過的負(fù)載電阻RL，且方向是一致的。電路的輸出波形如圖3所示。圖2

7、整流電路圖3輸出波形在橋式整流電路中，每個(gè)二極管都只在半個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)電，所以流過每個(gè)二極管的平均電流等于輸出電流的平均值的一半，即 。電路中的每只二極管承受的最大反向電壓為(U2是變壓器副邊電壓有效值)。2）濾波電路把經(jīng)過橋式整流電路得到的直流電壓的紋波濾去，但其輸出電流電壓不太穩(wěn)定，內(nèi)阻和紋波較大。C1、C2為濾波電容。如圖4所示圖4濾波電路圖5仿真波形3）在設(shè)計(jì)中，由于濾波電路輸出電壓和電流不是太穩(wěn)定，常利用電容器兩端的電壓不能突變和流過電感器的電流不能突變的特點(diǎn)將電容器和負(fù)載電容并聯(lián)或電容器與負(fù)載電阻串聯(lián)，以達(dá)到使輸出波形基本平滑的目的。選擇電容濾波電路后，直流輸出電壓：Uo1=(1.11

8、.2)U2，直流輸出電流： （I2是變壓器副邊電流的有效值。），穩(wěn)壓電路可以采用復(fù)合管穩(wěn)壓電路。其組成框圖如圖6所示整流電路復(fù)合管比較放大器基準(zhǔn)電壓取樣電路保護(hù)電路圖6穩(wěn)壓電路方框圖具有放大環(huán)節(jié)的串聯(lián)型晶體管穩(wěn)壓電路是由調(diào)整元件比較放大，基準(zhǔn)電壓和取樣電路等幾部分組成穩(wěn)壓電路原理圖如圖7所示圖7穩(wěn)壓電路原理圖VT1、VT2是復(fù)合管作為電壓調(diào)整管，LED2為發(fā)光二極管同時(shí)又有穩(wěn)壓管的作用，提供基準(zhǔn)電壓，R3是它的限流電阻，它們?cè)谝黄鸾M成穩(wěn)壓電路。電阻R4/R5和R6組成分壓器，其作用是把輸出電壓的變化量取出一部分，加到由VT3組成的放大器的輸入端，所以叫做取樣電路。VT3是比較放大管，R1是它的

9、集電極負(fù)載電阻，也是VT2的基極偏置電阻，它將基極的取樣電壓與發(fā)射極的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較并將其差值進(jìn)行放大。從VT3集電極輸出的信號(hào)直接加到復(fù)合管VT1和VT2的基極。VT3輸出電流控制電壓調(diào)整管c、e極間等效電阻的大小。C1、C2、C3是濾波電容。C2、VT1、VT2、R1又組成有源電子濾波電路。穩(wěn)壓電路的過程是這樣的：當(dāng)輸出電壓U0上升時(shí)，電路將發(fā)生如下變化：取樣電路從輸出電壓中取樣，使VT3基極電位Ub3上升，因穩(wěn)壓管LED2的作用使VT3發(fā)射極電位Ue3不變，則VT3發(fā)射結(jié)正反偏置電壓Ube3上升，使VT3基極電流Ib3增加，VT3集電極電流Ic3增加，流過R1的電流I增大，R1上壓降增

10、大使復(fù)合管基極電位Ub1下降，使VT1發(fā)射結(jié)正向偏置電壓Ube1下降，VT1基極電流Ib1下降，使VT1的c、e間等效電阻R增加，VT1的c、e極間電壓Uce1增加，從而輸出電壓U0下降，達(dá)到穩(wěn)壓的目的。同理，當(dāng)輸出電壓U0下降時(shí)，有下述變化過程U0 Ub3 Ube3 Ib3 Ic3 Ub1 Ube1 Ib1 R Uce1U0 同樣，當(dāng)電網(wǎng)電壓變化使輸出電壓U0變化時(shí)，穩(wěn)壓電路也有上述過程U0Ub3 Uc3 Ub1 U0調(diào)節(jié)電路中S1的大小可以改變輸出電壓U0的大小S1Ub3 Uc3Ub1 U0當(dāng)放大器的放大倍數(shù)越大時(shí)，輸出 電壓的穩(wěn)定度就越高。 3直流穩(wěn)壓電源充電器部分從橋式整流電路輸出的直

11、流經(jīng)過電阻R7后，在VT4集電極產(chǎn)生壓降，對(duì)電池進(jìn)行普充?？斐洳糠衷砼c普充電路原理相同，但由于R9阻值比R7阻值小，而橋式整流電路輸出電壓一定，因此在快充電路產(chǎn)生的電流大。充電器原理圖如圖7所示圖7充電器原理圖4. ZX2018C型直流穩(wěn)壓電源及充電器設(shè)計(jì)總電路圖如圖8所示7777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777圖8ZX2018C型直流穩(wěn)壓電源及充電器設(shè)計(jì)總電路圖圖9整流濾波穩(wěn)壓電路仿真波形圖五、實(shí)驗(yàn)設(shè)備及元器件 萬用表 示波器 交流毫伏表 二極管 三極管 變壓器 電容 電阻六、測(cè)試要求1. 測(cè)試并記錄電路中各

12、環(huán)節(jié)的輸出波形。2. 測(cè)量穩(wěn)壓電源輸出電壓的調(diào)整范圍及最大輸出電流。3. 測(cè)量輸出電阻R。4. 測(cè)量穩(wěn)壓系數(shù)。用改變輸入交流電壓的方法，模擬Ui的變化，則可算出穩(wěn)壓系數(shù)Sv。5. 用毫伏表測(cè)量輸出直流電壓中的交流紋波電壓大小，并用示波器觀察，記錄波形。6. 分析測(cè)量結(jié)果，并提出改進(jìn)意見。七、數(shù)據(jù)處理八、焊接電路板及調(diào)試組裝1.焊接與安裝（1）清查元器件的數(shù)量與質(zhì)量，對(duì)不合格的元件要及時(shí)更換。（2）確定元器件的安裝方式、安裝高度，一般它由該元器件在電路中的作用、印制板與外殼間的距離以及該器件兩安裝孔之間的距離所決定。（3）進(jìn)行引腳處理，即對(duì)器件的引腳彎曲成形并進(jìn)行燙錫處理。成形時(shí)不能從引腳根部彎

13、曲，盡量把所有字符的器件面置于觀察的位置，字符應(yīng)從左到右（臥式），從上到下（直立式）。（4）插裝：根據(jù)元件位號(hào)對(duì)號(hào)插裝，不可插錯(cuò)，對(duì)有極性的元器件，插孔時(shí)應(yīng)特別小心。（5）焊接：各焊點(diǎn)加熱時(shí)間及用錫量要適當(dāng)，對(duì)耐熱性差的元器件應(yīng)使用輔助工具散熱。防止虛焊、錯(cuò)焊，避免因拖錫造成短路。（6）焊后處理：剪去多余引腳線，檢查所有焊點(diǎn)，對(duì)缺陷進(jìn)行修補(bǔ)，必要時(shí)用無水酒精清洗印制板。（7）蓋后蓋上螺釘：蓋后蓋前需要檢查1）所有與面板孔嵌裝的元件是否正確到位；2）變壓器是否座落在安裝槽內(nèi)；3）導(dǎo)線不可緊靠鐵芯；4）是否有導(dǎo)線壓住螺釘孔或散露在蓋外。2.測(cè)試與調(diào)整 總裝完畢，按原理圖及工藝要求檢查整機(jī)安裝情況，

14、著重檢查電源線、變壓器連線、輸出連線及兩塊印制板的連線是否正確、可靠，連線與印制板相鄰導(dǎo)線及焊點(diǎn)有無短路及其他缺陷。一切正常時(shí)用萬用表歐姆檔測(cè)得電源插頭二引腳間的電阻大于500以上，即可通電檢測(cè)。（1） 測(cè)試1）接通電源，綠色通電指示燈（LED1）亮；2)空載電壓：空載時(shí)測(cè)量通過十字插頭輸出的直流電壓，其值應(yīng)略高于額定電壓；3）輸出極性：撥動(dòng)S2開關(guān)，輸出極性應(yīng)相應(yīng)變化；4）負(fù)載能力：當(dāng)負(fù)載電流在額定值150mA左右時(shí)，輸出電壓的誤差小于±10%；5）過載保護(hù)：當(dāng)負(fù)載電流增大到一定值時(shí)LED1綠色指示燈逐漸變亮，LED2逐漸變暗，同時(shí)輸出電壓下降。當(dāng)電流增大到500mA左右時(shí)保護(hù)電路

15、起作用，LED1亮，LED2滅。若負(fù)載電流減小則電路恢復(fù)正常；6）充電電流:充電通道內(nèi)不裝電池，置萬用表于直流電流檔，當(dāng)正負(fù)表筆分別觸及所測(cè)通道的正負(fù)極時(shí)（兩節(jié)電池為一組），被測(cè)通道充電指示燈亮，所顯示的電流值即為充電電流值。也可用儀器測(cè)量1、2、3的測(cè)試點(diǎn)。（2） 調(diào)整：1）若穩(wěn)壓電源負(fù)載在150mA時(shí)，輸出電壓誤差大于規(guī)定值的±10%時(shí)，3伏檔更換R4，6伏檔更換R5，阻值增大電壓升高，阻值減小電壓降低；2）若要改變充電電流值，可更換R7（R9），阻值增大，充電電流減小。阻值減小，充電電流增大。九、注意事項(xiàng)1注意所有與版面孔嵌裝元件的高度與孔的配合（如發(fā)光二極管的圓頂部應(yīng)與面板孔

16、相平，面板與撥動(dòng)開關(guān)S1、S2是否靈活到位）；2. VT1、VT2、VT3采用橫裝，焊接時(shí)引腳稍微留長(zhǎng)一些；3由于空間不夠，C1、C2、C3臥裝，R4、R7、R9、R11直立裝，其他電阻元件一律臥裝；4整流二極管全部臥裝；5從變壓器及印制板上焊出的引線長(zhǎng)度應(yīng)適當(dāng)，導(dǎo)線剝頭時(shí)不可傷及銅芯，多股芯線剝頭后銅芯有松散現(xiàn)象，需捻緊以便燙錫，插孔，焊裝；6.為了便于焊接，可根據(jù)具體情況采用分類，分片焊裝；7.變壓器次級(jí)導(dǎo)線以及負(fù)極板的連接線和電源輸出插座的導(dǎo)線都應(yīng)通過穿線孔焊在電路板上，負(fù)極電路板和電源輸出電路板的導(dǎo)線也應(yīng)通過穿線孔再焊在各自的電路板上；8測(cè)試電路時(shí)，必須要保證焊接正確，才能打開電源，以

17、防元器件燒壞；9注意三極管的輸入輸出管腳和橋式整流電路中二極管的極性，不應(yīng)反接；10. 按照原理圖焊接時(shí)必須要保證可靠接地。附 元件清單表序號(hào)名稱型號(hào)規(guī)格位號(hào)數(shù)量序號(hào)名稱型號(hào)規(guī)格位號(hào)數(shù)量1二極管1N4001VD1-66支18負(fù)極彈簧片4個(gè)2三極管9013VT1、32支19主線路板1塊3三極管8050VT21支20負(fù)極線路板1塊4三極管8550VT4、52支21電源插座1塊5發(fā)光二極管3綠色LED1、22支22直流電源插座2、1DC1個(gè)6發(fā)光二極管3紅色LED3、42支23功能指示不干膠2孔1張7電解電容470F/16VC11支24產(chǎn)品型號(hào)不干膠30×461張8電解電容22F/10VC

18、21支25電源插頭線1m1根9電解電容100F/10VC31支26十字插頭輸出線0.8m1根10電阻1、9.1100R2、R9R4各1支27短導(dǎo)線10cm6根11電阻330、470R6、R5各1支28熱塑套管2cm2根12電阻15、24R11、R72支29外殼上蓋、下蓋1套13電阻560R8、R102支30透明蓋、塑料腰條各1個(gè)14電阻1KR1、R32支31自攻螺絲2.5×52粒15變壓器220V，5.5WT1支32自攻螺絲2.5×104粒16直腳開關(guān)1×2、2×2S1、S2各1支33自攻螺絲3×62粒17正極片4個(gè)34裝配說明1份十、結(jié)論畢業(yè)

19、論文是?？茖W(xué)習(xí)階段一次非常難得的理論與實(shí)際相結(jié)合的機(jī)會(huì)，通過這次比較完整的直流穩(wěn)壓電源與充電器的設(shè)計(jì)，我擺脫了單純的理論知識(shí)學(xué)習(xí)狀態(tài)，和實(shí)際設(shè)計(jì)的結(jié)合鍛煉了我的綜合運(yùn)用所學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，解決實(shí)際問題的能力，同時(shí)也提高我查閱文獻(xiàn)資料、設(shè)計(jì)手冊(cè)、設(shè)計(jì)規(guī)范以及電腦制圖等其他專業(yè)能力水平，而且通過對(duì)整體的掌控，對(duì)局部的取舍，以及對(duì)細(xì)節(jié)的斟酌處理，都使我的能力得到了鍛煉，經(jīng)驗(yàn)得到了豐富，并且意志品質(zhì)力，抗壓能力及耐力也都得到了不同程度的提升。這是我們都希望看到的也正是我們進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的所在。 雖然畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容繁多，過程繁瑣但我的收獲卻更加豐富。和老師的溝通交流更使我從新的角度對(duì)設(shè)計(jì)有了新的認(rèn)識(shí)也對(duì)自己提出了新的要求，通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)讓我提前了解了很多知識(shí)，這是很珍貴的。 在設(shè)計(jì)過程中一些電路圖的繪制讓我很頭痛，原因是由于本身對(duì)一些專業(yè)知識(shí)的了解不夠，正是基于這種考慮我意識(shí)到：要向更完美的進(jìn)行一次設(shè)計(jì)，還需要對(duì)一些知識(shí)進(jìn)行更加深入的了解。 提高是有限的但提高也是全面的，正是這一次設(shè)計(jì)讓我積累了一些實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，使我的頭腦更好的被知識(shí)武裝了起來，也必然會(huì)讓我在未來的工作學(xué)習(xí)中表現(xiàn)出更高的應(yīng)變能力，更強(qiáng)的溝通力和理解力。順利如期的完成本次畢業(yè)設(shè)