小功率可調(diào)輸出穩(wěn)壓電源課程設(shè)計(jì)

1、第一章 小功率可調(diào)輸出穩(wěn)壓電源描述直流穩(wěn)壓電源，一般是將220V、50Hz的交流電網(wǎng)電壓，經(jīng)電源變壓器降壓，再經(jīng)整流、濾波和穩(wěn)壓后，獲得平穩(wěn)的直流電壓輸出。1.1 小功率可調(diào)輸出穩(wěn)壓電源的原理 在電子電路中，通常都需要電壓穩(wěn)定的直流穩(wěn)壓電源供電，小功率的穩(wěn)壓電源是由電源變壓器，整流電路，濾波電路和穩(wěn)壓電路等四部分組成。在電子電路中，通常都需要電壓穩(wěn)定的直流穩(wěn)壓電源供電，小功率的穩(wěn)壓電源是由電源變壓器，整流電路，濾波電路和穩(wěn)壓電路等四部分組成。功率較小的直流電源大多數(shù)都是將50Hz的交流電經(jīng)過整流、濾波和穩(wěn)壓后獲得。整流電路用來將交流電壓變換為單向脈動(dòng)的直流電壓；濾波電路用來濾除整流后單向脈動(dòng)電

2、壓中的交流成分，使之成為平滑的直流電壓；穩(wěn)壓電路的作用是當(dāng)輸入交流電源電壓波動(dòng)、負(fù)載和溫度變化時(shí)，維持輸出直流電壓的穩(wěn)定。圖1直流穩(wěn)壓電源方框圖1.2整流濾波電路的確定 整流電路，有單相半波整流、單相全波整流和單相橋式整流電路。濾波電路有電容濾波、RC濾波等。作為直流穩(wěn)壓電源使用的整流濾波電路，一般采用單相橋式整流、電容濾波電路且整流器件多采用硅橋。大多數(shù)濾波器都采用大容量的電解電容器和小容量的有機(jī)薄膜電容器并聯(lián)，來構(gòu)成低，高頻濾波電路。1.3穩(wěn)壓電路 在直流穩(wěn)壓電路的各種形式中，屬于使用分立元件組成的，有串聯(lián)型穩(wěn)壓電路、并聯(lián)型穩(wěn)壓電路、開關(guān)型穩(wěn)壓電路和硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路等。在這些穩(wěn)壓電路中，除

3、硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路因電路簡單，又有一定穩(wěn)壓效果，在某些要求不高的電子設(shè)備中尚有應(yīng)用外，其他各種分立元件的穩(wěn)壓電路已很少有人去設(shè)計(jì)它們了。屬于使用集成穩(wěn)壓器組成的穩(wěn)壓電源有用三端固定式集成穩(wěn)壓器、三端可調(diào)式集成穩(wěn)壓器和集成開關(guān)電源控制器組成的穩(wěn)壓電源。由于用集成穩(wěn)壓器組成的穩(wěn)壓電源電路簡單、性能好、成本低、故障少因此一般在設(shè)計(jì)直流穩(wěn)壓電源時(shí)，多采用集成穩(wěn)壓器去完成。第二章 方案設(shè)計(jì)2.1 設(shè)計(jì)任務(wù)和要求1輸出電壓(1)Uo+5V，(2)Uo015V，連續(xù)可調(diào)。以上兩組直流電源不同時(shí)使用。2輸出電流Io0500mA。3電壓調(diào)整率Su(DU。)<8mV。4.電流調(diào)整率Si(DUo)<50m

4、V5電路保護(hù)要求電路具有過電流、過電壓和過熱保護(hù)功能2.2 電路總體構(gòu)思根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)和要求，其電壓調(diào)整率和電流調(diào)整率的指標(biāo)均較高，尤其是要求電路具有過電流、過電壓和過熱的保護(hù)功能。若用分立元件的方案，能滿足以上要求的電路一定較復(fù)雜；否則，難以滿足要求。所以，實(shí)際上已排除了使用分立元件的可能性。使用集成穩(wěn)壓器：據(jù)Uo+5V，可選用三端固定輸出集成穩(wěn)壓器CW7805；又據(jù)Uo015V，但它不與固定+5V電源同時(shí)輸出(即使用+5V直流電源時(shí)，就不用015V；同理，若使用015V直流電源時(shí)，就不用+5V電源)。因此，可以考慮將上述CW7805通過轉(zhuǎn)換開關(guān)，接成既可固定輸出，又可轉(zhuǎn)換成可調(diào)輸出的兩用直流

5、穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)方案。其總體方案如圖1所示。在圖1中：當(dāng)轉(zhuǎn)換開關(guān)S投向“固定”時(shí)，此時(shí)穩(wěn)壓電路就是一個(gè)輸出電壓為+5V固定輸出的直流穩(wěn)壓電路；當(dāng)轉(zhuǎn)換開關(guān)S投向“可調(diào)”時(shí)，此時(shí)輸出電壓為式中Uxx所用集成穩(wěn)壓器標(biāo)稱輸出電壓值，此處為Uxx+5V；Uz硅穩(wěn)壓管輔助穩(wěn)壓電路的穩(wěn)定電壓；Id集成穩(wěn)壓器的靜態(tài)工作電流；R1,Rp為適應(yīng)固定輸出改為可調(diào)輸出而設(shè)置的外接取樣電阻和電位器。在式(210)中，因UzUxx，故輸出電壓可改寫成顯然，Uo與Rp成正比，即在Rp0時(shí)，輸出電壓Uo0V：隨著Rp阻值增大，輸出電壓Uo亦提高，實(shí)現(xiàn)了輸出電壓從0V起調(diào)的可調(diào)電壓輸出。第三章 電路設(shè)計(jì)3.1元件選擇與電路參數(shù)計(jì)

6、算(1)選擇集成穩(wěn)壓器。三端固定輸出集成穩(wěn)壓器CW7805，其輸出電流有100mA、500mA，lA，15A和3A以上等電流檔次之分。本課題可選用輸出電流為1A的塑封三端固定輸出集成穩(wěn)壓器CW7805，其電參數(shù)典型規(guī)范值為：輸入直流電壓Ui=10V；輸出直流電壓Uo5V；電壓調(diào)整率Su（DUo)20mV；電流調(diào)整率Si(DUo)80mV；·紋波抑制比Sr=75dB；輸入、輸出最小電壓差(UiUo)min20V；最高輸入電壓Uimax3540V；靜態(tài)工作電流Id3.2mA。圖2固定輸出和可調(diào)輸出兩用直流穩(wěn)壓電源(2)確定輸入電壓Ui。集成穩(wěn)壓器輸入電壓Ui選取原則是，在既滿足輸出電壓要

7、求，穩(wěn)壓器又能正常工作的前提下，Ui越低越好，這可以從兩種最不利的情況去考慮：當(dāng)輸出電壓最低時(shí)，此時(shí)加于CW7805輸入、輸出兩端之間的電壓最高，但不得超過允許值，即UiUomin <35V。，當(dāng)輸出電壓最高時(shí)，此時(shí)加于CW7805輸入，輸出兩端之間的電壓最低，但仍要CW7805能正常工作，即(UiUo)min>20V。為此，并結(jié)合本課題的具體要求，可選取Ui18V。當(dāng)Uo0V時(shí)，UiUo=180=18(V)，穩(wěn)壓器輸入，輸出兩端之間的電壓未超過允許值；當(dāng)Uo=15V時(shí)，UiUo=1815=3(V)，穩(wěn)壓器能正常工作。(3)確定變壓器次級電壓有效值U2。若采用硅橋整流，電容濾波電路

8、，則根據(jù)橋式整流電容濾波電路的輸出電壓公式U2(1.051.1)Ui1.2(212)可得U1.05Ui1.2=1.05x181.2=15.75(V)取U216(V)在式(212)中，(1.051.1)是電壓系數(shù)，即510系數(shù)是考慮到變壓器內(nèi)阻、整流器壓降等電壓損失而設(shè)置的。(4)選擇硅橋。硅橋的耐壓為硅橋的額定電流為根據(jù)以上兩條，可選用500mA50V的硅橋。(5)確定攄波電容C1。橋式整流電容濾波電路求濾波電容的公式為式中T交流電網(wǎng)電壓的周期，從濾波電容C1兩端來看，其負(fù)載電阻為：所以：取C1為1000mF25V的鋁電解電容器(6)確定外接取樣電阻R1CW7805接成可調(diào)輸出使用時(shí)，需要外接

9、取樣電阻R1和可調(diào)電位器Rp。CW7805靜態(tài)工作電流典型值為Id3.2mA，此電流會隨輸出電壓的變化而稍有變化。為減小Id對輸出電壓的影響，一般可使取樣電流IR1(35)Id。若取IR3Id，則取：R1=510Q。(7)可調(diào)電位器Rp。當(dāng)Rp的下端不接-5V輔助電源而直接接地時(shí)，由理論分析可得由式(214)可得取Rp為lkW的可調(diào)電位器即可。 (8)C2、C3的選取。電路中C2、C3是為減小紋波，消除自激振蕩而設(shè)立的。在穩(wěn)壓器遠(yuǎn)離濾波電路、紋波要求小的場合，必須接入C2；在無自激振蕩的情況下，亦可不接C3。因?yàn)殡娐分械姆植紖?shù)不易計(jì)算，C2、C3的值常由實(shí)驗(yàn)來確定，一般選取C2：0.10.3

10、3uF ，C3：0.10.33uF(9)5V輔助硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的設(shè)計(jì)。為抵消中5V而設(shè)置的5V輔助硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的設(shè)計(jì)，可參閱有關(guān)教材，此處不再贅述。第四章 安裝調(diào)試直流穩(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。圖3直流穩(wěn)壓電源方框圖其中：（1）電源變壓器：是降壓變壓器，它將電網(wǎng)220V交流電壓變換成符合需要的交流電壓，并送給整流電路，變壓器的變比由變壓器的副邊電壓確定。（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

11、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。整流電路常采用二極管單相全波整流電路如圖4.1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4.2所示。圖4.1整流電路圖4.2輸出波形圖在橋式整流電路中，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)。濾波電路一般采用電容濾波電路。電路如

12、圖5所示。輸出電壓波形反映的是電路穩(wěn)態(tài)的結(jié)果。圖5電容濾波電路從圖5波形圖中可以看出，要保持一定的輸出電壓或輸出紋波小，其放電時(shí)間長數(shù)應(yīng)足夠大，應(yīng)滿足關(guān)系是RLC(35)T/2=(35)/2f式中T和f為電網(wǎng)電壓的周期和頻率，頻率通常為50Hz。輸出電壓與輸入電壓一般可取VO1.2V2穩(wěn)壓電路集成三端穩(wěn)壓器具有體積小，外圍元減少，調(diào)整簡單，使用方便且性能好，穩(wěn)定性高，價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，因而獲得越來越廣泛的應(yīng)用。常見的有固定式和可調(diào)式兩類集成三端穩(wěn)壓器，內(nèi)部多以串聯(lián)型穩(wěn)壓電路為主，還有適當(dāng)?shù)倪^流、過熱等保護(hù)電路。一般固定式較便宜，可調(diào)式較貴，性能也好些，功率也相對較大。在這里我們用可調(diào)式三端穩(wěn)壓器

13、第五章 安裝調(diào)試5.1 元件識別電解電容的引腳正負(fù)極引腳的判定：長腳為正極，短腳為負(fù)極，在電解電容的表面還印有負(fù)標(biāo)志。色環(huán)電阻讀數(shù)四色環(huán)電阻讀數(shù)：從左端起向右排列，第1、2色環(huán)表示阻值的2位有效數(shù)字，第3色環(huán)表示應(yīng)乘的倍數(shù)，第4色環(huán)表示允許誤差。五色環(huán)電阻讀數(shù)：第1至3色環(huán)表示阻值的3位有效數(shù)字，第4色環(huán)表示應(yīng)乘的倍數(shù)，第5色環(huán)表示允許誤差。二極管外型： - + + - 有標(biāo)志的為負(fù)極三端可調(diào)穩(wěn)壓器應(yīng)用注意事項(xiàng):（1）在裝入電路前，一定要清楚各端子的作用，避免接錯(cuò)。 （2）穩(wěn)壓器的輸入端要盡量靠近濾波電容C4，以免線路受分布參數(shù)影響，引起輸入端的高頻自激。 （3）使用時(shí)對要求加散熱裝置的，必須

14、加裝符合要求尺寸的散熱裝置。5.2安裝布局圖畫安裝布局圖5.3安裝電路的安裝應(yīng)本著按電路基本走向布局的原則安排元器件，每個(gè)單元電路的元件和布線相對集中，電源正極和負(fù)極（接地線）要分別在電路板的兩側(cè)安排獨(dú)立走線。元件之間的引線應(yīng)該緊貼電路板走直線，需要繞行時(shí)應(yīng)該走直角拐彎，一面無法走通時(shí)可以在元件面跳線，跳線同樣要走直，緊貼電路板。引線和跳線無焊接處不允許裸線相交。焊接時(shí)要求動(dòng)作迅速準(zhǔn)確，切忌在一個(gè)焊點(diǎn)上反復(fù)焊接，這樣極易造成焊盤脫落。5.4.調(diào)試集成穩(wěn)壓電源的調(diào)試方法、步驟，一般可分為電路檢查和初測、電路性能測試、過載保護(hù)功能檢查三大步驟去進(jìn)行。1）電路檢查和初測電路組裝好以后，要檢查一遍接線

15、情況，在確定安裝接線無誤的情況下，就可進(jìn)行電路通電初測。初測時(shí)，一般先測變壓器次級電壓U2，再測整流濾波電路輸出電壓即穩(wěn)壓器的輸入電壓Ui，最后測穩(wěn)壓器的輸出電壓Uo；如果正常，說明設(shè)計(jì)組裝基本成功，可進(jìn)行下一步性能鑒定的測試。2）電路主要性能的測試(1)輸出電壓值及輸出電壓范圍的測試。將電壓范圍轉(zhuǎn)換開關(guān)S投向“固定”檔，測出輸出電壓值，應(yīng)符合要求。再將電壓范圍轉(zhuǎn)換開關(guān)S投向“可調(diào)”檔，改變電位器Rp，此時(shí)輸出電壓應(yīng)滿足015V的要求(對于方案二，其最低輸出電壓約為12V左右)。(2)負(fù)載能力的測試。在額定輸出電壓、最大輸出電流的情況下，觀察穩(wěn)壓器的發(fā)熱情況。(3)測試電壓調(diào)整率。固定輸出電流

16、(即固定外接負(fù)載)，在穩(wěn)壓器輸出額定電壓+5V的情況下將穩(wěn)壓器的輸入電壓變化±10，測出與此時(shí)相對應(yīng)的輸出電壓的變化量。在集成穩(wěn)壓器的器件手冊中，有的就用此輸出電壓的變化量來表征電壓調(diào)整率的大小，表示為Su(DU。)；也可利用電壓調(diào)整率的定義公式(2·15)來求出電壓調(diào)整率。(4)測試電流調(diào)整率Si。固定輸出電壓，使Uo5V，在輸出電流為零和輸出電流為最大的兩種情況下，測出輸出電壓的變化量。在集成穩(wěn)壓器的器件手冊中，亦常用此輸出電壓變化量來表征穩(wěn)壓器的電流調(diào)整率，表示為Si(DUo)；也可利用電流調(diào)整率的定義公式 (216)來測定其電流調(diào)整率。，(5)測輸出紋波電壓。在額定輸出電壓和額定輸出電流的情況下，用數(shù)字電壓表的毫伏檔測出穩(wěn)壓器輸、出端總的交流紋波電壓值；亦可再測出輸入端的紋波電壓值，再根據(jù)紋波抑制比的定義(217)求出其紋波抑制比。(6)檢查保護(hù)功能。CW7805和CW317集成穩(wěn)壓器內(nèi)部均具有過流、過壓和過熱保護(hù)電路。對于CW7805而言，當(dāng)輸出電流超過2A時(shí)，過流保護(hù)電路起保護(hù)作用；當(dāng)調(diào)整管兩端壓降超過7V時(shí)，過壓保護(hù)電路起保護(hù)作用：當(dāng)調(diào)整管芯溫度超過125'C時(shí)，過熱保護(hù)電路起保護(hù)作用。在實(shí)際使用中，我們最關(guān)心的是