稳压充电两用电源的制作.doc

稳压充电两用电源的制作江苏省南通技师学院 黄培鑫直流稳压电源是一种常用工具，是无线电爱好者学习、工作的好帮手。下面介绍的是本人使用多年的一台即有稳压调整功能，又有充电功能的稳压充电两用电源（简称两用电源），这台电源性能稳定，便于自己制作。使用自己制作的电源，即实惠又能从中找到成功的乐趣。现向大家推荐，以于共享。一、两用电源的特点 1）该两用电源组装在一只ABS塑料盒内，整机比较紧凑；两用电源与交流电的连接，采用一根具有双绝缘性能的带插头的双芯电源线，安全性能比较好；两用电源的输出端，采用一只单声道耳机插座以及两只香蕉插头与外部相连接，使用比较方便。2）两用电源上装有一只电流表和电压表，能直观的了解直流输出电压值和负载的电流值。3）设置了“稳压”与“充电”转换开关和一只“125mA”与“6mA”的转换开关，使操作极为方便。4）两用电源装有工作指示灯和充电指示灯，一旦进入正常的工作状态和充电工作状态，指示灯就会分别的发光显示。两个指示灯分别隐藏在两只表头内，发光时既能照亮表头的指示值，方便了观察读数，又能起到美观效果。5）两用电源输出的直流电压，可以实现连续可调，其调节范围为312V。并能使输出电压稳定在一定电流值范围内。还设计有输出短路保护电路。6）两用电源能对18节的充电电池进行恒流充电。还能利用6mA一挡对普通的碱性电池进行充电，使之获得35次的再次使用。两用电源外形见下图所示。二、两用电源的技术指标 1）交流输入电压：220V10 %2）直流输出电压：3V12V（连续可调）3）电压调整率：0.5 %（500mA电流时）4）直流输出电流：500mA（最大1000mA）5）直流电压纹波：50mV（500mA输出时）6）充电电流：125mA、6mA（或800mA）7）两用电源体积：55120150mm（长宽高）8）两用电源重量：约600 g三、两用电源的工作原理两用电源由交流输入、桥式整流、滤波、稳压调整、充电、显示和二次滤波等七个部分组成。（见图1所示）当把电源插头XS插入接有220V交流电源的插座中，经电源变压器T1的隔离降压作用后，在T1的次级获得15V低压交流电。再由整流硅堆UR1及C4、C5组成的桥式整流电路，将交流电进行整流以及滤波后，在C4两端输出较平滑的直流电压，送到下级电路。 由IC1、IC3、R1、R2、R9、VT1、VT2、VT3、VD4、VD5、C8、C10、电位器RP1、2X2的船形开关S2和继电器K1组成直流稳压调整电路，以完成输出电压3V12V之间连续可调和稳压作用；同时发出“滤波前电路工作正常”的指示。（见图2所示）稳压调整电路是一个改进的串联型稳压电源电路。稳压调整电路的核心是一块三端可调精密稳压器IC1。它有三个电极引脚，自左向右编为R、A、K。“R” 是访问极，“A”是阳极，“K”是阴极（见“两用电源元器件参数表”）。通过调节IC1的R端电位，能使IC1的稳压范围在2.5V36V之间变化。稳压调整电路的工作过程简述如下：当S2拨向上端，IC3三端稳压器输出的12V电压为K1继电器的电磁铁线圈提供了工作电压，K1吸合，常开触点闭合，使稳压调整电路与输出端接通。稳压调整电路的输入端是VT2的集电极，稳压调整电路的输出端是VT2的发射极。VT1是调整管VT2的推动级，VT1的基极接有调节网络，调节网络由IC1和RP1、C8组成。VT1以及VT2受控于IC1的阴极“K”（3脚）的电压变化。当调节电位器RP1而产生的调节变化量或是来自输出端的变化量同时输入到IC1的访问极“R”（1脚），经IC1的内部作用，在IC1的阴极“K”端就会产生一个新的直流电位。这个直流电位控制着VT1的基极电压，实际上就是控制着VT1对VT2的推动力，从而改变VT2的放大量，使稳压电源的输出电压得到稳压和可调。IC1是稳压调整电路的核心元件。IC1是一个并联型可调精密稳压器，它的作用相当于一个可调的稳压管。IC1内部由取样电路、比较电路、推动电路和基准电压等几部分组成（图3所示）。IC1不仅具有稳压管的作用，还具有一定的驱动能力，以驱动外围电路进行工作。当精密稳压器IC1工作时，控制端“R”取自稳压电源输出端的电压变化信号，与内部的基准电压相比较，产生一个变化量。这一变化量调整着IC1调整电路的工作状态，使阴极“K”端电压不断地发生变化，也就是使阴极“K”端的电压不断地改变，相当于使用着许多个稳压管。 当“R”端电压升高时，通过IC1内部作用，使“K”端电压降低；当“R”端电压降低时，通过IC1内部作用，使“K”端电压升高。所以调整“R”端的电压值，就能达到调整“K”端电压值的目的。VT1、VT2组成复合式电压调整电路。VT1是VT2的推动管，以提高电压调整电路的调整效果。当调节RP1时，IC1的“R”端电压随之变化， IC1的“K”端电压也同步发生变化，从而改变着VT1的基极电位，也改变着VT1对VT2推动力的大小，使VT2集电极C与发射极E之间的内阻产生变化，最终使直流电源的输出电压得到调整。IC1的“R”端电位越高，VT2集电极C与发射极E之间的内阻越大，输出电压就越低；反之，IC1的R端电位越低，VT2集电极C与发射极E之间的内阻越小，输出电压就越高。当负载电流发生变化时，输出电压也会发生变化。当负载电流增大时，电源输出端电压就会降低，于是在IC1的“R”端产生一个负电压变化量。经过IC1的作用，IC1的K端电位就升高，使VT1的基极偏置加大，VT1对VT2的推动电流也增大，VT2的内阻减小，使输出电压得到与负电压变化量相等的正向调整。以上过程为：IRLRKVT1-bVT2-bU（输出电压）；反之输出电压向反方向调整，从而使电源的输出电压不因负载电流的变化而发生变化，始终稳定在预先调节的输出电压值上。输出电压的稳定过程，就是VT2的内阻不断地随负载电流的变化而反向作用的过程。电阻R1为VT1提供基极偏置，同时还为IC1提供工作电流。电阻R9是VD5的限流电阻，为VD5提供合适地工作电流。R9与VD5共同组成工作指示电路。当桥式整流电路工作正常，就会在C4两端形成上正下负的直流电压，R9与VD5串联后并在C4两端，也就能得到直流工作电压而使VD5发光显示。电解C8的作用可以减少电压调整电位器RP1调节时的调节噪声，提高电压调整的效果，使输出电压变化平滑。电阻R2、稳压二极管VD4与VT3组成输出短路保护电路。电阻R2和稳压二极管VD4为VT3的基极提供稳定的基极偏置。稳压电源正常工作时，VT3的发射极（电源输出端）电压值始终比基极的电压值高，VT3截止；当电源输出端不慎短路时，VT3的发射极为0电位，而基极电压稳定在2.2V，于是VT3导通，使集电极与发射极之间的内阻迅速减小，并将VT1的基极电位拉低，即VT1的基极电位接近0V，于是VT1、VT2截止，中断了对输出端的电压输出，达到保护稳压电源、保护元器件的目的。当短路现象解除，保护作用也自动撤出。输出短路保护电路的设计，使两用电源在使用时更加的方便和可靠。充电电路由IC2及电阻R2R8、R10、VT4、VD1VD3、VS1、C9、C10、船形开关S2、S3和IC3、继电器K1、K2等元件组成（见图4所示）。完成对18节直流电源（充电电池）的恒流充电；在0.8A电流时还能对电瓶进行恒流充电，而且当电瓶电压达到规定电压时，能及时的对电瓶停止充电，实现对电瓶的过充电保护，避免电瓶的损伤或损坏。充电电路工作原理：当S2拨向下侧，继电器K1的电磁铁线圈失电，常开触点复位，切断了稳压电路的输出通路，而接通了充电电路的输出通路。在充电电路中，有一个核心元件IC2。IC2是一块三端可调正输出稳压集成块，其型号是LM317。在一般情况下，IC2加上几个元件，就能组成一个正输出的可调稳压电源（略）。在这里，我们把IC2应用在充电电路中，使它的应用得以拓展。在IC2内部有一个1.25V的基准稳压源，这个基准稳压源不受外围电压变化的影响，而基准电压始终保持不变。当输出端电压变化（如改变电池的数量）的时候，IC2能将变化量与基准电压进行比较，使输出端电压也相应的升高。在IC2内部进行调整的过程中，IC2的2脚电位始终比1脚电位高出1.25V（基准电压值）电压。利用IC2内部基准电压源不变和恒定的特性，就能实现对直流电源（电池）的恒流充电。其方法是用基准电压回路电阻=充电电流，即：I充 = 1.25 / R 。式中R是回路中的限流电阻，在图4中是指R3、R4两电阻之和 。在充电电路中，如果电阻R3、R4的阻值之和为10，则充电回路的电流值为125mA；如果电阻R3、R4的阻值之和为300，则充电回路电流值为6mA。在电路中设计了R3、R4两个电阻，并通过继电器K2进行切换，目的是为了设定两个充电电流，以满足不同电池的不同充电电流要求。如把R4短接，充电回路中只有R3起作用，此时回路电阻阻值为10，则充电电流为125mA；如果R3、 R4同时起作用，回路电阻阻值为310，则充电电流约为6mA。6mA的充电电流，可以对普通碱性电池进行充电；125mA的充电电流，可以对镍氢电池或镍镉电池进行恒流充电。如果把R3的阻值改成1.56，R4的阻值改成10，就能得到125mA 和800mA两种充电电流（T1的功率也要提高才能达到此设计效果）。800mA电流能为电动自行车电瓶进行充电。VD1并接在IC2输入端3脚与输出端2脚上，对IC2起保护作用。当充电结束时，如在未关断两用电源的情况下取下电池，两用电源的输出端电位会瞬间升高，这是由于C4的容量比C6的容量大很多，而造成C4的充电时间比C6的充电时间也长很多，这就造成IC2的输出端（2脚）上电压的上升速度比输入端（3脚）上电压的上升速度快，于是出现了2脚电压瞬间比3脚电压高的现象，而使IC2瞬间加上反向电压。这种反向电压很容易对IC2造成损坏。现在在电路中设计了VD1，当出现IC2的2脚电位比3脚电位高的反向电压时，对VD1来说正好是获得了正向电压，于是VD1导通，将IC2输出、输入两端的反向电压进行短路，避免了IC2受反向电压冲击而可能造成的损坏。在两用电源正常工作时，VD1处于反向截止状态，对电路不会产生任何影响。发光二极管VD3和电阻R6组成充电指示电路。充电时，在R3或R4上存在有电压降，这个电压降再加上VD2上的电压降，两个电压降之和，正好满足了VD3的工作电压，于是VD3发光。R6是VD3的限流电阻，以便提供给VD3合适的工作电流，否则VD3会因工作电流太大而损坏；同时避免VD3直接接入而形成第二个电流通路，影响充电电路的正常工作。VS1、VT4、R7、R8、R11、C9、RP2、以及R10组成限压保护电路。限压保护电路的信号电压取样由VT4担任，VT4的发射极E和基极B接在分流电阻R10的两端。当电路处在大电流充电的情况下，分流电阻R10两端会产生较高的电压降，这一电压降的电压极性为左正右负，正好满足了PNP型三极管VT4（B极电位比E极电位低就导通）的导通条件，于是VT4导通。VT4导通后其发射极与集电极之间的内阻变得很小，使发射极上的高电位在集电极上得以输出。VT4集电极输出的电压送到限压设定微调电位器RP2的（电路图中的）上端，通过调节RP2，使VS1得到触发控制电压而工作。调节RP2中心端的电压值（设定限压停充的电压值），实际上就是设定：当电瓶充电充到规定电压时，加到VS1的控制极G上，能满足VS1导通的电压值。VS1一旦工作，VS1的阳极A与阴极K之间的内阻就变得很小，使IC2的控制端1脚被下拉，而使1脚电位接近为0V。于是IC2停止向输出端输出电压，也就停止了对电瓶的继续充电。当电瓶停充后，电瓶电压会逐渐的降低到额定值，而低于限压停充值。但由于VS1的自锁特性，而不会因电瓶电压值低于限压停充电压值而解锁。C9、R7、R8的作用是产生延时效果，以消除干扰脉冲对VS1的误触发现象。由R10、RP3、电流表PA1和电压表PA2组成显示电路。PA1、PA2各是91C16型电压表和电流表。在两用电源工作时，它们能粗略显示输出电压和输出电流。PA1是利用电阻R10上的压降来实现偏转的，微调RP3可以校正电流表的指示值。C6、C7是两用电源输出前的再次滤波，以滤除电压中极少的交流成分、消除电源中的高频干扰，提高两用电源的性能。四、两用电源的安装一）测量元器件 将市场上购买的元器件，用仪器仪表对其逐一进行测量，筛选合格元器件以待安装。1）电源变压器的初、次级可用万用表对其测量直流阻值，以判断好坏。电源变压器的初级绕组的直流阻值约为320左右；次级绕组的直流阻值为3左右。2）用万用表测量IC1在空载时的直流阻值。（见下表所示）表棒 / IC脚 红 黑11K16K65K70K3）用万用表测量IC2在空载时的直流阻值。（见下表所示）表棒 / IC脚 红 黑10K55K1M38K130K23K4）用万用表测量IC3在空载时的直流阻值。（见下表所示）表棒 / IC脚 红 黑12K75K55K12K12K12K（注：以上阻值均为MF30型万用表、R1K档测）5）发光二极管VD3、VD5的测量，用万用表的R10K档进行。正向测量时， 直流阻值较小，而且发光二极管应有微亮；反向测量时，阻值应很大。6）对其它元器件进行测量。(见两用电源元器件参数表)二）装配元器件 1）装配内容除了电流表PA1，电压表PA2，发光二极管VD3、VD5，船形开关S2、S3，电位器RP1，电源输出插座XP、电源插头连线XS、电源开关S1和电源变压器T1以外，其它元器件均安装在一块8085mm体积的印刷电路板上。（见图6）2）装配步骤按照先高后低、先小后大、先元件后器件的安装顺序进行装配焊接。（1）焊接短路线。（2）焊接电阻、二极管。（3）焊接C1、C2、C3、C5、C7。（4）焊接RP2、RP3。（5）焊接VT1VT4、VS1、IC1。（6）安装XS1、XS2、XS3、XS4插座，安装K1、K2。（7）焊接除C4以外的所有电解电容器。（8）安装两个散热片，安装VT2、IC2、IC3。（9）安装C4。（10）制作与XS1XS4插座相联系的XP1、XP2、XP3、XP4四个插头。带状接线（排线）取长度均为180mm。 图6 两用电源装配图 （零件面）三）安装剩余元器件 两用电源安装在一只邮购买来的，体积为15012055mm的卧式ABS塑料盒内。为了使用方便和美观，将卧式塑料盒立式使用。（见两用电源外形图和图7所示）1）安装内容电流表PA1，电压表PA2，发光二极管VD3、VD5，波动开关S2、S3，电位器RP1，电源输出插座XP、电源插头连线XS、电源开关S1、电源变压器T1。2）安装步骤（1）按照图7所示，用铅笔在面板上画出各个元器件的安装开孔位置。首先是S2、S3；然后是PA1、PA2；VD3、VD4；RP1、XP的3个零件；最后是XS、S1和T1。（2）对面板上的各个零部件进行连线。（3）安装电源插头连线XS、电源开关S1。（4）安装电源变压器T1。3）安装方法（1）安装S2、S3。 在面板（见图7、图8）上挫出两个116mm的小方，用以安装S2和S3。如果小方孔挫得偏大，在S2、S3装入后有些松动，可以用少量的502胶水进行加固。（2）安装PA1、PA2。 根据表头后部凸出部分的大小，挫一个上圆下方的孔。装入PA1、PA2后，用胶棒将其与面板相粘连。在装入PA1、PA2之前，要对其各两个焊片进行涂锡。（3）安装VD3、VD5。 在PA1、PA2的右下方（见图7）各钻一只3mm孔，用以安装VD3和VD5。装入VD3和VD5后，用少量胶棒将其与面板粘连。在装入VD3、VD5之前，要对他们的引脚进行涂锡，涂锡时间不能长。（4）安装RP1。 在面板上将要安装RP1的位置（见图7）钻1只6mm孔，然后安装RP1。在安装RP1之前要对其引脚进行涂锡。（5）安装XP。 在面板相应位置（见图7），钻6mm孔3只，用以安装XP（单声道耳机插座1只、香蕉插座2只）。在安装XP前要对他们的引脚和焊片进行涂锡。（6）安装XS和S1。 在后板的底边向上50mm处（见图8）钻一6mm孔。将电源插头连线XS焊接点处剥头和涂锡，然后将其从外侧穿过孔中，并在后板内侧打一个结，以防XS 被拉出。电源开关S1的安装应与XS平行。最后将XS的两个线头焊在T1的初级绕组接点和S1的焊片上。 （7）安装T1。 将T1按照图8示意的位置进行安装，如果T1的外壳影响安装，可将其外壳去掉。最后用胶棒将其与盒体粘连。（8）制作XP1、XP2、XP3、XP4插头。 在多股带状接线中分出与XP1、XP2、XP3、XP4的插针数相同数的带状线，然后剥出2mm芯线，捻合后涂锡。将做好的接线与XP1XP4的插针一一相焊接。焊接时一是速度要快，二是用锡要少，以防焊锡流到插针的孔中而造成插针报废。（9）连接面板上各个零部件的焊点。 将做好的XP1XP4四各插线，按照两用电源电路图对面板上的各个零部件的焊点进行连线。（10）取一根长500mm的单芯绝缘导线，其一头焊接3mm耳机插座，另一头将两线中的一根箭去50mm，长的一根线焊上黑色鳄鱼夹，短的一根线焊上红色鳄鱼夹。用万用表测量耳机插座或两只夹子，应无短路现象。五、两用电源的调试一）整机调试在装配印刷电路板和总装结束后，应进行多遍的检查，确实无误后才能进入两用电源的调试阶段。将印刷电路板装入塑料盒中，用螺母将其与塑料盒固定。插入自制的XP1XP4插线。（1）可调范围的调整。将S2拨向稳压一侧。电源插头XS插入220V交流电源座中，闭合电源开关S1，此时电源指示灯VD5（发光二极管）应亮起、电压表PA2也应有电压读数。如VD5或PA2无反应，应迅速关闭S1、拔下电源插头XS，检查故障原因，并与以排除。如VD5亮起、PA2有读数，说明电路基本正常。然后在输出端接一只万用表，万用表档位拨到直流25V档。调节电位器RP1，输出电压应能在3V12V之间变化。（2）电压调整率的调整。 调节RP1，使输出电压为10V。在输出端接一只20、5W的电阻作为假负载（见图9所示）。此时电流表PA1应有读数，调节微调电位器RP3，使PA1指针指到0.5A，（PA1的1/2偏转）处；同时观察万用表的读数，10V电压的下跌应不超过5%，即稳压电源的电压调整率为5% 。电压调整率的计算方法为：电压调整率（%）=（空载电压有载电压）/空载电压如果电压调整率较大，应关闭S1、拔下电源插头XS。然后对该部分的元器件进行检查和测量，直到电压调整率指标达到要求。该两用电源作为教学内容时，学生制作后所测的电压调整率都能达到5%。（3）电压纹波系数的测试。在电压调整率达到技术指标后，再进行该项调试。保持第（2）项调试，将万用表从输出端取下。在假负载两端接一台示波器，观察示波器上的波形幅度应小于50mv。如纹波系数较大，应拔下电源插头XS，对该部分的元器件进行检查和测量，直到纹波系数指标达到要求。最后取下假负载电阻。（4） 将S2拨向充电一侧，PA2指示值应为20V左右。将S3拨向125mA侧，然后在输出端接一只100电阻，此时PA2值降低、PA1也应有较小的偏转、VD3亮起。说明充电单元电路基本正常。去掉100电阻。将万用表拨到直流500mA档，红、黑表棒分别接到电源输出端的“”插