直流稳压电源的制作与调试(模拟后续)

1、目目 录录 1、直流稳压电源的组成、直流稳压电源的组成 2、原件选型及型号参数、原件选型及型号参数 3、电路板设计、电路板设计 4、电路的安装与调试、电路的安装与调试 5、电路的参数测定、电路的参数测定 第一部分第一部分 原件选型及型号参数原件选型及型号参数电路板设计电路板设计电路的安装与调试电路的安装与调试电路的参数测定电路的参数测定一、直流稳压电源组成一、直流稳压电源组成变压器：变压器：整流：整流：滤波：滤波：稳压：稳压：将交流电网电压进行降压将交流电网电压进行降压滤除脉动滤除脉动交流变脉动直流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进一步消除纹波，提高电压的稳定性和带载能

2、力整整 流流 电电 路路滤滤 波波 电电 路路稳稳 压压 电电 路路整整 流流 电电 路路滤滤 波波 电电 路路稳稳 压压 电电 路路u1u2u3u4uo个完整的直流稳压电源由如下四部分组成：个完整的直流稳压电源由如下四部分组成：交流电压交流电压转变为转变为单向脉动的电压。单向脉动的电压。 整流电路的任务：整流电路的任务：技术指标：技术指标：衡量整流工作性能的参数衡量整流工作性能的参数 输出电压平均值输出电压平均值V VO O（AVAV） -反映整流电路将反映整流电路将交流电压转换为直流电压的能力交流电压转换为直流电压的能力。 脉动系数脉动系数S S - -反映整流反映整流输出电压中交流成分的

3、大小输出电压中交流成分的大小，用来衡量整，用来衡量整 x 流电路输出平滑程度。流电路输出平滑程度。 S= VS= VOrOr / V / VO O（AV)AV)谐波谐波电压电压总有总有效值效值直流电压直流电压ut U2U2二、二、 整流电路整流电路*常用单相整流电路分类常用单相整流电路分类1、半波整流、半波整流2、全波整流、全波整流3、桥式整流、桥式整流 （一）、（一）、单相半波整流电路单相半波整流电路二极管导通，忽略二二极管导通，忽略二极管正向压降，极管正向压降，uo=u2u1u2aTbDRLuo分析时，把二极管当作理想元件，即正分析时，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

4、穷大。向导通电阻为零，反向电阻为无穷大。二极管截止二极管截止, uo=0+io+u2 0 时时:u20时时:u2uouD t 2 3 4 0工作原理：工作原理：电路：电路：输出电压平均值（输出电压平均值（Uo）,输出电流平均值（输出电流平均值（Io )：( )=2 021tduUoo=( ) 021tdsin t22U=2245. 02UU=u1u2aTbDRLuouDioIo= Uo /RL =0.45 U2 / RL uo 2 0 t二极管上二极管上的的平均电流平均电流及及承受的承受的最高反向电压最高反向电压：u1u2aTbDRLuouDiouD 2 0 tUDRM二极管上的平均电流：二极

5、管上的平均电流：ID = IOUDRM=22U承受的最高反向电压承受的最高反向电压:（二）、全波整流电路（二）、全波整流电路u1u2aTbD1RLuoD2u2io+变压器副边中心抽头，变压器副边中心抽头，感应出两个相等的电压感应出两个相等的电压u2当当u2正半周时：正半周时： D1导通，导通，D2截止。截止。当当u2负半周时：负半周时： D2导通，导通，D1截止截止。u2uouD1 t 2 3 4 0uD2忽略二极管忽略二极管正向压降正向压降+输出电压平均值（输出电压平均值（Uo）,输出电流平均值（输出电流平均值（Io )：u1u2aTbD1RLuoD2u2iouo 2 0 t( )= 01t

6、duUoo=( ) 01tdsin t22UIo= Uo /RL =0.9 U2 / RL =229. 02UU=2二极管上二极管上的的平均电流平均电流及及承受的承受的最高反向电压最高反向电压：u1u2aTbD1RLuoD2u2io二极管上二极管上的的平均电流：平均电流：oDII21=uD 2 0 tDRM22UU= 2二极管承受的二极管承受的最高反向电压最高反向电压：（三）、桥式整流电路（三）、桥式整流电路u1u2TD3D2D1D4RLuo组成：由四个二极管组成桥路组成：由四个二极管组成桥路RLD1D3D2D4u2uou2uo+ ut U2U2RLuiouo1234ab+ + 1 1、桥式整

7、流电路工作原理、桥式整流电路工作原理: :RLuiouo1234ab + u 负半周，负半周，VaVb ：二极管二极管 2、4 导通导通；1、3 截止截止 。ut U2U2 脉动系数脉动系数tdtsinV21VV20=LO(AV)LLLRVI = =483. 0VVVSL2L22=222V = =29 . 0 V L29 . 0RV= =平均整流电流平均整流电流D3D1II= =D4D2II= = =L2L45. 021RVI = = =最大反向电压最大反向电压2RM 2VV= =指标计算：指标计算：几种滤波电路几种滤波电路（a）电容滤波电路）电容滤波电路（b）电感电容滤波电路（倒）电感电容滤

8、波电路（倒L型）型）（c） 型滤波电路型滤波电路三、滤波电路三、滤波电路滤波原理：滤波原理： 利用储能元件利用储能元件电容电容两端的电压两端的电压(或或通过电感中的电流通过电感中的电流)不能突变的特性不能突变的特性（电抗元件的储能作用）（电抗元件的储能作用）, 滤掉整流滤掉整流电路输出电压中的交流成份，保留其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直流成份，达到平滑输出电压波形的目的。目的。以单向桥式整流电容滤波为例进行分析，以单向桥式整流电容滤波为例进行分析，其电路如图所示。其电路如图所示。桥式整流电容滤波电路桥式整流电容滤波电路au1u2u1bD4D2D1D3RLu

9、oSC+电容滤波电路分析电容滤波电路分析uoD4Cau1u2u1bD2D1D3RLS+（1） RL未接入未接入u2tuot设设t1时刻接时刻接通电源通电源t1整流电路整流电路为电容充为电容充电电充电结束充电结束没有电容没有电容时整流的时整流的输出波形输出波形u2tuotau1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC+（2） RL接入时接入时整流输出电压整流输出电压电容电压时，电容电压时，二极管二极管D1、D3导导通，通， 电容被充电。电容被充电。放电放电充电充电(2) 流过二极管瞬时电流很大。流过二极管瞬时电流很大。RLC 越大越大 Uo越高越高 负载电流的平均值越大负载电流的平均值越大 ; 整

10、流管导电时间越短整流管导电时间越短 iD的峰值电流越大的峰值电流越大故一般选管时，取故一般选管时，取LoLDFRUII21)32(2)32(=电容滤波电路的特点电容滤波电路的特点(1) 输出电压输出电压 Uo与放电时间常数与放电时间常数 RLC 有关。有关。RLC 愈大愈大 电容器放电愈慢电容器放电愈慢 纹波减小纹波减小V o愈大愈大一般取一般取2)53(TCRLd=(T:电源电压的周期电源电压的周期)近似估算近似估算:Uo=1.2U2。常用稳压电路常用稳压电路( (小功率设备小功率设备) )以下主要讨以下主要讨论线性串联论线性串联式稳压电路式稳压电路稳压管稳压管稳压电路稳压电路开关型开关型稳

11、压电路稳压电路线性线性稳压电路稳压电路电路电路最简单最简单，但，但是带负载能力差，是带负载能力差，一般只提供基准一般只提供基准电压，不作为电电压，不作为电源使用。源使用。效率较高，效率较高，目前用的也目前用的也比较多。比较多。 三、稳压电路三、稳压电路输出电压输出电压) , , (OIOTIVfV = =输出电压变化量输出电压变化量TSIRVKVT = = OoIVO 输入调整因数输入调整因数00IOVO= = = = = =TIVVK电压调整率电压调整率00IOOVO %100/= = = = = =TIVVVS稳压系数稳压系数00IIOOO /= = = = = =TIVVVV 输出电阻输

12、出电阻00OOoI= = = = = =TVIVR温度系数温度系数00OI = = = = = =TVTTVS稳压电源质量指标稳压电源质量指标一、晶体管串联型直流稳压电源一、晶体管串联型直流稳压电源1 1、电路、电路2 2、框图、框图 （1）输入电压：）输入电压：AC: 220V（2）输出直流稳压：）输出直流稳压：DC：3V、4.5V、6V三档。三档。（3）输出直流电流：额定值）输出直流电流：额定值150mA， 最大值最大值 300mA。（4）具有过载，短路保护，故障消除后自动恢复。）具有过载，短路保护，故障消除后自动恢复。 （5）充电稳定电流：）充电稳定电流：60mA（10%）（6）充电时间

13、）充电时间: 10-12小时。小时。 3、主要技术指标、主要技术指标1、三端集成稳压器、三端集成稳压器随着半导体工艺的发展，现在已生产并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，具有广泛应用的单片集成稳压电源，具有体积小，体积小，可靠性高，使用灵活，价格低廉可靠性高，使用灵活，价格低廉等优点。等优点。最简单的集成稳压电源最简单的集成稳压电源只有输入，输出只有输入，输出和公共引出端和公共引出端，故称之为，故称之为集成三端稳压器集成三端稳压器。常用的常用的W7800 (W7900)系列系列三端集成稳压三端集成稳压器，其内部也是器，其内部也是串联型晶体管稳压电路串联型晶体管稳压电

14、路。电路内部附有电路内部附有短路和过热短路和过热保护环节。保护环节。注：注：型号后型号后XX两位数字代表输出电压值两位数字代表输出电压值固定式（固定式（78正电压正电压系列、系列、79负电压负电压系列）系列）CW78LXX 输出电流最大为输出电流最大为150mACW78MXX 输出电流最大为输出电流最大为500mACW78XX 输出电流最大为输出电流最大为1.5A输出额定电压值有如下系列输出额定电压值有如下系列:5V、9V、12V 、15V、18V、 24V等等 。W7800系列稳压器外形系列稳压器外形1输入端输入端3 公共端公共端2 输出端输出端W7900W7900系列稳压器外形系列稳压器外

15、形1 公共端公共端3输入端输入端2 输出端输出端 输出电流超过输出电流超过 1. 5 A（加散热器）（加散热器） 不需要外接元件不需要外接元件 内部有过热保护内部有过热保护 内部有过流保护内部有过流保护 调整管设有安全工作区保护调整管设有安全工作区保护 输出电压容差为输出电压容差为 4% （5V、6V、 9V、12V 、 15V、 18V、 24V）等）等 。输出为固定输出为固定正电压正电压时的接法如图所示：时的接法如图所示：CoW7805CiUI+_+_Uo123 0.11 F1 FCW117-/CW117M-/CW117LCW217-/CW217M-CW217LCW317-/CW317M-

16、/CW317LCW137-/CW137M-/CW137LCW237-/CW237M-CW237LCW337-/CW337M-/CW337L1为军品级；为军品级；2为工业品级；为工业品级；3为民品级为民品级 正电压正电压：负电压负电压：PaP1REFREFO+=RIRRVVV)1 (25. 11PRRPaP1REFREFO+=RIRRVVV 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

17、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。 综述综述 第二部分第二部分 直流稳压电源的组成直流稳压电源的组成电路板设计电路板设计电路的安装与调试电路的安装与调试电路的参数测定电路的参数测定 1、变压器选择、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 1.2 U2，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

18、)/1.4=12.14V。结合输出电流要求，选择I/P 220V50Hz,O/P 12V*2 600mA的变压器作为电源变压电路。 2、整流电路选择、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、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=28。 采取电路

19、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=RL*C（35）T/2.取RL*C=5* T/2，得C=1786F 。 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2200F，25V的电解电容作为滤波电容。 4、稳压电路的选择、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

20、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。 第三部分第三部分 直流稳压电源的组成直流稳压电源的组成原件选型及型号参数原件选型及型号参数电路的安装与调试电路的安装与调试电路的参数测定电路的参数测定 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、原理图的绘制 按照第一部分所述原理，利用Altium Desginer 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、建立元器件封装库 根据所选原件型号，仔细

21、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 第四部分第四部分 直流稳压电源的组成直流稳压电源的组成原件选型及型号参数原件选型及型号参数电路板设计电路板设计电路的参数测定电路的参数测定 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、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

22、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 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、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、调试、调试 （1）检查电源插头是否短路。 （2）各输出对地是否短路 若上述两步均可通过，即可进行通电检查。逐级测量各点参数是否符合设计要求。 5、常见问题处理、常见问题处理 （1）变压器副边无输出 断电后检查副边

23、线圈电阻，若电阻为无穷大，更换新的变压器。 （2）整流电路输出电压不达标 整流二极管方向是否正确； （3）滤波电容发热 整流二极管方向是否正确； （4）电源指示灯不亮 限流电阻是否正确焊接；发光二级管极性是否安装正确。 （5）稳压输出电压不正常 是否正确安装稳压器；电压调整电路是否焊接正常。 第五部分第五部分 直流稳压电源的组成直流稳压电源的组成原件选型及型号参数原件选型及型号参数电路板设计电路板设计电路的安装与调试电路的安装与调试 实物调试好后，进行参数测量。1、电压输出测量、电压输出测量 用万用表直流电压档测量各路输出。2、最大输出电流测量、最大输出电流测量 外加可调大功率电阻，搭建电流测

24、量电路，由大到小调整电阻，记录输出电流。当电压突然出现跌落时，说明已超过其最大输出电流，应及时断开测量回路。此时对应的电流即为最大输出电流。3、纹波电压测量、纹波电压测量 使用数字示波器，切换至交流输入型，此时采入的波形即为纹波电压，如后图所示，放大波形，读取峰峰值即可。输出电压波形输出电压波形纹波电压波形纹波电压波形纹波电压纹波电压:指的是一指的是一个直流电个直流电压中的交压中的交流成分。流成分。产生的原产生的原因是：因是：1、滤波不干滤波不干净净2、负、负载载 的波动的波动纹波电压纹波电压FFT分析分析如图可知，纹波电压10mV，满足设计要求。经过FFT分析，可知全波整流后，100Hz处有

25、最大幅值存在，符合电路幅频特性。直流稳压电源设计论文要求直流稳压电源设计论文要求：一、封皮一、封皮 二、设计任务书二、设计任务书 三、论文内容三、论文内容1、晶体管串联型稳压电源晶体管串联型稳压电源（1） . 电路原理图电路原理图 （2）.电路框图电路框图（3）. 简述整流、滤波、稳压部分的电路组成、简述整流、滤波、稳压部分的电路组成、 元器元器件作用、参数计算、工作原理、电路波形。件作用、参数计算、工作原理、电路波形。2、固定输出稳压电源固定输出稳压电源 3、可调输出稳压电源、可调输出稳压电源 1.电路原理图电路原理图 2.简述器件作用、参数计算电路组成、工作原理、电路简述器件作用、参数计算电路组成、工作原理、电路波形。波形。四、其他内容四、其他内容 实际焊接过程中遇到的问题及解决方案 稳压电源实物照片 各项测量参数（用表格方式表现） 实践小结（收获体会） 附录CommentDesignatorQu