精品文檔直流穩(wěn)壓電源與充電電源一 直流穩(wěn)壓電源與充電電源的任務(wù)：設(shè)計一直流穩(wěn)壓電源與充電電電源電路，輸出電壓3V、6V、兩檔，且正負(fù)極性可以轉(zhuǎn)換。整機(jī)直流穩(wěn)壓電源與充電電源電路整體電路框圖，如下 整流濾波電 路穩(wěn) 壓電 路充電電路（慢充）充電電路（快充）1整流濾波電路采用橋式整流電容濾波電路。2穩(wěn)壓電路采用帶有限流型保護(hù)電路的晶體管串聯(lián)穩(wěn)壓電路。3充電電路采用兩個晶體管恒流源電路。 二主要技術(shù)指標(biāo)： 1.輸出電壓：3V、6V兩檔，且正負(fù)極性可以轉(zhuǎn)換。2.輸出電流：額定電流為150mA，最大電流500 mA。3.額定電流輸出時，Uo/Uo小于10%。4.“慢充”或“快充” ：能對4節(jié)5號或7號可充電電池“慢充”或“快充”。慢充的充電電流為50mA60mA ，快充的充電電流為 110mA130mA。三、直流穩(wěn)壓電源與充電電源的設(shè)計方案：整體電路的設(shè)計應(yīng)由后級往前級進(jìn)行。即先設(shè)計穩(wěn)壓電路，再設(shè)計充電電路，最后設(shè)計整流電路。1. 穩(wěn)壓電路設(shè)計 穩(wěn)壓電路采用帶有限流保護(hù)電路的晶體管串聯(lián)穩(wěn)壓電路。保護(hù)電路電壓調(diào)整管 Uo,(ui) uo基準(zhǔn)電路取樣電路比較放大器電路基本設(shè)計方案如下：1.由于穩(wěn)壓輸出電流Io100mA,因此調(diào)整管采用復(fù)合管。2.提供基準(zhǔn)電壓穩(wěn)壓管可以用發(fā)光二極管LED代替，兼做電源指示燈用。3.由于UO為3v、6v兩檔固定值，且不要求調(diào)整，因此可將取樣電阻分為兩個，用1*2波段開關(guān)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。4.輸出端用2*2波段開關(guān)來轉(zhuǎn)換UO極性。5.過載保護(hù)電路采用限流保護(hù)電路，且二極管用發(fā)光二極管LED代替，兼做過流指示燈使用。穩(wěn)壓電源原理如下圖穩(wěn)壓電路的組成穩(wěn)壓二極管的缺點(diǎn)是工作電流較小，穩(wěn)定電壓值不能連續(xù)調(diào)節(jié)。線性串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的工作電流較大，輸出電壓一般可連續(xù)調(diào)節(jié)，穩(wěn)壓性能優(yōu)越。 利用晶體管放大作用，將穩(wěn)壓管穩(wěn)定電路的輸出電流放大后，再作為輔在電流。電路采用設(shè)計輸出方式，因而引入了電壓負(fù)反饋可以穩(wěn)定輸出電壓。串聯(lián)型穩(wěn)壓電源電路的組成用三極管輸出電壓可調(diào)的特點(diǎn)所組成的穩(wěn)壓電源，因三極管與負(fù)載相串聯(lián)，所以，又稱為串聯(lián)型穩(wěn)壓電源。串聯(lián)型穩(wěn)壓電源可實現(xiàn)輸出電壓可調(diào)的目的。 穩(wěn)壓電源中的穩(wěn)壓電路由四個單元組成。（1）基準(zhǔn)單元：限流電阻R2和穩(wěn)壓管D1組成穩(wěn)壓電路的基準(zhǔn)單元，該單元的作用是為穩(wěn)壓電路提供自動調(diào)整所需的基準(zhǔn)電壓UZ。（2）取樣單元：電阻R3、R4和電位器RP組成穩(wěn)壓電路的取樣單元，因該單元與負(fù)載電阻RL相并聯(lián)，所以該電路兩端電壓的變化情況直接反映了輸出電壓的變化情況。（3）放大單元：穩(wěn)壓電路中的放大單元由三極管T2、電阻R1和穩(wěn)壓管D1等器件組成，該電路可將取樣電路所采到的電壓UB2與基準(zhǔn)電壓UZ進(jìn)行比較，并產(chǎn)生與輸出電壓變化情況成正比的控制信號，控制信號經(jīng)放大后產(chǎn)生控制電壓，控制調(diào)整管T1的輸出電壓，以保證穩(wěn)壓電源輸出電壓的穩(wěn)定。（4）調(diào)整單元：穩(wěn)壓電路中的調(diào)整單元由三極管T1和外接的負(fù)載電阻RL等器件組成，調(diào)整管T1與負(fù)載電阻RL等組成射極輸出器。射極輸出器是串聯(lián)電壓負(fù)反饋電路，因電壓反饋可以穩(wěn)定輸出電壓，所以，穩(wěn)壓電源的輸出電壓將很穩(wěn)定。因穩(wěn)壓電源的輸出電流等于調(diào)整管的集電極電流，當(dāng)輸出電流太大時，可采用復(fù)合管作為調(diào)整管，以提高電路的輸出電流.由于在穩(wěn)壓電路中，調(diào)整管與負(fù)載串聯(lián)，因此流過它的電流與負(fù)載電流一樣大。當(dāng)輸出電流過大或發(fā)生短路時，調(diào)整管會因電流過大或電壓過高而損壞，所以需要對調(diào)整管加以保護(hù)。 電路中，R2、LED1組成減流型保護(hù)電路。此電路設(shè)計在I0P1.2I0時開始起保護(hù)作用，此時輸出電流減小，輸出電壓降低。故障排除后電路應(yīng)能自動恢復(fù)正常工作。在調(diào)試時，若保護(hù)提前作用，應(yīng)減少R2值；若保護(hù)作用遲后，則應(yīng)增大R2之值。 2.原件參數(shù)計算方法：1.確定輸入電壓Ui(整流濾波電路輸出電壓UO)。當(dāng)忽略檢測電阻R2上的電壓時，有Ui=Uo=UOmax+UCE1=6+UCE1式中，調(diào)整管壓降UCE1一般在3V-8V間選取，以保證T1能工作再放大區(qū)，當(dāng)市電電網(wǎng)電壓波動不大時，UCE1可選小一些，此時調(diào)整管和電源變壓器的功耗也可以小一些。2.確定晶體管。估算出晶體管的Icmax、Ucemax和Pcmax值，再根據(jù)晶體管的極限參數(shù)Icm、BUceo、Pcm來選擇晶體管。ICmaxIO=150Ma Ucemax=Ui-Uomin=Ui-3 Pcmax=IcmaxUcemax查晶體管手冊，只要ICM、BUCEO、PCM大于上述計算值的晶體管都可以作為調(diào)整管T1所用。3.確定基準(zhǔn)電壓電路的基準(zhǔn)電壓。因為Uo=(Uz+UBE3)，所以UZ=nUO -UBE3則UZnUO式中，n為取樣電路的取樣比，且n=1,一般為0.6-0.8之間，所以UZ應(yīng)小于Uomin(3V)LED的工作電壓約為1.8-2.4V,且其正向特性曲線較陡，因此特可以代替穩(wěn)壓管提供基準(zhǔn)電壓。4.計算基準(zhǔn)電壓電路的限流電阻R3。限流電路IDIE3IR3限流電路ID=IR3+IE3=+IE3式中，UZ為LED的工作電壓，其值可取2V；ID為LED的工作電流，在2mA-10mA之間取值；IE3為T3的工作電流，可在0.5mA-2mA間取值。當(dāng)IE3的值選定后，為保證LED能完全可靠的工作，R3的取值應(yīng)滿足條件：2mAID10Ma.當(dāng)U0=U0min=3V時，ID最小，即ID=+IE3=+IE32mA得 R3當(dāng)UO=Uomax=6V時，ID最大，即ID=+IE3=+IE3 10mA得 R3因此有 R3在取值范圍內(nèi)，R3應(yīng)盡量取大一些，這樣有利于UZ的穩(wěn)定。另外，計算出電阻值還應(yīng)取標(biāo)稱值。5.計算基準(zhǔn)電壓電路的功率。可依據(jù)以下公式計算出相關(guān)功率的值。PR3=需要注意的是，計算出的電功率也應(yīng)取標(biāo)稱值。6) 計算取樣電路。首先，選取取樣電流I1（流過取樣電阻的電流）。若I1去的過大，則取樣電路的功耗也大；若I去取得過小，則取樣n會因T2的基極電流的變化而不穩(wěn)定，同時也會造成Uo不穩(wěn)定。在實際應(yīng)用中，一般取I1=（0.05-0.1）I0，然后計算取樣電阻。當(dāng)Uo=3V時，取樣電電路如2-5圖。I1UBE3+UZ-IO+UOR3LED2T3有I1（R6+R6）=3（V）得取樣電路總電阻 R=R4+R6=3/I R6=R4=R-R6此時，就算出的電阻值應(yīng)取標(biāo)稱值，然后利用公式計算UO，并觀察Uo是否接近指標(biāo)。如U0與實際指標(biāo)相差太遠(yuǎn)，則應(yīng)重新取值計算。最后，還應(yīng)對說取電阻進(jìn)行功率計算，并取標(biāo)稱值。IR1IB2IOIC3圖2-6 比較放大器7)計算比較放大器的集電極阻比較放大器如2-6圖所示，R1的取值取決于穩(wěn)壓電源的UO和IO，由此可知IR1=IB2+IC3UR2=UO+UBE1+UBE2UO+1.4若R1得太大，則IR1的值太小，Ib2也小，因此提供不出額定電流IO；如R1值太小，則比較放大器增益減小，會造成穩(wěn)壓性能不好。當(dāng)U0=UOmax=6V時，R1的值應(yīng)滿足條件 或R1式中，IB2由確定。(IO=150mA)其中，1的取值范圍在20-50之間（大功率管取20，中功率管區(qū)50）；2的取值范圍在50-100之間。IC3可用前面計算的R3時已選定的值IE3.IomaxUD2UBE圖2-7 限流保護(hù)電路R1的功率估算為R1=需要注意的是，阻值和功率也應(yīng)取標(biāo)稱值。8.計算限流保護(hù)電路。限流保護(hù)電路如2-7圖所示，檢測電阻R2的計算方法如下：因為UD=2UBE+IomaxR2所以R2式中，UD取2V，UBE取0.7V,最大輸出電流Iomax取500mA。電阻功耗的估算為PR2=I2OmaxR2需要注意的是，阻值和功率也應(yīng)取標(biāo)稱值。2.充電電路部分設(shè)計IDIO1IReIB圖2-8 慢充電路原理圖UO充電電路一般采用晶體管恒流源電路。慢充電路如2-8圖所示，LED給晶體管發(fā)射極提供2V的直流穩(wěn)定電壓，再利用R7的電流負(fù)反饋作用使集電極電流IO1保持恒定。LED給晶體管發(fā)射極提供2V的直流穩(wěn)定電壓，再利用R7的電流負(fù)反饋作用使集電極電流IO1保持恒定。（1） 充電電流由下式?jīng)Q定元件的計算參數(shù)如下：IO1=IC4IRC=晶體管Icmax=IO1, Ucemax=Uo-3Pomax=IcmaxUcemax所選用的晶體管的參數(shù)ICM、UCEO、PCM應(yīng)大于上述計算值。二極管VD：可采用普通二極管，正向額定電流應(yīng)大于IO1，電阻： PR7=IO12R7 PRb=Irb2Rb式中，ID為LED的工作電流，在5mA10mA 間取值；IB為晶體管基極電流，IB=(取值在50100之間)。2. 快充電路快充電路如下圖所示，由于快充時充電電流IO2較大，因此晶體管管耗也較大。為降低管耗，可在集電極回路上增加一個降壓電阻R11，此時Uce減小，管耗也隨之減小。式中，R9、R10的計算與慢充電路相同。VC5=VD=IO2R11+3 VE5=UO-IRcR Uce=Vc5-Ve5=-UO+3+UD+IO2(R9+R11) 快充電路原理圖由于快充時充電電流IO2較大，因此晶體管管耗也變大。為降低管耗，可在集電極回路上增加一個降壓電阻R11，此時Uce減小，管耗也隨之減小。式中，R9、R10的計算與慢充電路相同。降壓電阻R11的計算方法是：首先，根據(jù)選用晶體管的PCM和充電電流IO2確定Uce，即Ucc0.5IO最高反向工作電壓：URMU24).確定濾波電容容量：C1（35）式中，T=20mA（輸入交流電流的周期）， （整流濾波電路的負(fù)載）。耐壓：U1.5UO和C1的容量耐壓均應(yīng)取標(biāo)稱值。4.整機(jī)電路 直流穩(wěn)壓電源與充電電源主體電路四. 課程設(shè)計的仿真 課程設(shè)計的第一天老師給我們詳細(xì)的講解了每個課題的知識，并做了EWB仿真演示，下午我們就開始了選課題并自己開始仿真，通過模擬的仿真來為第二天的實際電路焊接做準(zhǔn)備。通過仿真我們可以模擬真實的電路，對原件參數(shù)進(jìn)行修正，從而達(dá)到設(shè)計指標(biāo)。附錄有EWB仿真圖五.安裝與調(diào)試第二天我們就開始了真實電路的焊接，上午我們領(lǐng)了焊接所需的各種器件，通過老師的講解我們學(xué)會了檢查各種器件的方法，及判斷二極管和三極管極性的方法。下午我們就開始了焊接，經(jīng)過兩天的焊接我們終于完成了電路板的焊接，最關(guān)鍵的就是調(diào)試，決定了整個最后成功的關(guān)鍵，調(diào)試前老師的一番話把我們大家都嚇住了，如果電路板焊接有問題，只要一通電就會燒掉，很幸運(yùn)我們的板子都沒問題只是沒有達(dá)到技術(shù)指標(biāo)，通過我們慢慢的調(diào)試最終都達(dá)到了技術(shù)指標(biāo)。實驗測得各項技術(shù)指標(biāo)如下：輸出電壓：穩(wěn)壓3V當(dāng)為3.12V 誤差為4% 穩(wěn)壓6V當(dāng)為6.01V 誤差為0.16% 慢充電流為53.5mA 快充電流為118.9mA六. 課程設(shè)計中遇到的問題及解決方法 在整個課程設(shè)計的過程中我們遇到的問題不斷，首先就是EWB仿真，本來很簡單的仿真到我們這就問題不斷，讓我們搞到半夜才搞出來。問題的原因就是仿真中原件的選擇，原件選擇不恰當(dāng)，就不會出現(xiàn)結(jié)果，而且如果連線不注意也會出現(xiàn)錯誤。最后就是調(diào)試階段出現(xiàn)的結(jié)果老是達(dá)不到技術(shù)指標(biāo)，最后終于終于找到了問題的原因原來是焊接時電路圖錯誤導(dǎo)致焊接錯誤，我們按照正確的電路圖連線，就達(dá)到了技術(shù)指標(biāo)。最根本的還是對電路工作原理不理解。這就要求我們把課本知識學(xué)扎實，打好基礎(chǔ)。七. 心得體會一周的課程設(shè)計很快就結(jié)束了，仿佛昨天還在焊接電路板，當(dāng)焊接結(jié)束通電調(diào)試時，指示燈亮的一瞬間，那種興奮與激動難于用語言來形容。現(xiàn)在回想起一周的實習(xí)仍歷歷在目。通過一周的實習(xí)我對穩(wěn)壓電路有了更清晰的認(rèn)識，對二極管和三極管有了更深刻的認(rèn)識。整個課程設(shè)計做下來，我們建立起來了怎樣解決問題的思路，首先設(shè)計電路，然后模擬仿真，最后焊接電路板和調(diào)試使之滿足設(shè)計指標(biāo)。這次課程設(shè)計既是為畢業(yè)設(shè)計做準(zhǔn)備，同