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1、特点： 1）行动导向、任务驱动，教学做合一 2）基于真实产品的工作过程 3）过程性考核为主体,串联直流稳压电源设计与制作 指导老师：蒋雄、戴定鹏、程秀玲,项目目标,能根据电路原理图，完成串联型直流稳压电源工作的分析与仿真设计； 能根据电路原理图完成印制电路板（PCB）图的设计，并按PCB制作工艺流程完成PCB的制作； 会编制串联型直流稳压电源装配、调试、维修等工艺文件，并能按工艺流程进行装配、调试、检修； 感受任务驱动等行动导向教学法的实施过程； 感受“6S”管理、安全、文明、环保等职业素养；,第4天 稳压电源印制电路板制作,第3天 稳压电源PCB设计与绘制,第2天 稳压电源原理图的绘制,第1
2、天 稳压电源的分析与仿真设计,第5天 稳压电源电路的组装调试,每 天 进 度 安 排 及 步 骤,进入第1天：明确今天的工作任务,分析稳压电源的原理图，确定各部分功能和工作原理，并进行Multism仿真。,步骤1：确定工作任务,稳压电源工作原理,实施步骤2：分析串联直流稳压电源,电源是生产和实验中的重要能源，是电子、电器、自动化设备中最基本的部分。电网提供的是50Hz的交流电，单相电的电压为220V，三相电为380V，电压一般允许有10%的波动，电子设备都需要稳定的直流电源供电。,1、直流稳压电源简介,串联直流稳压电源,交流电源,负载,变压,整流,滤波,稳压,直流电源的原理方框图,图中各环节的
3、功能如下： 1.变压器:将交流电网220伏的电压变为所需要的电压值。 2. 整流电路:将交流电压变换为单向脉动电压。 3.滤波器： 减小整流电压的脉动程度。 4.稳压环节：在交流电源电压波动或负载变动时，使直流输出电压稳定。,2、 整流电路,1）单相半波整流电路,i D,电路如图：设变压器副边电压为,整流电路: 将交流220V电压变换为单向脉动电压的电路。整流元件是具有单向导电能力的二极管或晶闸管。,为分析简单起见，把二极管当作理想元件处理，即二极管的正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大。,2、 整流电路,i 0,二极管导通，忽略二极管正向压降， uo=u2,二极管截止, uo=0,u2 0 时
4、:,u20时:,单相半波整流电压波形,i 0,+,uD,uD,1)输出电压平均值（Uo）,输出电流平均值（Io )：,二极管上的平均电流及承受的最高反向电压：,3)二极管所承受的最大反向电压：,4)整流二极管的选择：,考虑到电网典雅的波动范围为10%，二极管的极限参数应满足：,例,有一单相整流电路,负载电阻为 750,变压器副边电压为20V，,试求Uo，Io及UDRM,并选用二极管。,解,查二极管参数，选用2AP4(16mA,50V)。为了使用安全此项参数选择应比计算值大一倍左右。,2、单相桥式整流电路,整流电路中最常用的是单相桥式整流电路它由四个二极管 D1 D4 接成电桥的形式构成。,桥式
5、整流电路的工作情况,在变压器副边电压u为正半周时，二极管D1、D3导通，而二极管D2、D4截止；,t,o,t,o,t,o,t,o,2,3,2,3,Im,2,2,3,3,uD1,uD3,uD4,uD2,uO,u,uD,iO,D3,t,o,t,o,t,o,t,o,2,3,2,3,Im,2,2,3,3,uD1,uD3,uD4,uD2,uO,u2,uD,iO,uo,a,Tr,RL,b,u,D1,D2,D4,当副边电压u为负半周时，二极管D2、D4导通，而二极管D1、D3截止。,在一个周期内，通过电阻的电流方向相同，在负载上得到的是全波整流电压 uo。,4.整流管所承受的最大反向电压为,1.整流输出电压
6、的平均值：,3.流经每个二极管的电流：,2.流过负载的电流：,参数：,平均电流(ID)与反向峰值电压(URM)是选择整流管的主要依据。,例如： 在桥式整流电路中，每个二极管只有半周导通。因此，流过每只整流二极管的平均电流 ID 是负载平均电流的一半。,二极管截止时两端承受的最大反向电压：,二极管平均电流与反向峰值电压,（选购时：二极管额定电流 2ID),（选购时：最大反向电压 2URM),滤波电路的结构特点: 电容与负载 RL 并联,交流 电压,脉动 直流电压,直流 电压,3、 滤波电路,整流电路仅将交流电转换成单向脉动的直流电压。这种电压对许多电子设备远达不到要求，往往再加接滤波器以改善电压
7、的脉动程度。,3、 滤波电路,u2上升， u2大于电容 上的电压uc，u2对电容充电， uo= uc u2,u2下降， u2小于电容上的电压。 二极管承受反向电压而截止。 电容C通过RL放电， uc按指数 规律下降，时间常数 = RL C,只有整流电路输出电压大于uc时，才有充电电流。因此二极管中的电流是脉冲波。,二极管中的电流,参数：,(1) 输出电压和电流,(半波),(全波),参数：,(2) 输出电压 平均值Uo与时间常数 RLC 有关,RLC 愈大 电容器放电愈慢 Uo(平均值)愈大,(T:电源电压的周期),一般取,(3) 二极管承受的最高反向电压,(4) 流过二极管瞬时电流很大,RLC
8、 越大 放电慢 Uo越高负载电流的平均值越大 ; 整流管导电时间很短 iD的峰值电流越大（电容的充电电流）,参数：,最大整流电流IF和二极管的工作电流ID关系：,由于二极管的导通时间较短，因此通过二极管的的电流峰值较大，应避免电流冲击损坏二极管；,经整流和滤波后，虽脉动程度有了最大改善，但直流电压幅度还会随着电网的波动或负载的变化而变化。,最简单的直流稳压电源是利用稳压管组成的。 如图采用桥式整流和电容滤波，得到直流电压Ui，再经过限流电阻R和稳压管DZ ，使负载得到一个比较稳定的直流电压。,稳压管稳压电路,4、 稳压电路,稳压管稳压电路,电压的稳定过程,选择稳压管一般规律： UZ=Uo IZ
9、max=(15)Iomax Ui=(23)Uo,u Ui Uo Io UR 保持负载电压Uo近似不变。,当电源电压升高时,当负载增加时,Io UR Uo IZ UR 保持负载电压Uo近似不变。,(1)稳压管稳压电路,（2） 分立元件组成的串联式稳压电源,稳压原理,1、UZ电压不变 2、三极管的输出特性,稳压原理,假设由于某种原因引起输出电压UO降低时，通过R1、RW、R2的取样电路，引起T2基极电压UB2成比例下降,UB2,稳压原理,由于T2发射极电压UE2受稳压管D1的稳压值控制保持不变，所以T2发射结电压UBE2将减小，于是T2基极电流IB2减小，T2集电极极电流IC2跟随减小，T2管压降
10、UCE2增加，导致其发射极电压UC2上升，,UE2,稳压原理,即调整管T1基极电压UB1将上升，T1管压降UCE1减小，使输入电压UI更多的加到负载上，这样输出电压UO就上升。这个调整过程可以使用下面的变化关系图表示：,稳压原理,(3) 输出电压的确定和调节范围,稳压电源的参数,最大输出电流即额定输出电流（指直流稳压电源正常工作时输出的最大电流） 额定输出电流主要受两个方面的约束，一个方面是调整元件的最大允许电流和最大允许耗散功率，另一个方面还要考虑输出电压的稳定性。,最大输出电流,稳压系数KU是指在负载电流和环境温度不变的条件下，稳压电源输出电压的相对变化量与输入电压的相对变化量之比，即 稳
11、压系数表征了稳压电源对电网电压变化的抑制能力。,稳压系数,电压调整率也反映稳压电源对输入电网电压波动的抑制能力，其定义为： 负载电流IL及温度T不变时，输出电压UO的相对变化量与输入电压变化量的比值，即 KU的单位是：%/V。KU和SU越小，稳压性能越好。 电压调整率也可表述为：在负载电流和温度不变时，输入电压变化10时，输出电压的变化量，单位为mV。,电压调整率,纹波系数,直流电源输出电压中存在着纹波电压，它是输出直流电压中包含的交流分量。 纹波系数K用来表示直流输出电压中相对纹波电压的大小，其定义为 式中UO为输出直流电压中交流分量的总有效值，UO为输出直流电压。,当电网电压和温度不变时，
12、稳压电源输出电压的变化量与输出电流的变化量之比定义为输出电阻，即 输出电阻表征了稳压电源带载能力的大小，RO越小，带负载能力越强。,输出电阻,负载效应是指仅当由于负载的变化而引起输出稳定量的变化的效应。 对于 直流稳压电源，负载效应指电网电压和温度不变时，从空载到满载时输出电压的相对变化量。即： 负载效应 =,负载效应,实施步骤3：元器件参数的分析与计算,1.变压器选择（18V/30W）,2.整流管选择（1N4001）,3.滤波电容的选择（3300F/25V（35V）,4.调整管选择（D880+9013组成复合管）,5.基准部分参数（1N4007，R2=1k）,6.取样电路的选择（150，1k
13、，330）,7.比较放大电路参数（9013，R1=3k）,7.保护电路参数（Rp2=500, R7=680，R3=10, R4=1，9013）,考虑调整管VT1两端电压差大于3V以保证工作在放大区，整流滤波电路可能带来2V以下的电压波动，输出电压最高15V。整流滤波后电压最小值应为：2V3V12V=17。 变压器次级输出电压U2min应该是：U2min17/1.2=14.2V。 考虑电网电压可能下降10%，变压器次级额定电压至少为： U2min/0.9=14.2V0.915.7V 选择输出电压18V的变压器。 考虑电网电压上升10时，整流滤波后最高电压UC1max=1.11.218=23.76
14、V。 最大输出功率约为：23.76V800mA=19W,考虑效率约0.7，应选择输入端功率大于19/0.7=27W的变压器。,1.变压器选择（18V/30W）,每只整流管的最大整流电流为： IDmax0.5IL=0.5800mA0.4A 考虑到取样和放大部分的电流，可选取最大电流IDmax为0.5A。 整流管的耐压URM即当市电上升10时的最大反向峰值电压为： URM1.414U2max1.4141.118V28V 得到这些参数后可以查阅有关整流二极管参数表，这里我们选择额定电流1A，反向峰值电压50V的IN4001作为整流二极管。,2.整流管选择（1N4001）,滤波电容选择条件公式为： 在
15、最不利的情况下，输出电压为12V，负载电流为800mA，此时负载电阻为120.8=15。系数取5，市电频率是50Hz，可计算得滤波电容容量为： C15T/2RLmin=50.02S/（215）3.3mF 滤波电容承受的最大电压为：UC1max23.76V 这里可以选择电容标准系列中的3300F/25V（35V）的铝质电解电容。,3.滤波电容的选择（4700F/25V（35V）,对于VT1管 集电极发射极反向击穿电压UBR（CEO）1应当为： UBR（CEO）1UC1max23.76V VT1集电极最大电流：ICM1(1+20%)800mA=960mA。 VT1集电极耗散功率：PCM1(23.7
16、6-3）V800mA=16.6W。 （D880：极限参数60V/3A/30W，60UC1max23.76V VT2集电极最大电流：ICM2 IC1max /1min800mA/60=13.3mA。 VT2集电极耗散功率：PCM(23.76-3)V13.3mA=0.28W。 （9013：极限参数25V/0.5A/0.625W，64300）,4.调整管选择（D880+9013组成复合管）,考虑稳压管VZ的稳压值应该小于最小输出电压3V，为保证VT3处于放大状态，其B、E间还有0.7V的压降，因此VZ应小于（3V-0.7V）=2.3V，此处就选择1N4007正接代替稳压管，它在电流小于100mA时，两端电压保持在0.60.75之间，基本稳定。 电阻R2
