直流穩(wěn)壓電源與充電電源

1、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(jì)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(gè)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 mA3 .額定電流輸出時(shí)， Uo/Uo小于± 10%4 .“慢充”或“快充”：能對(duì)4節(jié)5號(hào)或7號(hào)可充電電池“慢充”或“快充”。慢充的充電電流為

2、 50mA60mA快充的充電電流為 110mA730m A三、直流穩(wěn)壓電源與充電電源的設(shè)計(jì)方案：整體電路的設(shè)計(jì)應(yīng)由后級(jí)往前級(jí)進(jìn)行。即先設(shè)計(jì)穩(wěn)壓電路，再設(shè)計(jì)充電電路，最后設(shè)計(jì)整流電路。1 .穩(wěn)壓電路設(shè)計(jì)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(gè)，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U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弋替，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

3、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(jì)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(shí) 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(gè)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(dòng)調(diào)整所需的基準(zhǔn)電壓UZ。(2)取樣單元：電阻 R

4、& 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(hào)，控制信號(hào)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

5、，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(shí)，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(shí)，調(diào)整管會(huì)因電流過大或電壓過高而損壞，所以需要對(duì)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(jì)在I0P =時(shí)開始起保護(hù)作用， 此時(shí)輸出電流減小，輸出電壓降低。故障排除后電路應(yīng)能自動(dòng)恢復(fù)正常工作。在調(diào)試時(shí)，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(jì)算方法：1 .確定輸入電壓U(整流濾波電路輸出電壓

6、。當(dāng)忽略檢測(cè)電阻R2上的電壓時(shí)，有Ui=Uo =U0max + UcEi=6+UcEi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(dòng)不大時(shí)，UCei可選小一些，此時(shí)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I cmax、UCemax和Rmax值，再根據(jù)晶體管的極限參數(shù)Icm、 BUeo、Pcm來選擇晶體管。I Cmax2 Io=150MaUcemax=UiU omin=Ui-3Pcmax=I cmaxcemax查晶體管手冊(cè)，只要I cm. BUCeo Pcm大于上述計(jì)算值的晶體管都可以 作為調(diào)整管T1所用。3 .確定

7、基準(zhǔn)電壓電路的基準(zhǔn)電壓一、，一一 1 一一 一一因?yàn)?Uo= (Uz+Ube3),所以 UZ=nU o -Ube3 則 Uz< nUO n式中，n為取樣電路的取樣比，且n<=1,一般為之間，所以UZ應(yīng)小 于Umin(3V)LED的工作電壓約為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(jì)算基準(zhǔn)電壓電路的限流電阻R3限流電路I D=I R3+I E3= Uo-Uz +I E3 R3式中，UZ為Led的工作電壓，具 值可取2V;Id為LED的工作電流， 在2mA-10m應(yīng)間取值；IE3為T3 的工作電流，可在間取值。當(dāng)IE3的值選定后，為保證LED能完IR3限流電路全

8、可靠的工作，R3的取值應(yīng)滿足條件：2mA<D<10Ma.當(dāng)U0=U）min = 3V時(shí),ID最小,即Uo min Uz 3 Uz I D= +I E3=+I E3 > 2mAR3R3得 R3V "Uz 2 I E3當(dāng)Uo = Uomax=6V時(shí)，Id最大，即ID=Uomax Uz+IE3=z+IE3 <10mAR3R3得 R3>1?tUz)2_(6 Uz)2Pr3=(U omaxR得取樣電路總電阻 R=R4+R6=3/IUZ UBE3 3VR6RR6=R(Uz UBE3)3R4 = R-R6此時(shí)，就算出的電阻值應(yīng)取標(biāo)稱因此有 _6_，2<R3<

9、;U_A10 IE32 Ie3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(jì)算出電阻值還應(yīng)取標(biāo)稱值。5.計(jì)算基準(zhǔn)電壓電路的功率。可依據(jù)以下公式計(jì)算出相關(guān)功率的值。R3需要注意的是，計(jì)算出的電功率也應(yīng)取標(biāo)稱值。6)計(jì)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(huì)因T2的基極電 流的變化而不穩(wěn)定，同時(shí)也會(huì)造成 U5穩(wěn)定。在實(shí)際應(yīng)用中，一般 取I1= () I0 ,然后計(jì)算取樣電阻。當(dāng)Uo=3V寸,取樣電電路如2-5圖。,Io除圖2-5取樣電路有I1 (R6+R6 =3 (V)1 +UO值，然后利用公

10、式UOm皿2計(jì)算出并觀察U是否接近指標(biāo) 如U與實(shí)際指標(biāo)相差太遠(yuǎn)，則應(yīng)重新取值計(jì)算。最后，還應(yīng)對(duì)說取 電阻進(jìn)行功率計(jì)算，并取標(biāo)稱值。7）計(jì)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)壓電源的集口 Io,由此可知I R1= U 1 U B2 Ib2+Ic3 RUr2 = Uo+UbEi+UbE2= Uo+圖2-6比較放大器Ib2也小，因此提供不出額定電流IO;Ui 7.4RiI B2 IC3I B2 I C3若R猾太大,則IR1的值太小, 如R1®太小，則比較放大器增益減小，會(huì)造成穩(wěn)壓性能不好 當(dāng)口=12=6«寸，R1的值應(yīng)滿足條件式中，Ib2由IB2

11、上確定。（Io=150mA） 1 2其中，i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I C3可用前面計(jì)算的R3寸已選定的值I E32Ri 的功率估算為 Ri = Ui (UOmin 1.4) Ri需要注意的是，阻值和功率也應(yīng)取標(biāo)稱值。8.計(jì)算限流保護(hù)電路。限流保護(hù)電路如2-7圖所示，檢測(cè)電阻R田勺計(jì)算方法如下：因?yàn)?Ud=2Ube+I omax，R2所以 R2= Ud 2UBE 4I O maxI O max式中，U取2V, UBEM，最大輸出電流lomax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)

12、取標(biāo)稱值。2.充電電路部分設(shè)計(jì)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?zhàn)饔檬辜姌O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?zhàn)饔檬辜姌O電流IO1保持恒定。(1)充電電流由下式?jīng)Q定元件的計(jì)算參數(shù)如下：Ioi=Ic4= Irc= UD UBER7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(jì)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

13、：R7 UD UBEPr7=Io12R7R8 U2PRb=Irb2Rb1 O11 D 1 B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=©(B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(shí)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(gè)降壓電阻 R11,此時(shí)Uce減小，管耗也隨之減小。式中，R9、R10的計(jì)算與 慢充電路相同。VC5=VD=IO2R11+3V E5=Uo -IrcRUce=Vc5-Ve5=-Uo +3+Ud + I°2（R9+Ri）快充電路原理圖由于快充時(shí)充電電流IO

14、2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(gè)降壓電阻 R11,此時(shí)Uce減小， 管耗也隨之減小。式中，R9、R10的計(jì)算與慢充電路相同。降壓電阻R11的計(jì)算方法是：首先，根據(jù)選用晶體管的PCM和充電電流102確定Uce,即Ucc<®,且Uce選定后，再用下式 Io2計(jì)算電阻 R11 的值。Rii=Uo' 3 Uce 0.7 R9 1023 .整流濾波電路整流濾波電路部分的設(shè)計(jì)采用橋式整流、電容濾波電路，如下圖 所示。1) .確定整流電路的輸出電流IO'有整流輸出電路如圖2-10所示, 當(dāng)穩(wěn)壓電源和充電電源同時(shí)工作時(shí):Io' =Io+

15、(Ii+l2+l3)+l4式中，(I1+I2+I3)的取值范圍是(0.1) I。、 loi、I02為慢充和快充的充電電流。2) .取定電源變壓器參數(shù)次級(jí)線圈電壓:U2=Uo'1.1 1.2次級(jí)線圈電流：I2=I。'功率：P=U2l23).確定整流二極管額定整流電流：Idm>T1o=150mA43TR1AAA-整流輸出電路最高反向工作電壓：Urm> 2 U24）.確定濾波電容容量：Ci> （35） T-2Rl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：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4 .課程

16、設(shè)計(jì)的仿真課程設(shè)計(jì)的第一天老師給我們?cè)敿?xì)的講解了每個(gè)課題的知識(shí)，并 做了 EWB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(shí)際電路焊接做準(zhǔn)備。通過仿真我們可以 模擬真實(shí)的電路，對(duì)原件參數(shù)進(jìn)行修正，從而達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)。附錄 有EWB真圖5 .安裝與調(diào)試第二天我們就開始了真實(shí)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(huì)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(gè)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，

17、只要一通電就會(huì)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(shí)驗(yàn)測(cè)得各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)如下：輸出電壓：穩(wěn)壓3V當(dāng)為誤差為4%穩(wěn)壓6V當(dāng)為誤差為慢充電流為快充電流為六 . 課程設(shè)計(jì)中遇到的問題及解決方法在整個(gè)課程設(shè)計(jì)的過程中我們遇到的問題不斷，首先就是EWB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(huì)出現(xiàn)結(jié)果，而且如果連線不注意也會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)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(shí)電路圖錯(cuò)誤導(dǎo)致焊接錯(cuò)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(duì)電路工作原理不理解。這就要求我們把課本知識(shí)學(xué)扎實(shí)，打好基礎(chǔ)。七 . 心得體會(huì)一周的課程設(shè)計(jì)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(shí)，指示燈亮的一瞬間，那種興奮與激動(dòng)難于用語言來形容。現(xiàn)在回想起一周的實(shí)習(xí)仍歷歷在目。通過一周的實(shí)習(xí)我對(duì)穩(wěn)壓電路有了更清晰的認(rèn)識(shí)，對(duì)二極管和三極管有了更深刻的認(rèn)識(shí) 整個(gè)課程設(shè)計(jì)做下來，我們建立起來了怎樣解決問題的思路，首先 設(shè)計(jì)電路，然后模擬仿真，最后焊接電路板和調(diào)試使