直流穩(wěn)壓電源與充電器設計

1、工 藝 技 術課題名稱 ZX2018C型直流穩(wěn)壓電源及充電器設計學生姓名 王義點 學 號 201111321407 專 業(yè) 電氣自動化 班 級 11級自動化 4班 指導教師 耿霞 余明才 ZX2018C型直流穩(wěn)壓電源及充電器設計摘要： 一般晶體管電路都需要直流電源，而且是穩(wěn)定的電源，才能正常工作，如收音機，電視機等。不管是用分立元件組成電路，還是用集成電路，其中都少不了放大信號的晶體管。為了保證晶體管能夠保證放大信號，必須采用穩(wěn)定的直流電源供電，穩(wěn)定的直流電壓可由干電池或蓄電池獲得，但他們儲蓄電量的能力有限，不能供應電器長時間工作。 穩(wěn)定的直流電源可由交流電經過降壓，然后經過穩(wěn)壓獲得，這就是常

2、見的穩(wěn)壓電源，他能供電器長時間工作。本課題主要設計一個連續(xù)可調穩(wěn)壓電路以及用這個電路對5號和7號電池進行充電，以實現(xiàn)其多功能化。關鍵字：整流電路 濾波電路 穩(wěn)壓電路 充電電路目錄一、 設計目的 二、 設計任務和要求 三、 設計步驟 四、 總體設計思路 五、 實驗設備及元器件 六、 測試要求 七、 數(shù)據(jù)處理 八、 焊接電路板及調試組裝 九、 注意事項 十、 結論 發(fā)展前景 致謝 參考文獻 ZX2018C型直流穩(wěn)壓電源及充電器設計一、 設計目的1. 通過本次課題的設計,掌握模擬電路系統(tǒng)的設計方法，設計步驟。2. 學會直流穩(wěn)壓電源及充電器的設計方法和性能指標測試方法。3. 培養(yǎng)實踐技能以及分析和解決

3、實際問題的能力。二、 設計的內容要求1. 設計并制作一個連續(xù)可調直流穩(wěn)壓電源及充電器，主要技術指標要求 （1） 輸出電壓：直流3V，6V；（2） 最大輸出電流：500mA（3） 電池充電器：左通道（E1,E2）充電電流5060MA(普通充電)；右通道（E3,E4）充電電流110130mA（快速充電）（4） 穩(wěn)壓電源和充電器可同時使用，但兩者電流之和不能超過500mA2. 設計電路結構，選擇電路元件，計算確定元件參數(shù)，畫出實用原理電路圖。3. 自擬實驗方法、步驟及數(shù)據(jù)表格，提出測試所需儀器及元器件的規(guī)格、數(shù)量，交指導教師審核。4. 批準后，進實驗室進行組裝、調試，并測試其主要性能參數(shù)。三、 設計

4、步驟和要求1. 電路圖設計（1）設計整個系統(tǒng)是由那幾個模塊組成，各個模塊的信號傳輸，并畫出組成系統(tǒng)方框圖。（2）系統(tǒng)分析：根據(jù)系統(tǒng)功能，選擇各模塊所用電路形式。（3）參數(shù)選擇：根據(jù)系統(tǒng)指標的要求，確定各模塊電路中元件的參數(shù)。（4）總電路圖：2.電路安裝與調試（1）自行設計印刷電路板，并焊接。（2）在每個模塊電路的輸入端加一個輸入信號，測試輸出端信號，以驗證每個模塊電路能否達到所規(guī)定的指標。（3）重點測試穩(wěn)壓電路的穩(wěn)壓系數(shù)。（4）將各模塊電路連接起來，整機調試，并測量該系統(tǒng)的各項指標。四、總體設計思路 1. 直流穩(wěn)壓電源設計思路 （1）電網(wǎng)供電電壓交流220V(有效值)50Hz，要獲得低壓直流輸

5、出，首先必須采用電源變壓器將電網(wǎng)電壓降低獲得所需要交流電壓。（2）降壓后的交流電壓，通過整流電路變成單向直流電，但其幅度變化大（即脈動大）。（3）脈動大的直流電壓須經過濾波電路變成平滑，脈動小的直流電，即將交流成份濾掉，保留其直流成份。（4）濾波后的直流電壓，再通過穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓，便可得到基本不受外界影響的穩(wěn)定直流電壓輸出，供給負載RL。2. 直流穩(wěn)壓電源原理直流穩(wěn)壓電源是一種將220V工頻交流電轉換成穩(wěn)壓輸出6V、9V的直流電壓的裝置，它需要變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓四個環(huán)節(jié)才能完成，見圖1。圖1直流穩(wěn)壓電源方框圖其中：（1）電源變壓器：電源變壓器的作用是將220v的交流電壓變換為9v的交變電壓，

6、以提供整流濾波電路所需電壓。整流電路由四個整流二極管按橋式整流方法連接對輸入交流電壓進行整流。（2）整流電路：利用單向導電元件，把50Hz的正弦交流電變換成脈動的直流電（3）濾波電路：可以將整流電路輸出電壓中的交流成分大部分加以濾除，從而得到比較平滑的直流電壓。（4）穩(wěn)壓電路：穩(wěn)壓電路的功能是使輸出的直流電壓穩(wěn)定，不隨交流電網(wǎng)電壓和負載的變化而變化。1）整流電路常采用二極管單相全波整流電路，電路如圖2所示。在u2的正半周內，二極管D1、D2導通，D3、D4截止；u2的負半周內，D3、D4導通，D1、D2截止。正負半周內部都有電流流過的負載電阻RL，且方向是一致的。電路的輸出波形如圖3所示。圖2

7、整流電路圖3輸出波形在橋式整流電路中，每個二極管都只在半個周期內導電，所以流過每個二極管的平均電流等于輸出電流的平均值的一半，即 。電路中的每只二極管承受的最大反向電壓為(U2是變壓器副邊電壓有效值)。2）濾波電路把經過橋式整流電路得到的直流電壓的紋波濾去，但其輸出電流電壓不太穩(wěn)定，內阻和紋波較大。C1、C2為濾波電容。如圖4所示圖4濾波電路圖5仿真波形3）在設計中，由于濾波電路輸出電壓和電流不是太穩(wěn)定，常利用電容器兩端的電壓不能突變和流過電感器的電流不能突變的特點將電容器和負載電容并聯(lián)或電容器與負載電阻串聯(lián)，以達到使輸出波形基本平滑的目的。選擇電容濾波電路后，直流輸出電壓：Uo1=(1.11

8、.2)U2，直流輸出電流： （I2是變壓器副邊電流的有效值。），穩(wěn)壓電路可以采用復合管穩(wěn)壓電路。其組成框圖如圖6所示整流電路復合管比較放大器基準電壓取樣電路保護電路圖6穩(wěn)壓電路方框圖具有放大環(huán)節(jié)的串聯(lián)型晶體管穩(wěn)壓電路是由調整元件比較放大，基準電壓和取樣電路等幾部分組成穩(wěn)壓電路原理圖如圖7所示圖7穩(wěn)壓電路原理圖VT1、VT2是復合管作為電壓調整管，LED2為發(fā)光二極管同時又有穩(wěn)壓管的作用，提供基準電壓，R3是它的限流電阻，它們在一起組成穩(wěn)壓電路。電阻R4/R5和R6組成分壓器，其作用是把輸出電壓的變化量取出一部分，加到由VT3組成的放大器的輸入端，所以叫做取樣電路。VT3是比較放大管，R1是它的

9、集電極負載電阻，也是VT2的基極偏置電阻，它將基極的取樣電壓與發(fā)射極的基準電壓進行比較并將其差值進行放大。從VT3集電極輸出的信號直接加到復合管VT1和VT2的基極。VT3輸出電流控制電壓調整管c、e極間等效電阻的大小。C1、C2、C3是濾波電容。C2、VT1、VT2、R1又組成有源電子濾波電路。穩(wěn)壓電路的過程是這樣的：當輸出電壓U0上升時，電路將發(fā)生如下變化：取樣電路從輸出電壓中取樣，使VT3基極電位Ub3上升，因穩(wěn)壓管LED2的作用使VT3發(fā)射極電位Ue3不變，則VT3發(fā)射結正反偏置電壓Ube3上升，使VT3基極電流Ib3增加，VT3集電極電流Ic3增加，流過R1的電流I增大，R1上壓降增

10、大使復合管基極電位Ub1下降，使VT1發(fā)射結正向偏置電壓Ube1下降，VT1基極電流Ib1下降，使VT1的c、e間等效電阻R增加，VT1的c、e極間電壓Uce1增加，從而輸出電壓U0下降，達到穩(wěn)壓的目的。同理，當輸出電壓U0下降時，有下述變化過程U0 Ub3 Ube3 Ib3 Ic3 Ub1 Ube1 Ib1 R Uce1U0 同樣，當電網(wǎng)電壓變化使輸出電壓U0變化時，穩(wěn)壓電路也有上述過程U0Ub3 Uc3 Ub1 U0調節(jié)電路中S1的大小可以改變輸出電壓U0的大小S1Ub3 Uc3Ub1 U0當放大器的放大倍數(shù)越大時，輸出 電壓的穩(wěn)定度就越高。 3直流穩(wěn)壓電源充電器部分從橋式整流電路輸出的直

11、流經過電阻R7后，在VT4集電極產生壓降，對電池進行普充?？斐洳糠衷砼c普充電路原理相同，但由于R9阻值比R7阻值小，而橋式整流電路輸出電壓一定，因此在快充電路產生的電流大。充電器原理圖如圖7所示圖7充電器原理圖4. ZX2018C型直流穩(wěn)壓電源及充電器設計總電路圖如圖8所示7777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777圖8ZX2018C型直流穩(wěn)壓電源及充電器設計總電路圖圖9整流濾波穩(wěn)壓電路仿真波形圖五、實驗設備及元器件 萬用表 示波器 交流毫伏表 二極管 三極管 變壓器 電容 電阻六、測試要求1. 測試并記錄電路中各

12、環(huán)節(jié)的輸出波形。2. 測量穩(wěn)壓電源輸出電壓的調整范圍及最大輸出電流。3. 測量輸出電阻R。4. 測量穩(wěn)壓系數(shù)。用改變輸入交流電壓的方法，模擬Ui的變化，則可算出穩(wěn)壓系數(shù)Sv。5. 用毫伏表測量輸出直流電壓中的交流紋波電壓大小，并用示波器觀察，記錄波形。6. 分析測量結果，并提出改進意見。七、數(shù)據(jù)處理八、焊接電路板及調試組裝1.焊接與安裝（1）清查元器件的數(shù)量與質量，對不合格的元件要及時更換。（2）確定元器件的安裝方式、安裝高度，一般它由該元器件在電路中的作用、印制板與外殼間的距離以及該器件兩安裝孔之間的距離所決定。（3）進行引腳處理，即對器件的引腳彎曲成形并進行燙錫處理。成形時不能從引腳根部彎

13、曲，盡量把所有字符的器件面置于觀察的位置，字符應從左到右（臥式），從上到下（直立式）。（4）插裝：根據(jù)元件位號對號插裝，不可插錯，對有極性的元器件，插孔時應特別小心。（5）焊接：各焊點加熱時間及用錫量要適當，對耐熱性差的元器件應使用輔助工具散熱。防止虛焊、錯焊，避免因拖錫造成短路。（6）焊后處理：剪去多余引腳線，檢查所有焊點，對缺陷進行修補，必要時用無水酒精清洗印制板。（7）蓋后蓋上螺釘：蓋后蓋前需要檢查1）所有與面板孔嵌裝的元件是否正確到位；2）變壓器是否座落在安裝槽內；3）導線不可緊靠鐵芯；4）是否有導線壓住螺釘孔或散露在蓋外。2.測試與調整 總裝完畢，按原理圖及工藝要求檢查整機安裝情況，

14、著重檢查電源線、變壓器連線、輸出連線及兩塊印制板的連線是否正確、可靠，連線與印制板相鄰導線及焊點有無短路及其他缺陷。一切正常時用萬用表歐姆檔測得電源插頭二引腳間的電阻大于500以上，即可通電檢測。（1） 測試1）接通電源，綠色通電指示燈（LED1）亮；2)空載電壓：空載時測量通過十字插頭輸出的直流電壓，其值應略高于額定電壓；3）輸出極性：撥動S2開關，輸出極性應相應變化；4）負載能力：當負載電流在額定值150mA左右時，輸出電壓的誤差小于±10%；5）過載保護：當負載電流增大到一定值時LED1綠色指示燈逐漸變亮，LED2逐漸變暗，同時輸出電壓下降。當電流增大到500mA左右時保護電路

15、起作用，LED1亮，LED2滅。若負載電流減小則電路恢復正常；6）充電電流:充電通道內不裝電池，置萬用表于直流電流檔，當正負表筆分別觸及所測通道的正負極時（兩節(jié)電池為一組），被測通道充電指示燈亮，所顯示的電流值即為充電電流值。也可用儀器測量1、2、3的測試點。（2） 調整：1）若穩(wěn)壓電源負載在150mA時，輸出電壓誤差大于規(guī)定值的±10%時，3伏檔更換R4，6伏檔更換R5，阻值增大電壓升高，阻值減小電壓降低；2）若要改變充電電流值，可更換R7（R9），阻值增大，充電電流減小。阻值減小，充電電流增大。九、注意事項1注意所有與版面孔嵌裝元件的高度與孔的配合（如發(fā)光二極管的圓頂部應與面板孔

16、相平，面板與撥動開關S1、S2是否靈活到位）；2. VT1、VT2、VT3采用橫裝，焊接時引腳稍微留長一些；3由于空間不夠，C1、C2、C3臥裝，R4、R7、R9、R11直立裝，其他電阻元件一律臥裝；4整流二極管全部臥裝；5從變壓器及印制板上焊出的引線長度應適當，導線剝頭時不可傷及銅芯，多股芯線剝頭后銅芯有松散現(xiàn)象，需捻緊以便燙錫，插孔，焊裝；6.為了便于焊接，可根據(jù)具體情況采用分類，分片焊裝；7.變壓器次級導線以及負極板的連接線和電源輸出插座的導線都應通過穿線孔焊在電路板上，負極電路板和電源輸出電路板的導線也應通過穿線孔再焊在各自的電路板上；8測試電路時，必須要保證焊接正確，才能打開電源，以

17、防元器件燒壞；9注意三極管的輸入輸出管腳和橋式整流電路中二極管的極性，不應反接；10. 按照原理圖焊接時必須要保證可靠接地。附 元件清單表序號名稱型號規(guī)格位號數(shù)量序號名稱型號規(guī)格位號數(shù)量1二極管1N4001VD1-66支18負極彈簧片4個2三極管9013VT1、32支19主線路板1塊3三極管8050VT21支20負極線路板1塊4三極管8550VT4、52支21電源插座1塊5發(fā)光二極管3綠色LED1、22支22直流電源插座2、1DC1個6發(fā)光二極管3紅色LED3、42支23功能指示不干膠2孔1張7電解電容470F/16VC11支24產品型號不干膠30×461張8電解電容22F/10VC

18、21支25電源插頭線1m1根9電解電容100F/10VC31支26十字插頭輸出線0.8m1根10電阻1、9.1100R2、R9R4各1支27短導線10cm6根11電阻330、470R6、R5各1支28熱塑套管2cm2根12電阻15、24R11、R72支29外殼上蓋、下蓋1套13電阻560R8、R102支30透明蓋、塑料腰條各1個14電阻1KR1、R32支31自攻螺絲2.5×52粒15變壓器220V，5.5WT1支32自攻螺絲2.5×104粒16直腳開關1×2、2×2S1、S2各1支33自攻螺絲3×62粒17正極片4個34裝配說明1份十、結論畢業(yè)

19、論文是?？茖W習階段一次非常難得的理論與實際相結合的機會，通過這次比較完整的直流穩(wěn)壓電源與充電器的設計，我擺脫了單純的理論知識學習狀態(tài)，和實際設計的結合鍛煉了我的綜合運用所學的專業(yè)基礎知識，解決實際問題的能力，同時也提高我查閱文獻資料、設計手冊、設計規(guī)范以及電腦制圖等其他專業(yè)能力水平，而且通過對整體的掌控，對局部的取舍，以及對細節(jié)的斟酌處理，都使我的能力得到了鍛煉，經驗得到了豐富，并且意志品質力，抗壓能力及耐力也都得到了不同程度的提升。這是我們都希望看到的也正是我們進行畢業(yè)設計的目的所在。 雖然畢業(yè)設計內容繁多，過程繁瑣但我的收獲卻更加豐富。和老師的溝通交流更使我從新的角度對設計有了新的認識也對自己提出了新的要求，通過這次畢業(yè)設計讓我提前了解了很多知識，這是很珍貴的。 在設計過程中一些電路圖的繪制讓我很頭痛，原因是由于本身對一些專業(yè)知識的了解不夠，正是基于這種考慮我意識到：要向更完美的進行一次設計，還需要對一些知識進行更加深入的了解。 提高是有限的但提高也是全面的，正是這一次設計讓我積累了一些實際經驗，使我的頭腦更好的被知識武裝了起來，也必然會讓我在未來的工作學習中表現(xiàn)出更高的應變能力，更強的溝通力和理解力。順利如期的完成本次畢業(yè)設