大功率線性直流穩(wěn)壓電源畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)大功率線性直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)Design and Implementation ofRegulated High-power Linear DC Power Supply長長 春春 工工 程程 學(xué)學(xué) 院院： 謝 利 軍 ： 電氣與信息工程學(xué)院 ： 電子信息工程 ： 電子 0641 ： 周文良 ： 教授 ： 2010 年 6 月 18 日 學(xué)生姓名所在院系所學(xué)專業(yè)所在班級指導(dǎo)教師教師職稱完成時(shí)間摘 要電源是電子電器設(shè)備重要的部件，本文所述及的大功率線性直流穩(wěn)壓電源可用于通信系統(tǒng)作通信電源?，F(xiàn)市場上主流電源有開關(guān)電源，可控硅電源，和晶體管線性電源幾種。線性電源雖然效率低，但由于

2、特定場合對于電源紋波和精度的要求，仍需使用線性直流源供電。如何提高電源效率和降低紋波也是本設(shè)計(jì)需要探討的問題。通信系統(tǒng)一般要求電源輸出功率較大，在較低輸出電壓（如 13.8V左右）的情況下，則相對輸出電流要求較大。如今市場上常見的通信電源功率可達(dá) 300W。本文設(shè)計(jì)所做的 300W 線性穩(wěn)壓電源輸出電流可達(dá) 30A,為了更好的應(yīng)用于各種場合，電源輸出電壓設(shè)計(jì)在 1215V 連續(xù)可調(diào)。 關(guān)鍵字大功率 線性調(diào)整 直流電源AbstractPower supply is the important equipment of electrical and electronic components; T

3、he high-power linear DC power supply which I tell of can be used for communication system to serve as communication power. In the present market the mainstream power source has power switching power supply, SCR power supply, and several linear power transistors. Although the linear power source the

4、efficiency is low, an occasion for power ripple and accuracy requirements still using the linear DC course supply. How to improve power efficiency and lower ripple is the problem we need to probe. Generally, communication systems require a greater power output in the low output voltage (as 13.8V or

5、so), so need the relatively large output current requirements. Today, communication power supply in market, the common power come up to 300W. The design I made the linear regulated of 300W power supply can output current up to 30A, 長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）2for a better application in each kind of situation, I

6、 designed the output voltage is continuously adjustable in the 12 15V .Keyword High Power Linear scaling DC-Power長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）I目 錄1 引言.11.1 大功率線性電源的發(fā)展現(xiàn)狀及主要技術(shù)指標(biāo) .11.2 選題背景及設(shè)計(jì)思路 .22 大功率穩(wěn)壓電源主電路設(shè)計(jì).32.1 電源主電路設(shè)計(jì) .32.2 變壓器設(shè)計(jì) .32.3 整流電路 .42.4 濾波電路 .52.5 穩(wěn)壓電路 .52.6 輸出電流放大電路 .83 元器件參數(shù)設(shè)計(jì).93.1 變壓器設(shè)計(jì) .93.2 散熱片設(shè)

7、計(jì) .134 電源性能檢測.194.1 紋波特性檢測 .204.2 輸出電阻檢測 .224.3 保護(hù)電路 .225 誤差分析.236 總結(jié).24致 謝.25參考文獻(xiàn).26附錄一：.27附錄二：.28長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）11 引言1.1 大功率線性電源的發(fā)展現(xiàn)狀及主要技術(shù)指標(biāo)1.1.1 線性大功率穩(wěn)壓電源簡述線性穩(wěn)壓電源，是指調(diào)整管工作在線性形態(tài)下的直流穩(wěn)壓電源。線性電源主要包括工頻變壓器、輸出整流濾波器、控制電路、保護(hù)電路等。線性電源是先將交流電經(jīng)過變壓器變壓，再經(jīng)過整流電路整流濾波得到未穩(wěn)定的直流電壓，要達(dá)到高精度的直流電壓，必須經(jīng)過電壓反饋調(diào)整輸出電壓，這種電源技術(shù)很成熟，可以達(dá)到

8、很高的穩(wěn)定度，波紋也很小，而且沒有開關(guān)電源具有的干擾與噪音。但是它的缺點(diǎn)是需要笨重的變壓器，所需的濾波電容的體積和重量也會(huì)比較大，而且電壓反饋電路是工作在線性狀態(tài)，調(diào)整管上有一定的電壓降，大功率線性穩(wěn)壓電源在輸出較大工作電流時(shí)，調(diào)整管的功耗太大，所以還需要安裝很大的散熱片。雖然效率低，功耗大，但晶體管線性直流電源因其精度高，紋波小，性能優(yōu)越被廣泛應(yīng)用。1.1.2 國內(nèi)外電源產(chǎn)品現(xiàn)狀目前電源主要可分為三類，晶體管線性直流電源，可控硅直流穩(wěn)壓電源和開關(guān)電源。這三種電路各具其優(yōu)缺點(diǎn)?？煽毓柚绷鞣€(wěn)壓電源，以其強(qiáng)大的輸出功率，晶體管線性直流電源和開關(guān)電源無法取代。晶體管線性直流電源以其精度高，性能優(yōu)越而

9、被廣泛應(yīng)用。開關(guān)電源因省去了笨重的工頻變壓器而使體積和重量都有不同程度的減少，減輕，也被廣泛地應(yīng)用在許多輸出電壓、輸出電流較為穩(wěn)定的場合。1.1.3 線性大功率穩(wěn)壓電源的技術(shù)指標(biāo)輸出電壓 12V 到 15V 連續(xù)可調(diào)，輸出功率不小于 300W，紋波低于 30 毫伏，過流保護(hù)動(dòng)作電流 25 安，過壓保護(hù)動(dòng)作電壓為 14.8 伏。長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）21.2 選題背景及設(shè)計(jì)思路1.2.1 選題背景隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，線性穩(wěn)壓電源以其低紋波、高精度的優(yōu)點(diǎn)被廣泛使用。供電電源，是各類電子電器產(chǎn)品中必備的部件，有的配置在設(shè)備之中作為產(chǎn)品的一部分，也有制作成為單個(gè)獨(dú)立產(chǎn)品。這里所述的供電電源是

10、針對通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)的，其輸出紋波電壓要求較小。通信電源穩(wěn)定可靠的運(yùn)行是整個(gè)通信系統(tǒng)正常運(yùn)行的基礎(chǔ)，因此，通信電源的配置必須科學(xué)、合理、規(guī)范。通信設(shè)備直流負(fù)荷的容量直接影響到通信電源直流系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，是最重要的設(shè)計(jì)依據(jù)，它的準(zhǔn)確程度，將直接影響到電源系統(tǒng)的可靠性與經(jīng)濟(jì)性。在直流系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，既要使電源設(shè)備保證一定的冗余量，能夠應(yīng)對功率較大的通信場合，又要充分考慮到建設(shè)的經(jīng)濟(jì)性，而不是一味地增大電源設(shè)備的容量配置。1.2.2 方案論證方案一：簡單的并聯(lián)型穩(wěn)壓電源；并聯(lián)型穩(wěn)壓電源的調(diào)整元件與負(fù)載并聯(lián)，因而具有極低的輸出電阻，動(dòng)態(tài)特性好，電路簡單，并具有自動(dòng)保護(hù)功能；負(fù)載短路時(shí)調(diào)整管截止，可靠性高，但效率

11、低,尤其是在小電流時(shí)調(diào)整管需承受很大的電流，損耗過大，因而不能采用此方案方案二：采用 LM317 可調(diào)式三端穩(wěn)壓器電源；LM317 可調(diào)式三端穩(wěn)壓器電源能夠連續(xù)輸出可調(diào)的直流電壓. 不過它只能連續(xù)可調(diào)的正電壓,穩(wěn)壓器內(nèi)部含有過流,過熱保護(hù)電路;由一個(gè)電阻(R)和一個(gè)可變電位器(RP)組成電壓輸出調(diào)節(jié)電路,輸出電為:Vo=1.25(1+RP/R)。 LM317 壓降過大,導(dǎo)致電源效率過低。所以不采用此方案。方案三：由 LM723 組成的零伏起調(diào)電源；LM723 內(nèi)部設(shè)有高精度基準(zhǔn)電壓源和高增益的放大器，外圍電路比較簡單，電壓穩(wěn)定度也比較高，其典型電壓調(diào)整率為 0.01%，負(fù)載調(diào)整率為 0.03%

12、，且熱穩(wěn)定性好，輸出噪聲也很小，還內(nèi)設(shè)有過電流控制電路，使用安全可靠，具有較高的性價(jià)比，為首選方案1.2.3 設(shè)計(jì)思路目前市場上流行的以 78、79 系列三端集成穩(wěn)壓器件為核心的線性穩(wěn)壓電源，其輸出電壓是固定的在使用中不能進(jìn)行調(diào)整，W7800 系列三端式穩(wěn)壓器輸出正極性電壓一般有5V、6V、9V、12V、15V、18V、24V、七個(gè)檔次，輸出電流最大可達(dá) 1.5A。本設(shè)計(jì)要求 12長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）3變壓器 線圈比 440：48輸入 VCC 220V整流濾波電路7812 穩(wěn)壓模塊Lm723 集成可調(diào)穩(wěn)壓模塊調(diào)壓電路并聯(lián)放大電路輸出到 15V 連續(xù)可調(diào)集，選擇集成穩(wěn)壓電路電壓調(diào)節(jié)器 l

13、m723，采用一個(gè) 7812 三端集成穩(wěn)壓器給專為 lm723 供電，外接 5 個(gè)調(diào)節(jié)管，可完成輸出電壓 12V 到 15V 連續(xù)可調(diào)，輸出電流高達(dá)30A 的線性穩(wěn)壓電源。系統(tǒng)的設(shè)計(jì)框架圖如下：圖 1-1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)框架圖2 大功率穩(wěn)壓電源主電路設(shè)計(jì)2.1 電源主電路設(shè)計(jì)在通信設(shè)備及其他電子設(shè)備中通常都要用到電壓穩(wěn)定的直流電源供電。功率較小的直流電源大多數(shù)是將 50Hz 的交流電經(jīng)過整流濾波和穩(wěn)壓后獲得。大功率線性穩(wěn)壓直流電源還需要放大調(diào)節(jié)電路和過壓過流預(yù)警保護(hù)。由于半波整流和全波整流效率低，調(diào)整復(fù)雜，本設(shè)計(jì)采用單相橋式整流電路，電路中采用 4 個(gè)二極管，接成電橋形式。濾波電路的好壞一定程度決定

14、了輸出電路紋波的大小，一般采用電抗原件組成。濾波原理是電容電感都是儲(chǔ)能原件，它們能夠儲(chǔ)存一定的能量（電容儲(chǔ)存電廠能，電感儲(chǔ)存磁場能） ，由于能量不能突變因此能量將會(huì)逐漸的釋放，從而得到比較平滑的電壓。穩(wěn)壓電路采用三端固定輸出集成穩(wěn)壓器 7812和集成可調(diào)穩(wěn)壓模塊 LM723 輸出穩(wěn)定可調(diào)電壓。放大調(diào)整部分使用 5 個(gè)調(diào)節(jié)管并聯(lián)的方式。電源輸入為 220V 標(biāo)準(zhǔn)交流電，輸出為 1215V 連續(xù)可調(diào)，電流可高達(dá) 30A 的直流電信號，紋波低于 30mA。2.2 變壓器設(shè)計(jì)變壓器是實(shí)現(xiàn)交流點(diǎn)電壓之間的變換，本設(shè)計(jì)變壓器原邊線圈 440 圈，副邊線圈 48 圈，將 220V 電壓變?yōu)?24V 電壓。長

15、春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）42.3 整流電路整流電路的任務(wù)是將交流電變換直流電，完成這一任務(wù)主要是靠二極管的單相導(dǎo)電性來實(shí)現(xiàn)的，因此二極管是構(gòu)成整流電路的關(guān)鍵元件。單相半波整流電路結(jié)構(gòu)簡單，使用元件少。輸出電壓 V1=0.45V2 半波整流只能把半個(gè)周期的交流電輸送到負(fù)載上，所以電源的利用率不高，輸出直流電的脈動(dòng)很大，另外脈動(dòng)直流電的直流分量也通過變壓器的次級，易使變壓器鐵芯的導(dǎo)磁率降低，從而降低變壓器效率，所以大功率電源不能使用半波整流。全波整流 V1=0.9V2全波整流由兩個(gè)二極管和變壓器采用中心抽頭的方式，使兩個(gè)二極管在正半周和負(fù)半周內(nèi)輪流導(dǎo)通，全波整流大大提高了整流效率，輸出電壓和電流

16、的脈動(dòng)也減小了但是電源變壓器需要中心抽頭，在制作變壓器的時(shí)候可能遇到不必要的麻煩，而且兩個(gè)次級繞組分別只在電源半個(gè)周期內(nèi)有電流流過，變壓器的利用率不夠高。本設(shè)計(jì)最終采用的是單相橋式整流電路，電路使用一個(gè)次級線圈就達(dá)到了全波整流的目的。電路采用 4 個(gè)二極管，接成電橋形式，在電源電壓正半周期時(shí) D1、D3導(dǎo)通，D2、D4截止，電流經(jīng)過電源上端 D1、RL、D3到達(dá)電源下端形成回路，輸出電壓 UO為上正下負(fù)；在電源電壓負(fù)半周期時(shí) D2、D4導(dǎo)通，D1、D3截止，電流經(jīng)過電源下端 D2、RL、D4到達(dá)電源上端形成回路，輸出電壓 UO仍為上正下負(fù)。負(fù)載上的電壓、電流與全波整流完全一樣VL=0.9V2，

17、紋波系數(shù)為 0.484，還需要采用濾波電路來減小紋波電壓。圖 2-1 單相橋式整流電路結(jié)構(gòu)與波形圖長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）52.4 濾波電路濾波電路用于濾除整流輸出電壓中的紋波，一般由電抗元件組成，如在負(fù)載電阻兩端并聯(lián)電容 C 或是與伏在串聯(lián) L，以及由電容電感組合而成的各種復(fù)式濾波電路。由于電路輸出電流比較大，采用電感原件雖然可以有效濾除整流電壓紋波，但是會(huì)浪費(fèi)大量功率，使得電源效率變低，所以只采用了電容并聯(lián)式濾波。電容濾波，電容濾波時(shí)間常數(shù)（Td=RLC）愈大，放電過程愈慢，輸出電壓愈高，同時(shí)脈動(dòng)成分愈小，濾波效果愈好。為了平滑負(fù)載電壓，一般取 Td=RLC（35）T/2,負(fù)載直流電壓

18、隨負(fù)載電流增加而減小。VL隨 IL的變化關(guān)系稱為輸出特性或是外特性。當(dāng) C 值一定且空載時(shí)電壓 VL=1.4V2；當(dāng) C=0 時(shí)，即純電阻負(fù)載時(shí)，VL=0.9V2 。在整流電路采用電容濾波后，由于電容 C 充電的瞬時(shí)電流很大，容易損壞二極管，故在選取二極管的最大整流電流參數(shù)時(shí)還要留有足夠的余量，一般都需要 23 倍的IL。由于負(fù)載電流要求比較大，所以選擇需要選擇大容量電容。CLR+-+- LC1C2R+-+- （a） （b） C1C2RL+-+-R（c）濾波電路基本結(jié)構(gòu)圖圖 2-22.5 穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電源的技術(shù)指標(biāo)分為兩種：一種是特性指標(biāo)，包括允許的輸入電壓、輸出電壓、輸出電流及輸出電壓調(diào)節(jié)范

19、圍等；另一種是質(zhì)量指標(biāo)，用來衡量輸出直流電壓的穩(wěn)定程度，包括穩(wěn)壓系數(shù)，輸出電阻，溫度系數(shù)等。穩(wěn)壓系數(shù)是負(fù)載電流即溫度環(huán)境不變時(shí)，輸出電壓的相對變化量和輸入電壓相對變化量的比值。UDUDU0UDUOUDUO長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）6輸出電阻 RO定義為輸入電壓及環(huán)境溫度變化時(shí)，輸出電壓的相對變化量和輸出電流相對變化量的比值。輸出電阻 RO表明輸入電壓及環(huán)境溫度不變時(shí)，由于負(fù)載電流發(fā)生變化而引起輸出電壓的變化程度。RO越小，穩(wěn)壓電源的穩(wěn)定性越好。溫度系數(shù)定義為輸出電壓及輸出電流不變時(shí)，輸出電壓的變化量與溫度的變化量之比。溫度系數(shù)越小，穩(wěn)壓電壓電源的穩(wěn)定性越好。本設(shè)計(jì)采用三端固定輸出集成穩(wěn)壓器

20、7812 為集成可調(diào)穩(wěn)壓模塊 LM723 提供穩(wěn)定的 12V電壓。隨著集成技術(shù)的發(fā)展穩(wěn)壓器也實(shí)現(xiàn)了集成化。集成穩(wěn)壓器具有體積小，可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，三端集成穩(wěn)壓器需要的外接原件少內(nèi)部有限流保護(hù)、過熱保護(hù)和過壓保護(hù)電路，它由啟動(dòng)電路、基準(zhǔn)電壓，調(diào)整管、放大電路、保護(hù)電路、取樣電路六部分組成。調(diào)整管接在輸入端與輸出端之間，當(dāng)電網(wǎng)電壓或負(fù)載電流波動(dòng)是，調(diào)整自身的集射壓降使輸出電壓基本保持不變。7812 內(nèi)部調(diào)整管為兩個(gè)三極管組成的復(fù)合管，這種結(jié)果只要求放大電路用較小的電流即可驅(qū)動(dòng)調(diào)整管發(fā)射極回路中較大的輸出電流。放大電路將基準(zhǔn)電壓與從輸出端得到的取樣電壓進(jìn)行比較，然后再放大并送到調(diào)整管發(fā)基極。比較放大電

21、路的放大倍數(shù)愈大，則穩(wěn)定性能愈好。啟動(dòng)電路其作用是在剛接入直流輸入電壓時(shí)，使調(diào)整管、比較放大電路和基準(zhǔn)電壓等建立各自的工作電流；而當(dāng)穩(wěn)壓電路正常工作時(shí)，啟動(dòng)電路則被斷開，以免影響穩(wěn)壓電路的性能。取樣電路由兩個(gè)分壓電阻組成，它將輸出電壓變化量的一部分送到比較放大電路的輸出端。保護(hù)電路集成在芯片內(nèi)部，他們分別為限流保護(hù)、過熱保護(hù)、和過壓保護(hù)電路。長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）7基準(zhǔn)電壓 輸出控制安全保護(hù)過熱保護(hù)放大器誤差放大器R1R22 UoUi 1Uc 43 GND圖 2-3 7812 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖解 LM723 是作為連續(xù)調(diào)整電壓而設(shè)計(jì)的，它可以提供 150mA 的輸出電流，通過增加一個(gè)外部晶體管

22、輸出電流可超 10A，輸出電壓調(diào)整范圍 2V 到 37V，也能用作線性或開關(guān)調(diào)整器。 LM723 的適用溫度范圍：-55+125，LM723C 的適用溫度范圍 0+70輸出電壓調(diào)整范圍2V37V 最大輸入電壓40V 短路保護(hù)調(diào)整 如果沒有外部擴(kuò)流三極管，輸出電流可達(dá)150 0.01%線性調(diào)整率和 0.03%的負(fù)載調(diào)整率LM7231211651023413R3CrefVCCRscR1R2100pFVo圖 2-4 封裝外形圖（管腳朝下） 圖 2-5 基本接線圖11 號管腳為輸入電壓端，12 號管腳接電源 VCC，10 號管腳輸出放大管基極驅(qū)動(dòng)電流，4號管腳為反相輸入端，可調(diào)節(jié)輸出電壓，5 號管腳為

23、同相輸入端，6 號管腳接基準(zhǔn)調(diào)節(jié)電路長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）82.6 輸出電流放大電路LM723 輸出的最大電流為 150mA，用來驅(qū)動(dòng)后續(xù)放大電路，線性電源的調(diào)整管都工作在放大區(qū)。2.6.1 集成運(yùn)放的工作原理集成電路是利用氧化,光刻,擴(kuò)散,外延,蒸鋁等集成工藝,把晶體管,電阻,導(dǎo)線等集中制作在一小塊半導(dǎo)體(硅)基片上,構(gòu)成一個(gè)完整的電路.按功能可分為模擬集成電路和數(shù)字集成電路兩大類,其中集成電路運(yùn)算放大器(線性集成電路,以下簡稱集成運(yùn)放)是模擬集成電路中應(yīng)用最廣泛的,它實(shí)質(zhì)上是一個(gè)高增益的直接耦合多級放大電路.2.6.2 集成電路的特點(diǎn)單個(gè)元件精度不高,受溫度影響也大,但元器件的性能參

24、數(shù)比較一致,對稱性好.適合于組成差動(dòng)電路.阻值太高或太低的電阻不易制造,在集成電路中管子用得多而電阻用得少.大電容和電感不易制造,多級放大電路都用直接耦合.在集成電路中,為了不使工藝復(fù)雜,盡量采用單一類型的管子,元件種類也要少所以,集成電路在形式上和分立元件電路相比有很大的差別和特點(diǎn).常用二極管和三極管組成的恒流源和電流源代替大的集電極電阻和提供微小的偏量電流,二極管用三極管的發(fā)射結(jié)代替在集成電路中,NPN 管都做成縱向管;PNP 管都做成橫向管,而 PN 結(jié)耐壓高.NPN 管和 PNP管無法配對使用.對 PNP 管之間差別,往往不能忽略.2.6.3 集成運(yùn)放電路的組成及各部分的作集成運(yùn)放電路

25、由四部分組成,輸入級是一個(gè)雙端輸入的高性能差動(dòng)放大電阻,要求其高,大,大,靜態(tài)電流小,該級的好壞直接影響集成運(yùn)放的大多數(shù)性能參數(shù),所以更新變化最多.中間級的作用是使集成運(yùn)放具有較強(qiáng)的放大能力,故多采用復(fù)合管做放大管,以電流源做集電極負(fù)載.輸出級要求具有線性范圍寬,輸出電阻小,非線性失真小等特點(diǎn).偏置電路用于設(shè)置集成運(yùn)放各級放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)2.6.4 集成運(yùn)放的電壓傳輸特性同相輸入端表示輸入電壓與輸出電壓相位相同,反相輸入端表示輸入電壓與輸出電壓相位相反,長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）92.6.5 電壓的傳輸特性所謂電壓傳輸特性,實(shí)際上是一種關(guān)系曲線，即輸出電壓和輸入電壓 之間的關(guān)系曲線.關(guān)系

26、曲線明顯地為兩個(gè)區(qū)域,線性放大區(qū)和飽和區(qū),斜線反映了線性放大區(qū)輸入與輸出之間的關(guān)系.斜率就是電壓放大倍數(shù),輸出與輸入幅值(或有效值)之比,兩端水平線是飽和區(qū)的現(xiàn)象,表明輸出電壓不隨輸入而變,而是恒定值,由特性曲線還看出線性區(qū)非常窄,這是因?yàn)椴钅ｉ_環(huán)放大倍數(shù)非常高,可達(dá)幾十萬倍,只有當(dāng)靜態(tài)工作點(diǎn)合時(shí)時(shí),電路才能正常工作在線性區(qū).本設(shè)計(jì)首先采用 TIP120 將電流進(jìn)行一級放大，以達(dá)到驅(qū)動(dòng)后續(xù)大功率三極管 2N3055 的需求。然后采取 5 個(gè)功率管并聯(lián)的方式提高輸出電流，由于各個(gè)三極管間存在著差異所以每個(gè) 2N3055 都需要串聯(lián)上均流電阻，是電路穩(wěn)定。每個(gè) 2N3055 能達(dá)到的最大電流為 1

27、5A，但這只是理想狀態(tài)，這里采用了 5 個(gè)調(diào)整管并聯(lián)，每個(gè)輸出 6A，即可實(shí)現(xiàn) 30A 的輸出電流。3 元器件參數(shù)設(shè)計(jì)3.1 變壓器設(shè)計(jì)本電源需要設(shè)計(jì) 24V 低頻變壓器變壓器. 變壓器的好壞也決定了電源的品質(zhì)。3.1.1 電源變壓器的鐵心它一般采用硅鋼片. 硅鋼片越薄,功率損耗越小,效果越好.整個(gè)鐵心是有許多硅鋼片疊成的,每片之間要絕緣.買來的硅鋼片, 表面有一層不導(dǎo)電的氧化膜, 有足夠的絕緣能力。3.12 電源變壓器的簡易設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)一個(gè)變壓器,主要是根據(jù)電功率選擇變壓器鐵心的截面積,計(jì)算初次級各線圈的圈數(shù)等.所謂鐵心截面積是指硅鋼片中間舌的標(biāo)準(zhǔn)尺寸和疊加起來的總厚度 b 的乘積.如果24V

28、電源變壓器的初級電壓是 U1,次級有 n 個(gè)組,各組電壓分別是 U21,U22,U2n,各組電流分別是 I21,I22,I2n計(jì)算步驟如下:第一步,計(jì)算次級的功率 P2.次級功率等于次級各組功率的和,也就是：2212122222n2n=+PUIUIUI第二步, 計(jì)算變壓器的功率 P.算出 P2后.考慮到變壓器的效率是 ,那么初級功率P1=P2/, 一般在 0.80.9 之間.變壓器的功率等于初,次級功率之和的一半,也就是 P=(P1+P2)/2第三步, 查鐵心截面積.根據(jù)變壓器功率,由式(3.1)計(jì)算出鐵心截面積,并且從國產(chǎn)長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）10小功率變壓器常用的標(biāo)準(zhǔn)鐵心片規(guī)格表中選

29、擇鐵心片規(guī)格和疊厚.第四步, 確定每伏圈數(shù) N.根據(jù)鐵心截面積和鐵心的磁通密度 B,由式(3.2)得到初級線圈的每伏圈數(shù) N.鐵心的 B 值可以這樣選取: 質(zhì)量優(yōu)良的硅鋼片,取 11000 高斯;一般硅鋼片,取 10000 高斯;鐵片,取 7000 高斯.考到導(dǎo)線電阻的壓降, 次級線圈每伏圈數(shù) N應(yīng)該比 N 增加5%10%,也就是 N在 1.05N1.1N 之間選取.第五步,初次級線圈的計(jì)算，公式如下：初級線圈.次級線圈,.11NN U2121NN U2222NN U22nNN U第六步, 查導(dǎo)線直徑.根據(jù)各線圈的電流大小和選定的電流密度,由式(3.3)可以得到各組線圈的導(dǎo)線直徑.一般 24V

30、 電源變壓器的電流密度可以選用 3 安/毫米2第七步, 校核. 根據(jù)計(jì)算結(jié)果,算出線圈每層圈數(shù)和層數(shù),再算出線圈的大小,看看窗口是否放得下.如果放不下,可以加大一號鐵心,如果太空,可以減小一號鐵心.采用國家標(biāo)準(zhǔn) GEI鐵心,而且舌寬和疊厚的比在 1:11:1.7 之間, 線圈是放得下的.各參數(shù)的計(jì)算公式如下: (3.1)ln=ln+（S）0. 498（P）0. 22 (3.2)ln=-ln-ln+（N ）0. 494（P）0. 317（B）6. 439 （3.3)ln=ln-（D ）0. 503（I ）0. 221變量說明: P: 變壓器的功率. 單位: 瓦(W) B: 硅鋼片的工作磁通密度.

31、 單位: 高斯(Gs) S: 鐵心的截面積. 單位: 平方厘米(cm2）N: 線圈的每伏圈數(shù). 單位: 圈每伏(N/V) I: 使用電流. 單位: 安(A) D: 導(dǎo)線直徑. 單位: 毫米(mm)長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）113.1.3 GEB 鐵心規(guī)格表 3-1 鐵心片規(guī)格表鐵心規(guī)格全長全寬窗高窗寬舌寬邊寬GE103631186.5106.5GE124438228128GE145043259149GE16564828101610GEB196757.533.5121912GEB22786739142214GEB26948147172617GEB301069153193019GEB351231

32、05.561.5223522GEB40144124722640263.1.4 變壓器的鐵心與繞組為減小交變磁通在鐵心中所引起的渦流損耗,鐵心一般用厚為 0.35-0.5mm 的硅鋼片疊裝而成;并且在硅鋼片兩面涂以絕緣漆。信號變壓器還采用坡莫合金作鐵心。硅鋼片有熱軋和冷軋兩種。熱軋硅鋼片的工作磁通密度一般取 0.9-1.2T,鋼片常沖成III形,疊裝成鐵心.繞組套在中間的鐵心柱上。冷軋硅鋼片的導(dǎo)磁性能比熱軋好,它的工作磁通密度允許達(dá)到 1.8T,所以鐵心體積可以縮小。它的導(dǎo)磁有方向性, 順著輾軋方向的導(dǎo)磁性能好,故通常將冷軋硅鋼片卷成環(huán)形鐵心,然后切成兩 半 C 形, 將繞組分別套在鐵心柱上以后

33、, 再將兩半鐵心粘成整體。變壓器的繞組由原邊繞組和副邊繞組組成。原邊繞組接輸入電壓,副邊繞組接負(fù)載，原邊繞組只有一個(gè),副邊繞組為一個(gè)或多個(gè)，原副邊繞組套裝在同一鐵心柱上。套在兩個(gè)鐵心柱上的原邊繞組或副邊繞組可分別相互串聯(lián)或并聯(lián)。變壓器原副邊繞組要套在同一鐵心柱上。把原副邊繞組套在同一鐵心柱上時(shí),由于原副邊繞組緊挨在一起(間隙實(shí)際上很小,它等于原副邊繞組之間絕緣紙的厚度)部分漏磁通在空氣中的路徑大受限制,因此漏磁通小.而邊繞組沒有套在原邊繞組上時(shí),漏磁通在空氣中可以長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）12自由經(jīng)過,無空間限制,因此在同樣的磁勢下漏磁通就大。將原副邊繞組套在一起的合理之處即在于漏抗壓降小,

34、對變壓 器運(yùn)行有利。因?yàn)樽儔浩鞲边呺妷菏请S副邊電流變化而變化的,減小原副邊的漏阻抗就可以減小電壓變化。為了使變壓器副邊電壓比較穩(wěn)定,總是設(shè)法減小變壓器的漏抗。如果把變壓器的原副邊繞組分開放置,則漏抗將大大增加,以致負(fù)載變動(dòng)時(shí)副邊電壓變化很大,這樣的變壓器就不能滿足使用上的要求。使用變壓器首先要弄清并嚴(yán)格遵守制造廠提供的銘牌數(shù)據(jù),以避免因使用不當(dāng)而不能充分利用,甚至損壞。變壓器銘牌上的主要額定數(shù)據(jù)有:3.1.5 額定電壓 U1和 U2原邊額定電壓 U1是指原邊繞組上應(yīng)加的電源電壓(或輸入電壓),副邊額定輸出電壓 U2通常是指原邊加 U1時(shí)副邊繞組的開路電壓。使用時(shí)原邊電壓不允許超過額定值(一般規(guī)

35、定電壓額定值允許變化5%)?？紤]有載運(yùn)行時(shí)變壓器有內(nèi)阻抗壓降,所以副邊額定輸出電壓 U2應(yīng)較負(fù)載所需的額定電壓高 5-10%.對于負(fù)載是固定的 24V 電源變壓器，副邊額定電壓 U2有時(shí)是指負(fù)載下的輸出電壓。輸入電壓不能超過額定電壓。變壓器中主磁通和激磁電流的關(guān)系稱為鐵心的磁化曲線,它是一條具有飽和特性的非線性曲線。當(dāng)主磁通小于額定電壓時(shí)對應(yīng)的主磁通時(shí), 磁化曲線近似為線形;超過此值后,主磁通就逐漸趨向飽和.此時(shí),如果再增加磁通, 即增加 U1,則電流就會(huì)急劇增加,這樣變壓器就會(huì)因過熱而馬上燒毀.因此,在使用變壓器時(shí),必須注意變壓器的額定電壓和電源電壓要一致。3.16 額定電流 I1和 I2額

36、定電流是指變壓器按規(guī)定的工作時(shí)間(長時(shí)連續(xù)工作或短時(shí)工作或間歇斷續(xù)工作)運(yùn)行時(shí)原副邊繞組允許通過的最大電流,是根據(jù)絕緣材料允許的溫度定下來的。由于銅耗,電流會(huì)發(fā)熱。電流越大,發(fā)熱越厲害,溫度就越高。在額定電流下,材料老化比較慢.但如果實(shí)際的電流大大超過額定值,變壓器發(fā)熱就很厲害,絕緣迅速老化,變壓器的壽命就要大大縮短。 額定容量是視在功率,是指變壓器副邊額定電壓和額定電流的乘積。它不是變壓器運(yùn)行時(shí)允許輸出的最大有功功率,后者和負(fù)載的功率因數(shù)有關(guān).所以輸出功率在數(shù)值上比額定容量小。長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）133.1.7 額定頻率使用變壓器時(shí),還要注意它對 24V 電源頻率的要求。因?yàn)樵谧儔浩?/p>

37、中,在設(shè)計(jì)變壓器時(shí),是根據(jù)給定的電源電壓等級及頻率來確定匝數(shù)及磁通最大值的。如果亂用頻率, 就有可能變壓器損壞。例如一臺(tái)設(shè)計(jì)用 50Hz,220V 電源的變壓器,若用 25Hz,220V 電源,則磁通將要增加一倍,由于磁路飽和,激磁電流劇增,變壓器馬上燒毀。所以在降頻使用時(shí),電源電壓必須與頻率成正比地下降。另外,在維持磁通不變的條件下,也不能用到 400Hz,1600V 的電源上。此時(shí)雖不存在磁路的飽和問題,但是升頻使用時(shí)耐壓和鐵耗卻變成了主要矛盾。因?yàn)殍F耗與頻率成 1.5-2 次方的關(guān)系。頻率增大時(shí), 鐵耗增加很多。由于這個(gè)原因, 一般對于鐵心采用0.35mm 厚的熱軋硅鋼片的變壓器,50H

38、z 時(shí)的磁通密度可達(dá) 0.9-1T,而 400Hz 時(shí)的磁通密度只能取到 0.4T。此外變壓器用的絕緣材料的耐壓等級是一定的,低壓變壓器允許的工作電壓不超過 300-500V. 所以在升頻使用時(shí),24V 電源電壓不能與頻率成正比的增加, 而只能適當(dāng)?shù)卦黾印?.2 散熱片設(shè)計(jì)一個(gè)好的大功率電源還需要好的散熱片來支持它工作，本設(shè)計(jì)所使用的放大管 2N3055最大可支持 15A 電流。具體使用額定 6A 電流當(dāng)電壓為 12V 時(shí)單個(gè)放大管功率為 72W，所以發(fā)熱非常嚴(yán)重。需要將放大管固定在散熱片上，才能使其工作穩(wěn)定。利用散熱片來增加散熱的面積是熱管理技術(shù)中最常見也是最基本的方式，隨著電子器件發(fā)熱密度

39、增加的趨勢，散熱的需求日益增加，散熱設(shè)計(jì)的困難度越來越高，所花費(fèi)的成本也越來越多。雖然新制程及設(shè)計(jì)技術(shù)不斷提升，散熱片的應(yīng)用在有限空間的限制下，似乎有漸漸趨向極限的趨勢，未來各種不同的冷卻技術(shù)如水冷、冷凍循環(huán)以及浸入式沸騰冷卻等都可能用來解決散熱問題。盡管如此，散熱片仍是最經(jīng)濟(jì)、最可靠的散熱方式，因此提升散熱片的效率成了很重要。3.2.1 散熱片的種類許多的散熱片設(shè)計(jì)由于忽略了制造的概念，使得研發(fā)產(chǎn)品的可靠度及成本成為最后批量供應(yīng)的障礙。由制造方式來看，氣冷的散熱片可分為下面幾種，如圖一所示，表一則為制程性能參數(shù)的整理。銅片或鋁片可用壓印的方式制成所需的形狀。此種制程成本低，適合批量供應(yīng)，可用

40、于低熱長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）14密度的器件。而壓印的器件在組裝上也有自動(dòng)化的便利性，因此可進(jìn)一步降低成本。擠型(Extrusion)散熱片擠型的制造方式是由將材料在高壓下強(qiáng)制流入?？字谐尚味沟霉腆w轉(zhuǎn)換為等截面的連續(xù)長條。擠形是散熱片制造中最廣泛使用的方式，設(shè)備投資的經(jīng)額中等。可經(jīng)由橫切的方式產(chǎn)生矩形的針狀散熱片，可產(chǎn)生鋸齒狀的鰭片以增加 1020%的效能，但會(huì)降低擠型的速度。擠型的高寬比限制可高到 6，使用特殊模具設(shè)計(jì)時(shí)則可到 10 的高寬比。鑄造(Casting)散熱片將熔化的金屬加壓到金屬模中，以產(chǎn)生精確尺寸的器件。此技術(shù)可產(chǎn)生高密度的針狀散熱片。高的治具費(fèi)用是最大的成本投資，但適

41、合大量生產(chǎn)的低器件成本可補(bǔ)回此部分。鑄造散熱片的熱傳導(dǎo)性會(huì)受到固化時(shí)氣體滲入而產(chǎn)生多孔狀而降低。接著(Bonding)散熱片接著散熱片將鰭片組裝于散熱片底部，接著劑對散熱片的效率影響很大，如果制造不當(dāng)，會(huì)形成熱的阻礙，一般使用導(dǎo)熱膠或是焊錫。接著散熱片的底部由于需特別加工，因此會(huì)使得成本較高，但由于制造技術(shù)的提升，以及接著劑的改良，如熱導(dǎo)性的鋁填充膠等，使得接著散熱片的成本降低。此種制程方式可制造高寬比高的散熱片，在不增加體積需求下可大量增加冷卻效率。折迭(Folding)散熱片折迭散熱片將金屬片折迭成鰭片數(shù)組形狀，由于將折迭的金屬片藉由焊錫及銅焊接的方式焊接于散熱片底部，因此在接口上造成額外

42、的熱阻。在制作上的步驟增加，使得成本提升。而制造小間距的鰭片也是困難點(diǎn)。由于增加散熱面積，因此散熱效率不錯(cuò)。改良式的鑄造(Modified die-casting)散熱片此種制造方式是傳統(tǒng)鑄造方式的延伸，首先將相當(dāng)薄的壓印鰭片數(shù)組以間格物隔開，然后以夾具固定，使散熱片的底部鑄造時(shí)將鰭片固定于底部，而形成散熱片。此種方式消除了鰭片及底部材料的接口熱阻，此種制程可提供高的高寬比。鍛造(Forging)散熱片鍛造散熱片是用非常高的壓力敲擊（punch）方式將金屬材料壓入模中使鰭片成形，可能遇到的制程上的問題是材料會(huì)阻礙在模子中，使得高度不均一，熱鍛造比較容易，而冷鍛造可制造較密及較強(qiáng)的鰭片。鍛造方式

43、的優(yōu)點(diǎn)包括高強(qiáng)度、較小的表面粗糙度以及材料的均長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）15一性等。鍛造方式的散熱片具有較高的高寬比。切削(Skiving)散熱片這是一種新的散熱片制程方式，鰭片用特殊的刀具加工，使得弧狀的精密薄片由金屬塊削出，由于鰭片和金屬塊是相同材料，因此沒有接著散熱片或是折迭散熱片的缺點(diǎn)。由于制程技術(shù)的增進(jìn)，目前也可制造出高密度的鰭片。目前采用的是 6063 鋁，銅的切削還在實(shí)驗(yàn)階段。由于切削深度可以相當(dāng)?shù)?，鰭片的厚度可以較薄，可以設(shè)計(jì)較輕性能較高的散熱片。機(jī)械加工(Machining)散熱片藉由機(jī)械加工的方式將材料從金屬塊中移除以形成鰭片的形狀。最常用的方式是在 CNC 機(jī)器上采用一

44、組切割鋸，鋸子之間有精密的距離，以切割出鰭片幾何形狀。由于加工時(shí)容易造成鰭片的破壞或卷曲，因此需二次加工。優(yōu)點(diǎn)是容易自動(dòng)化，因此未來仍有使用空間。3.2.2 散熱片的應(yīng)用方式散熱片的選用，最簡單的方式是利用熱阻的概念來設(shè)計(jì)，熱阻是電子熱管理技術(shù)中很重要的設(shè)計(jì)參數(shù)，定義為：TRP其中 T 為溫度差，P 為芯片之熱消耗。熱阻代表器件熱傳的難易度，熱阻越大，器件得散熱效果越差，如果熱阻越小，則代表器件越容易散熱。IC 封裝加裝散熱片之后會(huì)使得芯片產(chǎn)生的熱大部分的熱向上經(jīng)由散熱片傳遞，由熱阻所構(gòu)成之網(wǎng)絡(luò)來看，共包括了由熱由芯片到封裝外殼之熱阻 Rjc，熱由封裝表面到散熱片底部經(jīng)由接口材料到散熱片底部之

45、熱阻 Rcs，以及熱由散熱片底部傳到大氣中之熱阻 Rsa 三個(gè)部分。 Rjc 為封裝本身的特性，與封裝設(shè)計(jì)有關(guān)，在封裝完成后此值就固定，須由封裝設(shè)計(jì)廠提供。jcjc-=RPT TTj為芯片接口溫度，一般在微電子的應(yīng)用為 115180，而在特定及軍事的應(yīng)用上則為6580。Ta 的值在提供外界空氣時(shí)為 3545，而在密閉空間或是接近其它熱源時(shí)則可定為 5060。Rcs為接口材料之熱阻，與接口材料本身特性有關(guān)，而散熱片設(shè)計(jì)者則須提供 Rsa的參數(shù)。長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）16cscs-=T TRPsasa-=T TRPRcs 和表面光滑度、接口材料的材料特性以及安裝壓力以及材料厚度有關(guān)，由于一般

46、設(shè)計(jì)時(shí)常會(huì)忽略接口材料的特性，因此需特別注意。由熱阻網(wǎng)絡(luò)來看，可以得到熱阻的關(guān)系為：jajajccssa-T=R +R +R =TRP散熱片的作用即是如何使用適當(dāng)?shù)纳崞沟眯酒臏囟?Tj 保持在設(shè)定值以下。然而散熱設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮器件的成本，圖三則為幾種傳統(tǒng)散熱片及器件的成本和性能估算，由圖中可知，性能佳的散熱片成本一般較高，如果散熱量較小的設(shè)計(jì)，就可以不必用到高性能高成本的散熱器件。散熱設(shè)計(jì)時(shí)必須了解散熱片的制作成本及性能的搭配，才能使散熱片發(fā)揮最大效益。 3.2.3 散熱片的材料傳統(tǒng)散熱片材料為鋁，鋁的熱傳導(dǎo)性可達(dá) 209W/m-K，加工特性佳，成本低，因此應(yīng)用非常廣。而由于散熱片性能要

47、求越來越高，因此對于散熱片材料熱傳導(dǎo)特性的要求也更為殷切，各種高傳導(dǎo)性材料的需求也越來越高。銅的熱傳導(dǎo)率 390W/m-K，比起鋁的傳導(dǎo)增加 70%，而缺點(diǎn)是重量三倍于鋁，每磅的價(jià)格和鋁相同，而更難加工。由于受限于高溫的成型限制，無法和鋁同樣擠型成形，而銅的機(jī)械加工花更多時(shí)間，使加工機(jī)具更易損毀。然而當(dāng)應(yīng)用的場合受限于傳導(dǎo)特性為重點(diǎn)時(shí)，銅通常可作為替代之用，此外利用銅做為散熱片的底部可提升熱傳擴(kuò)散的效率，降低熱阻值。一些增進(jìn)散熱的材料如高導(dǎo)熱的高分子聚合物、碳為基材的化合物，金屬粉沫燒結(jié)，化合的鉆石以及石墨等都是目前受矚目的熱傳導(dǎo)材料。然而最需要的性質(zhì)是什么？控制的傳導(dǎo)性、高加工性、低重量、低

48、熱膨脹系數(shù)、低毒性以及更重要的是成本必須低于鋁。許多新材料的物理特性高于鋁，但價(jià)格也多了許多倍。碳鋁化硅是目前最新的材料，混合各種鋁合金以制成特殊的物理性質(zhì)，控制的熱膨脹、高傳導(dǎo)性以及顯著的強(qiáng)度使得碳鋁化硅更有吸引力，由于成本的關(guān)系，這種材料一般用在底部及作為功率模塊底部和芯片直接接觸的基板。長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）17表 3-2 各種不同散熱片的材料比較熱膨脹系數(shù)溫度 KPprmW/m-K鋁23209銅17390鉬銅合金7.2195銅 20%-鎢 80%7250銅石墨2350碳化硅鋁6.58.0180210硅3.3-4.21503.2.4 散熱片的設(shè)計(jì)的一般原則接著我們進(jìn)一步討論散熱片的

49、詳細(xì)的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)，首先介紹一般的方式，這些點(diǎn)單的方法可以對一些應(yīng)用簡單的散熱片設(shè)計(jì)提供設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)：包絡(luò)體積以散熱片的設(shè)計(jì)而言，這里介紹一個(gè)簡易的方法，也就是包絡(luò)體積的觀念，所謂包絡(luò)體積是指散熱片所占的體積，如果發(fā)熱功率大，所需的散熱片體積就比較大。散熱片的設(shè)計(jì)可就包絡(luò)體積做初步的設(shè)計(jì)，然后再就散熱片的細(xì)部如鰭片及底部尺寸做詳細(xì)設(shè)計(jì)。發(fā)熱瓦數(shù)和包絡(luò)體基的關(guān)系如下式所示。3og1.4 ogW-0.8min 1.5cmLVL（）3.2.5 散熱片底部厚度要使得散熱片效率增加，散熱片底部厚度有很大的影響，散熱片底部必須夠厚才能使足夠的熱能順利的傳到所有的鰭片，使得所有鰭片有最好的利用效率。然而太厚的底部除

50、了浪費(fèi)材料，也會(huì)造成熱的累積反而使熱傳能力降低。良好的底部厚度設(shè)計(jì)必須由熱源部分厚而向邊緣部份變薄，如此可使散熱片由熱源部份吸收足夠的熱向周圍較薄的部份迅速傳遞。散熱瓦數(shù)和底部厚度的關(guān)系如下式所示：t=7 ogW-6min 2mmL（）長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）183.2.6 鰭片形狀散熱片內(nèi)部的熱藉由對流及輻射散熱，而對流部分所占的比例非常高，對流的產(chǎn)生鰭片間格在散熱片壁面會(huì)因?yàn)楸砻娴臏囟茸兓a(chǎn)生自然對流，造成壁面的空氣（邊界層）流，空氣層的厚度約 2mm，鰭片間格需在 4mm 以上才能確保自然對流順利。但是卻會(huì)造成鰭片數(shù)目減少而減少散熱片面積。鰭片間格變狹窄-自然對流發(fā)生減低，降低散熱

51、效率。鰭片間格變大-鰭片變少，表面積減少。3.2.7鰭片角度鰭片角度約三度。 表 3-3 鰭片形狀參考值T(mm)24466881010 以上t（mm）1.522.534h（mm）6 以上8 以上8 以上10 以上10 以上3.2.8 鰭片厚度當(dāng)鰭片的形狀固定，厚度及高度的平衡變得很重要，特別是鰭片厚度薄高的情況，會(huì)造成前端傳熱的困難，使得散熱片即使體積增加也無法增加效率。散熱片變短時(shí)，增加表面積會(huì)增加散熱效率，但也會(huì)使散熱片的體積減少而造成的缺點(diǎn)（熱容量減少）因而產(chǎn)生。因此鰭片長度需保持一定才能產(chǎn)生效果。鰭片變薄-鰭片傳熱到頂端能力變?nèi)貊捚兒?鰭片數(shù)目減少（表面積減少）鰭片增高-鰭片傳到頂

52、端能力變?nèi)酰w積效率變?nèi)酰捚兌?表面積減少3.2.6 散熱片表面處理散熱片表面做耐酸鋁（Alumite）或陽極處理可以增加輻射性能而增加散熱片的散熱效能，一般而言，和顏色是白色或黑色關(guān)系不大。表面突起的處理可增加散熱面積，但是在自然對流的場合，反而可能造成空氣層的阻礙，降低效率。上述之設(shè)計(jì)方式僅供散熱片設(shè)計(jì)之參考，實(shí)際散熱片設(shè)計(jì)時(shí)還需考慮與器件以及環(huán)境的配合，尤其是高效能散熱片的設(shè)計(jì)需配合實(shí)驗(yàn)量測驗(yàn)證以及 CFD 的分析模擬。強(qiáng)制對流散熱片設(shè)計(jì)隨著散熱的需求日益增加，散熱片的效率需要進(jìn)一步提升，基本上可透過兩個(gè)方式來改善，第一個(gè)方法是增加熱傳系數(shù) h，第二個(gè)方法則是增加散熱面積，可由牛頓冷

53、卻定律說明。q=h (Theat sink-TairA）長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）19熱傳系數(shù)可以透過幾個(gè)方法增加：(1) 增加空氣流速這個(gè)是很直接的方法，可以配合風(fēng)速高的風(fēng)扇來達(dá)成目的，但是須注意當(dāng)鰭片變密或是形狀形成阻礙時(shí)，會(huì)造成流阻，形成背壓或回流，產(chǎn)生噪音及灰塵。(2) 平板型鰭片做橫切將平板鰭片切成多個(gè)短的部分，這樣雖然會(huì)減少散熱片面，但是卻增加了熱傳導(dǎo)系數(shù)，同時(shí)也會(huì)增加壓。當(dāng)風(fēng)向?yàn)椴欢ǚ较驎r(shí)，此種設(shè)計(jì)較為適當(dāng)。(3) 針狀鰭片設(shè)計(jì)針狀鰭片散熱片具有較輕及體積較小的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也有較高的體積效率，更重要的是具有等方向性，因此適合強(qiáng)制對流散熱片，如圖九所示。鰭片的外型有可分為矩形、圓形

54、以及橢圓形，矩形散熱片是由鋁擠型橫切而成，圓形則可由鍛造或鑄造成型，橢圓形或液滴形的散熱片熱傳系數(shù)較高，但成型比較不易。(4) 沖擊流冷卻利用氣流由鰭片頂端向底部沖擊，這種冷卻的方式可以增加熱傳導(dǎo)性，但是須注意風(fēng)的流向配合整體設(shè)計(jì)。對于常見的風(fēng)扇置于散熱片上方的下吹設(shè)計(jì)，由于須配合風(fēng)扇特性，因此需做更精確的設(shè)計(jì)。軸流風(fēng)扇由于有旋轉(zhuǎn)效應(yīng)，同時(shí)軸的位置風(fēng)不易吹到，因此許多散熱片設(shè)計(jì)成輻射狀，如圖十所示。也有些散熱片的頂端設(shè)計(jì)成長短不一或是彎曲的形狀用以導(dǎo)風(fēng)。另外種方式是采用側(cè)吹的方式，一般而言，側(cè)吹方式的散熱片由于氣流可吹過鰭片，而且流阻較少，因此對于高且密的鰭片而言，配合頂端加蓋設(shè)計(jì)以防止氣流旁

55、通（bypass），側(cè)吹式比下吹式可有更好的效果。但是由于占用了側(cè)面空間，因此減少了散熱片鰭片數(shù)目。特殊型式的風(fēng)扇設(shè)計(jì)時(shí)最好配合 CFD 模擬，以確認(rèn)散熱片形狀所造成的效應(yīng)，如圖十一所示，同時(shí)應(yīng)配合實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。另一方面，強(qiáng)制對流散熱片的設(shè)計(jì)還須注意系統(tǒng)風(fēng)向及機(jī)構(gòu)配合，利用系統(tǒng)風(fēng)散熱、注意其它零件造成的流阻以及利用外殼等部份做進(jìn)一步散熱，以節(jié)省空間。目前散熱片的設(shè)計(jì)已漸漸趨向極限，空氣冷卻的方式將無法滿足需求，未來的散熱片設(shè)計(jì)將結(jié)合其它散熱器件及方式如熱管、平板式熱管、回路型熱管、水冷等，使得散熱的設(shè)計(jì)更為彈性及多樣化，不論如何，散熱片仍然是最有效益的散熱方式，善用散熱片設(shè)計(jì)于發(fā)熱器件可改善系統(tǒng)發(fā)

56、熱狀況。高效能散熱片的設(shè)計(jì)可配合 CFD 分析軟件做完整分析，以了解氣流及熱傳狀況，不必迷信復(fù)雜形狀的散熱片，簡單鋁擠型散熱片做橫切等加工就可能有不錯(cuò)的效果。只有了解散熱片的設(shè)計(jì)及特性，才能解決電子產(chǎn)品的熱管理問題。長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）204 電源性能檢測穩(wěn)壓電源的技術(shù)指標(biāo)分為兩種：一種是特性指標(biāo)，包括允許輸入電壓、輸出電壓、輸出電流及輸出電壓調(diào)節(jié)范圍等；另一種是質(zhì)量指標(biāo)，用來衡量輸出直流電壓的穩(wěn)定程度，包括穩(wěn)壓系數(shù)（或電壓調(diào)整率）、輸出電阻（或電流調(diào)整率）、紋波電壓（紋波系數(shù)）及溫度系數(shù)。對穩(wěn)壓電源的性能，主要有以下四個(gè)萬面的要求 1穩(wěn)定性好 當(dāng)輸入電壓 Usr（整流、濾波的輸出電壓

57、）在規(guī)定范圍內(nèi)變動(dòng)時(shí)，輸出電壓Usc的變化應(yīng)該很小一般要求。反映負(fù)載變動(dòng)時(shí)，輸出電壓維持恒定的能力，Rn越小，則Ifz變化時(shí)輸出電壓的變化也越小。性能優(yōu)良的穩(wěn)壓電源，輸出電阻可小到 1 歐，甚至 0.01 歐。3.電壓溫度系數(shù)小 當(dāng)環(huán)境溫度變化時(shí)，會(huì)引起輸出電壓的漂移。良好的穩(wěn)壓電源，應(yīng)在環(huán)境溫度變化時(shí)，有效地抑制輸出電壓的漂移，保持輸出電壓穩(wěn)定，輸出電壓的漂移用溫度系數(shù) KT 來表示。4.輸出電壓紋波小 所謂紋波電壓，是指輸出電壓中 50 赫或 100 赫的交流分量，通常用有效值或峰值表示。經(jīng)過穩(wěn)壓作用，可以使整流濾波后的紋波電壓大大降低，降低的倍數(shù)反比于穩(wěn)壓系數(shù)S。紋波電壓：疊加在輸出電壓

58、上的交流電壓分量。用示波器觀測其峰峰值一般為毫伏量級。也可用交流毫伏表測量其有效值，但因紋波不是正弦波，所以有一定的誤差。穩(wěn)壓系數(shù)：在負(fù)載電流、環(huán)境溫度不變的情況下，輸入電壓的相對變化引起輸出電壓的相對變化，即穩(wěn)壓系數(shù)。電壓調(diào)整率：輸入電壓相對變化為10%時(shí)的輸出電壓相對變化量，穩(wěn)壓系數(shù)和電壓調(diào)整率均說明輸入電壓變化對輸出電壓的影響，因此只需測試其中之一即可。輸出電阻及電流調(diào)整率：輸出電阻與放大器的輸出電阻相同，其值為當(dāng)輸入電壓不變時(shí)，輸出電壓變化量與輸出電流變化量之比的絕對值。電流調(diào)整率：輸出電流從 0 變到最大值時(shí)所產(chǎn)生的輸出電壓相對變化值。輸出電阻和電流調(diào)整率均說明負(fù)載電流變化對輸出電壓

59、的影響，因此也只需測試其中之一即可。最大輸出電流：指穩(wěn)壓電源正常工作時(shí)能輸出的最大電流，用 IOmax表示。一般情況下的工作電流 TOIOmax時(shí)損壞穩(wěn)壓器。4.1 紋波特性檢測對于電子產(chǎn)品來說唯一不可缺少的是電源，但是它除了提供能量外，也帶來了紋波、噪聲等影響電子產(chǎn)品正常工作的影響。紋波電壓對高放、本振、混頻、濾波、檢波、A/D 變換長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）21等電路都會(huì)產(chǎn)生影響，在設(shè)計(jì)控制設(shè)備、電子儀器、電視、攝像機(jī)等電子產(chǎn)品時(shí)都要想辦法盡量減小紋波。為此就要了解紋波、知道它是如何產(chǎn)生的、如何測量以及抑制方法。紋波是附著于直流電平之上的包含周期性與隨機(jī)性成分的雜波信號，指在額定輸出電壓

60、、電流的情況下，輸出電壓中的交流電壓的峰值。狹義上的紋波電壓，是指輸出直流電壓中含有的工頻交流成分。紋波用示波器可以看到，在直流電壓上下輕微波動(dòng)，就像水平面上波動(dòng)的水紋一樣，所以被稱為紋波（見圖 4-1）。 圖 4-1 RIGOL 示波器 DS1302 觀察的紋波信號波形我們通常在產(chǎn)品中用的電源主要有線性電源和開關(guān)電源二大類，輸出的直流電壓是一個(gè)固定值，由交流電壓經(jīng)整流、濾波、穩(wěn)壓后得到。由于濾波不干凈，直流電壓中含有交流成分，這就產(chǎn)生了紋波。紋波是一種復(fù)雜的雜波信號，它是圍繞輸出直流電壓上下來回波動(dòng)的周期性信號，但周期和振幅不是定值，隨時(shí)間而變，不同電源的紋波波形不一樣。 產(chǎn)生電源紋波的因素