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1、多路输出线性直流稳压电源设计设计总说明电子设备给人们日常生活带来极大便利，全部的电子设备只有在电源电路的支持下才能正常工作，电子设备对电源电路的要求是能够供应持续稳定、满足负载要求的电能，而且通常状况卜,都要求供应稳定的直流电能。供应这种稳定的直流电能的电源就是直流稳压电源。论文描述了稳压电源的发展概况、主要组成部分以及常用器件和典型电路,揭示了稳压电源的工作原理。具体介绍了设计方案的选择，变压、整流、滤波、稳压和爱护电路等各个组成部分的选型和参数计算，并通过1.ED数码管电路将输出电路的电压和电流显示出来。给出了设计原理图、PCB设计图以及外壳结构和开孔尺寸大小图纸.对电路板进行了调试,文中
2、给出了具体的调试过程、调试结果，以及调试过程中遇到的问题和解决方案，最终达到了设计要求，关键词：稳压电源，PCB,调试，外壳结构DesignofMultipleOutput1.inearDCRegulatedPowerSupplyDesignDescriptionElectronicequipnntsbringsomuchconveniencestopeopleindailylife.Alltheelectronicequipmentscannotwokproperlywithoutthesupportofthepowercircuit.Electronicequipmentsrequirep
3、owercircuittoprovidesustainedandstableX)wer,tomeettheloadrequirements.ndusuallyitrequiressteadydirectCurrCnI,whichDCRegulatedpowersupplycanjustprovide.ITiispaperdescribesthedevelopmentandmaincomponentsofpowersupply,commondevicesandthetypicalcircuit,andrevealstheprincipleofregulatedpowersupply.Itpres
4、entstheoptionofdesignprogramindetails,aswellasthetheselectionandcalculationof(hecircuitforthetransformer,rectifier,filter,regulatorandprotection.Andthe1.EDdisplaystheoutputvoltageandcuent.Itgivestheschematicdesign,PCBdesignandthestructureandtheopeningsizedrawingsoftheshcll.Thccircuitboardwasdebugged
5、andachievedthedesignrcquircnwnts.Thcspecificdebuggingprocessing,resultsandtheproblemsencounteredandthesolutionsoftheproblemsarcgiven.KeyWords:regulatedpowersupply.PCB.debugging.shcllstructure书目1绪论11.l课题的探讨背景及意义I1.2稔压电源的发展21.3课题探讨方法22稳压电源的分类、组成及技术指标32.1稳压电源的分类32.2直流稳压电源的基本组成42. 3直流稳压电源的技术指标5特性指标5质量指标
6、5极限指标63稳压电源常用元潺件及电路73.1晶体二极管7晶体二极管的工作原理7硅整流二极管的主要参数及定义73. 2整流电路7雎相半波整流电路7单相全波整流电路8单相桥式整流电路93. 3/波电路10电容灌波电路10电感滤波电路11组合港波电路123.4稔压电路12稳压管稳压电路12串联反馈型稳压电路13集成稔乐电路143. 5爱护电路14过流爱护14过热爱护161电源的设计及制作184.1 设计要求及设计工具18设计要求18设计工具184. 2电路结构选择以及参数的计算和选型19电路选择和总体原理图19变压器的选择和整流电路的设计19浦波电路的设计21稳压电路的设计22爱护电路的设计24显
7、示电路的设计264. 3电源的制作28制作PCB28元器件的测试28焊接295稳压电源的调试305. 1通电前的检查305. 2通电调试306外壳设计327总结33参考文献35附录136附录237附录338附录4391绪论1.1课题的探讨背景及意义稳压电源是各种电子电路的动力源，被人誉为电路的心脏。人所皆知，全部用电设备，包括电子仪器仪表,家用电器等，对供电电压都有肯定的要求,例如：有些电视机要求220V的电网电压变更不能超过20乐即从198V到242Y之间，假如超出这个范围，电视机就不能正常收看,技至会因电压过高而烧坏电视机。至于精密电子仪器，对供电电压保持稳定不变的要求就更加严格.为解决用
8、电设备要求供电稳定,而市电电网电压乂难以保证的供求冲突，人们便研制了各种各样的稳压电源。事实上，稔压电源的输出,是相对稳定而并非肯定不变的,它只是变更很小，小到可以允许的范困之内.产生这些变更的缘由主要有以下几个方面：(1)由于电网输入电压不稔定所导致。电网供电有高峰期和低谷期，不行能始终稳定如初；(2)由于供电对象引起的，即由负载变更引起。假如负载短路，负载电流会很大,电源的输出电压会趋近于零，时间长还会烧坏电源：假如负载开路，没有电流流过负载，输出电底将会上升。即使不是这两种极端状况，负载电阻的变更也会引起稳压电源输出电压的变更：(3)由于稳压电源本身造成的。构成稳压电源的元器件质量不好，
9、参数有变更或完全失效，就不行能仃效地调整前两种缘由引起的波动：(4)由于元器件受温度、湖度等环境影响而性能变更也会影响枪压电源输出不稳定。一般来说，穗压电源电路的设计首先考虑前两种因素，并针对这两种因素设计植压电源中放大器的放大量等。在选择元器件时，要重点考虑第三个因素。但在设计高精度稳压电源时，必须要高度重视第四个因素.，因为在高稳定度电源中，温度系数和温漂这两个关键的技术指标的好坏都由这个因素确定。本次毕业设计针对线性稳压电源，其在日常生活中的应用相当普遍选择做此项目，可以娴熟的驾驭此项技术，更利于所学学问的巩固及实力的提高，理论更贴近实际，为白已的长远发展有着深远的影响.学习制作直流稳压
10、电源可以：(1)学习基本理论在实践中应用的初步阅历，驾驭模拟电路设计的基本方法、设计步骤，培行综合设计与调试实力：(2)学会直流稳压电源的设计方法和性能指标测试方法；(3)培育实践技能，提高分析和解决实际问题的实力.2稳压电源的分类、组成及技术指标2.1稳压电源的分类稳压电源的分类没有明确的含义和界限，-股都是依据习惯或通用的方法进行，在此简洁介绍几种。以稳压电源稳定的对象来分类，可以分为沟通稳压电源和直流稳压电源两种.沟通稳压电源的输出电压是沟通的,直流稳压电源的输出电压是直流的，两者通常都用沟通电网供电。以稳压电源的稳定方式来分类，可以分为参数稳压电源和反馈调整型稳压电源两种,参数稳压电源
11、主要是利用元器件的非线性实现稳压。例如，仅用一只电阴和只硅桎尿管二极管就能够参数稳压电源。反燃调整型稳质电源是个负反微闭环自动调整系统，它把稳压电源输出电压的变更量，经过取样、比较放大、再反馈给限制调整元器件，使输出电压得到补偿而趋近于原值，从而达到稳压.以桧压电源的调整元器件与负载的连接方式来分类，可以分为并联稳压电源和串联稳压电源两种调整元器件与负数并联的叫做并联稔压电源或分流式稳压电源。它通过调整元器件流过电流的多少来适应输入电网电压的变更及负载电流的变更，以保持输出电压的稳定.这种稳压电源效率较低，只有某些专用场合才适用。调整元器件与负栽串联的稳压电源叫做串联稳压电源。在这种稳压电源中
12、，调整元器件用接于输入端和输出端之间，输出电用就依靠调整兀器件变更自身的等效电阻来维持恒定。调整元器件假如是晶体管，就是我们通常所说的晶体管中联稳压型稳用电源o以涮整元器件的工作状态来分类，可以分为线性稳压电源和开关稳压电源,调楂状态元器件工作在线性状态的是线性稳压电源，调整状态元器件工作在开关状态的是开关稳压电源.开关稳压电源又有很多分类,例如自激式、他激式、斩波式、推挽式、半桥式和全桥式等。以调整元器件的品种来分类,可以分为稳压二极管稳压电源、晶体管稳压电源、可控硅稳压电源等。此外，还有其他的分类方法，例如：集电极输出型稳压电源,放射极输出型稳压电源；高精度稳压电源，高压稳压电源：通用稔压
13、电源，专用稳压电源等。稳压器的分类有时也是错综交织的。例如：一台稔压电源可以同时是直流、闭环反馈、线性调照、串联、晶体管集电极输出、专用、高精度稳压电源，但一般不必这样说明，只要表示出其主要特点就行。直流稳压电源要将220丫工频沟通电转换成稳压输出的直流电压，它须要经过变用、整流、滤波、稳压四个环节才能完成,基本框图如图2-1所示：TIV,f*MM图2-1直流稳压电源的基本框图四个环节的工作原理如下：(1)电源变压器：是降压变压器，它揩电网220V沟通电压变换成符合须要的沟通电压，并送给整流电路，变压器的变比由变压器的副边电压确定。(2)整流电路：整流电路将沟通电压变换成脉动的直流电压，常用的
14、整流电路有全波整流、桥式整流等.桥式整流电路是由四个二级管构成的一个整流电路,电压供应可以是组沟通电源输出为全波的脉动直流电。其优点是输出电压高，纹波电压较小，管子所承受的最大反向电压较低，同时因电源变压器在正负半周内都有电流供应负载，电源变压器得到了充分的利用，效率较高.因此，这种电路在半导体整流电路中得到颇为广泛的应用“全波整流电路中一种是桥式整流，另一种是双半波整流。要求供应的电压的变压器为两个相同线圈串连在一起，三个线头两端各接一个整流管，构成两个半波整流电路两个二级管的末端接在一起，同中间的串连接头，分别为电路的正负极。(3)波波电路：整流电路是将沟通电变成直流电的种电路，但其输出的
15、直流电的脉动成分较大，而一般电子设备所需直流电源的脉动系数要求小于0.01。故整流输出的电压必需实行肯定的措施.尽量降低输出电压中的脉动成分,同时要尽量保存输出电压中的直流成分，使输出电压接近于较志向的直流电，这样的电路就是直流电源中的滤波电路。尽管经过整流港波后电压接近于直流电压，但是其电压值的稳定性很差，它受温度、负载、电网电压波动等因素的影响很大，因此，还必需有稳压电路,以维持输出直流电压的基本稳定.(4)稳压电路：稳压电路的功能是使输出的直流电压维持稳定，基本不随沟通电网电压和负效的变更而变更，2.3直流稳压电源的技术指标稳压电源的技术指标可以分为两大类：类是特性指标，反映直流稳压电源
16、的阚有特性,如输出电压、输出电流及电压调整范嗣:另一类是质量指标,反映一个直流馥压电源的优劣，包括稳定度、等效内阻(输出电阻)、反波电压及温度系数等。2.3.1特性指标(1)输出电压范围输出电压范树是指符合直流稳压电源工作条件状况卜.，能缈正常工作的输出电用范用。该指标的上限是由最大输入电压和最小输入一输Hl电压差所规定，而我下限由直流稳压电源内部的基准电压值确定。(2)最大输入一输出电压差该指标表征在保证直流稔压电源正常工作条件下，所允许的最大输入一输出之间的电压差值，其值主要取决于直流稳压电源内部调整晶体管的耐压指标。(3)最小输入一输出电压差该指标表征在保证直流稳压电源正常工作条件F，所
17、需的垠小输入一输出之间的电压差值“(4)输出负载电流范围输出负载电流范围又称为输出电流范围，在这电流范围内，直流稳压电源应能保证符合指标规范所给出的指标。2.3.2质量指标(1)电压调整率电压调整率是表征直流稳压电源超压性能的优劣的玳要指标，又称为稳压系数或稳定系数，它表征当输入电压Vi变更时直流稳压电源输出电压R稳定的程度,通常以单位输出电压下的输入和输出电压的相对变更的百分比表示.(2)电流调整率电流调整率是反映直流稳压电源负我实力的项主要自指标.又称为电流稳定系数。它表征当输入电压不变时，直流稳压电源对由于负载电流(输出电流)变更而引起的输出电压的波动的抑制实力，在规定的负致电流变更的条
18、件下，通常以单位输出电压下的输出电压变更ffi的百分比来表示直流稳压电源的电流调整率。(3)纹波抑制比蚊波抑制比反映了直流稳压电源对输入端引入的市电电用的抑制实力，当直流稳压电源输入和输出条件保持不变时,纹波抑制比常以输入纹波电压峰一峰值与输出纹波电JK峰一峰值之比表示.般用分贝数表示，但是仃时也可以用百分数表示，或干脆用两者的比值表示。(4)温度稳定性集成直流稳压电源的湿度稳定性是以在所规定的宜流稳压电源工作制度Ti最大变更范围内(1.三WTWTkn)直流稳压电源输出电压的相对变更的百分比值。2. 3.3极限指标(1)最大输入电压最大输入电压是保证宜流稳压电源平安工作的最大输入电压。(2)最
19、大输出电流最大输出电流是保证稳压电源平安工作所允许的最大输出电流。3稳压电源常用元器件及电路3.1晶体二极管2.1.1 晶体二极管的工作原理晶体二极管是一个由P型半导体和N型半导体形成的PM结，在其界面处两健形成空间电荷层，并建有自建电场。当不存在外加电压时，由于P结两边我流子浓度差引起的扩散电流和自建电场引起的濠移电流相等而处丁电平衡状态。当外界有正向电压偏置时，外界电场和自建电场的相互抑消作用使我流子的扩散电流增加引起了正向电流。当外界有反向电压偏置时，外界电场和自建电场进一步加强，形成在肯定反向电压范国内与反向偏置.电压值无关的反向饱和电流。当外加的反向电压高到肯定程度时PN结空间电荷层
20、中的电场强度达到临界值产生载流子的倍增过程，产生大量电子空穴对，产生了数值很大的反向击穿电流,称为二极管的击穿现象.3.1.2睢整流二极管的主要参数及定义由于各类二极管的作用不同,其技术参数的侧重点也有差异,下面以在稳压电源中最常用的琏整流二极管为例进行论述。(1)额定正向整流电流f(平均值)：在规定的运用条件下，在电阻性负栽的正弦半波整流电路中，允许连续通过半导体整流二极管的最大工作电流：(2)正向电压降Uf(平均值)：半导体整流二极管通过额定整流电流时，在电极间产生的电压降：(3)反向漏电流b(平均值)：半导体整流二极管在正弦半波最高反向工作电片下的漏电流：(4)击穿电J%Ub(峰值)：半
21、导体整流二极管反向为硬特性时，其反向伏安特性曲线急剧弯曲点的电压值：假如为软特性时，则其值为给定的反向漏电潦下的电压值。3. 2整流电路把沟通变成脉动直流的过程叫整流。常用的整流电路有雎相半波、单相全波、单相桥式等几种.3. 2.1单相半波整流电路单相半波整流电路如图31所示：图3】单相半波整流电路节股为正半周时，一极管D承受正向电压而导通，此时有电流流过负教，并且和二极管上的电流相等,即k如忽视二极管的电压降,则负我两端的输出电压等于变压器副边电压，即“0=9，输出电压如的波形与2相同当“2为负半周时，.极管D承受反向电压而截止，使电阻此两端的输出电压心成为单向脉动直流电压，因此叫做半波整流
22、.胞相半波整流电压的平均值为：U041U-1.21G雎相半波整流电路虽然结构简洁，但输出电压脉动系数大，宜.流成分低，变压谓只有半个周期工作，利用率低。3. 2.2单相全波整流电路单相全波整流电路如图3-2所示。变压器副边具有中心抽头，感应出两个幅值相等而相位相差180的电压“2。当”2处于正半周时,妨导通,截止;当一处于负半周时,2导通,D1截止.单相全波整流电压的平均值为：I2rI2ir=-J/W)=-Jy2U2STtd(t)110110=凡0.9U,11(3-4)流过负载电阻的输出电流平均值为:/“=U/Rl=0.9U2/Rl(3-5)(3-6)(3-7)3.2.3单相桥式整流电路“2为
23、正半周时，a点电位高于b点电位，二极管Di、D；承受正向电压而导通，D2、D承受反向电压而截止。此时电流的路径为：a，D-Rt.D.vb:U2为负半周时，b点电位高Ta点电位，二极管D?、d承受正向电压而导通，5、承受反向电压而截止。此时电流的路径为：b-6-KifD4Ta,里相桥式整流电压的平均值为：l11=-(2，sinft(M)=21/,=0.95no*-.(3-8)流过负载电阻心的电流平均值为：4=09”R1.RI(3-9)流经每个二极管的电流平均值为负数电流的一半，即：小=9。=45誓2Rl(3-10)每个二极管在截止时承受的最高反向电压为“2的最大值，即：yRM-tz2M-VItz
24、2(3-11)3.3滤波电路电容滤波电路假设电路接通时恰恰在“2由负到正过零的时刻，这时二极管D起先导通，电源，”在向负载Rl供电的同时乂对电容C充电。假如忽视二极管正向压降，电容电压“C肾随输入电压“2按正弦规律上升至“2的最大值.然后“2接着按正弦规律卜降，F1.Rl时，滤波效果才图3-6电感滤波电路输出电压平均值Uo般小于全波整流电路输出电压的平均值，假如忽视电感线圈的钢阻，则U=0,95.虽然电感港波电路对整流二极管没有电流冲击，但为了使1.值大，多用铁芯电感，但体积大、笨重,且输出电JK的平均值U。较低.电感滤波适用于负载电流较大的场合，其缺点是制作困难、体枳大、笨重且存在电感干扰.
25、复合滤波电路1.C,C1.C,11型滤波电路适用于负载电流较大，要求输出电网脉动较小的场合。在负载较轻时,常常采纳电阻替代笨盘的电感,构成CRC、11型滤波电路，同样可以获得脉动很小的输出电压。但电阻对交、自流均有压降和功率损耗，故只适用于负载电流较小的场合.3.4稳压电路在电子电路中稳压电路不仅好用，也是很简洁但又是最基本的，下面就常用的几种基本稳压电路做一简洁介绍。稳压管稔压电路稳压管稳压电路如图3-8所示.它是利用稳压二极管的反向击穿特性税压的，由于反向特性陡直，较大的电流变更，只会引起较小的电压变更。图3-8稳压管税压电路当输入电压变更时的稳压过程，依据电路图可知：(1)vo=Vz=-
26、VR=v-Re(2)r=l+z输入电压%的增加，必定引起V。的增加，即VZ增加，从而使增加,/R增加，使VR增加，从而使输出电压VO减小。这稳压过程可概括如下:I6f-叱t-ztTEt嗓1%J这里.Vo减小应理解为，由于输入电压VZ的烟加，在稳压二极管的调整下，使V。的增加没有那么大而己，M)还是要增加点的，这是个有差调整系统。当负载电流变更时的稳用过程：负载电流/的增加，必定引起/R的增加，即VR增加，从而使VZ=VO减小，。减小，/Z的减小必定使/R减小，VR诚小，从而使输出电压Vo熠加。这稳压过程可概括如下：/。外一心小(Ol)f小小这种稳压电路的输出电压是不能调整的，负我电流变更范围较
27、小，输出电阻较大，约几个欧姆到几10欧姆,因此稳压性能较差。但其电路结构简洁，负载短路时，稳压管不会损坏,因此仅适用丁Uo固定和要求不i的场合。串联反馈型稳压电路串联反馈型稳压电路如图3-9所示。其电路主要由取样环节、基准电压、比较放大环节和局整环节四大部分组成，各部分的作用如下：(1)取样环节，由尺、Rp、型组成的分压电路构成，它将输出电压U。分出一部分作为取样电压Uf,送到比较放大环节.基准电压,由稳压二极管Dz和电阻心构成的稳压电路组成，它为电路供应一个稳定的基准电压Uz,作为调整、比较的标准。(3)比较放大环节.由V?和心构成的直流放大器组成，其作用是将取样电压UF与域准电压UZ之差放
28、大后去限制调整管Vlo(4)调整环节。由工作在线性放大区的功率管W组成，W的基极电流加受比较放大电路输出的限制，它的变更又可使集电极电流后和集、射电压UE变更.从而达到自动调整稔定输出电压的目的。图3-9串联型稳用电路串联反馈型稳压电路的工作原理如卜：当输入电压U或输出电流/“变更引起输出电压U。增加时，取样电压UF相应增大，使V2管的基极电潦/B2和集电极电流心随之增加，V2管的集电极电位UC2下降，因此Vl管的基极电流/Bl下降，使得/Cl下降，伙力增加，4下降，使九保持基本秘定。二/；,二二Ic，TBIFI二：“I同理，当U,或/变更使Uo降低时，调整过程相反，UCEl将减小使U。保持基
29、本不变.从上述调整过程可以看出，该电路是依靠;电压负反馈来校定输出电压的。3.4.3集成稳压电路集成稳压电路是将稳压电路的主要元件甚至全部元件制作在一块硅基片上的集成电路.因而具有体积小、运用便利、工作牢界等特点。集成稳压电源的种类很多，按引出端不同可分为：.端固定式、三端可谓式和多端可调式等。作为小功率的直流稳压电源，应用纸为普遍的是3端式串联型臾成稳压电源.3端式是指稳压电源仅有输入湍、输出端和公共湍3个接线端子。如78XX和W79XX系列系压器。W78XX系列输出正电压有5V、6V、8V、9V、10丫、12V、15V,1824Y等多种,若要获得负输出电压选雷79XX系列即可。例如W780
30、5输出+5V电压,W7905则输出-5V电压。这类3端稳压电源在加装散热器的状况下，输出电流可达1.522A,最高输入电压为35V,最小输入、输出电压差为23Y,输出电压变更率为O.l%0.2%.3.5爱护电路3.5.1过流爱护串联反馈型稳压电路个最大的缺点，是在运用中当负载变小或一短路时，会有很大的电流流过调整管，特别简洁烧坏调整管，因此必需加爱护电路，电流速护电路的具体形式很多,按工作原理主要分为限流型和微止型。限流爱护电路是指负式电流的过规定值时，电源输出电压下降，以保证负载电流不再接着增加.截止型爱护电路是指在负我电流超过规定值时,稳压电路自动被切断,输出电压为零或很小。限流型爱护电路
31、是指负我电流超过规定值时，电源输出电压下降,以当A.较小时在RS上产生的压降不能使Ts导通，Ts不起作用。当o7om（负数短路）时在检上产生的压降足以使八导通，7S对/a分流,从而使/B、/减小，爱护了调整管T。限流型爱护电路有很多形式,有二极管和晶体-：极管等多种.裁止型爱护电路是在负载电流超过规定值时，粒压电路自动被切断，选取适当的A，Rz.当/W/M时UHBSIA,其URM=31.5V8V,.对于E2V输出电路，设计要求它与5Y输出电路完全独立，采纳单相全波整流电路不仅利用率技高，而且节.约元器件,故+12V输出电路采纳全波整流.由公式(34)知，变压器二次侧电压的有效值为S=Uo2.9
32、=122.9=13V考虑到变压器二次侧绕组及管子上的压降，其他大约要高出10乐即131.1-14.3V变压器二次侧电流的有效值为2=,0.9=1/0.9=1.1IA变压器的变比为11=22OI3=17变压器的容量为S=SA=3x1.11=I443V所以可以选择输出为双14V,容豉为53()VA的变压器：二极管上的平均电流：:极管承受的最高反向电压：U,e-K2u.三40.44V所以可以选择二极管40CPQo60,其最大平均正向电流f=4OAO.5A,其URM=60V4().44V.(注：以下设计部分由于3路输出的设计相像，所以仅以+5V输出电路为例进行说明。)4.2.3滤波电路的设计由3.3节
33、的内容知，电感滤波一般用于负载电流大，对泄波要求不高的场合，且电感越大，滤波效果越好：RC滤波由于电阻会降低一部分直流电压，使辘出减小，因此只适用了小电流电路：电容滤波的滤波效果好,适于各种整流电路，结合本设计的设计要求，故采纳电容滤波的方式。下面确定泄波电容的容量和耐压值。(1)电容。的容量在全波整流电路中，滤波电容C的容量应满足CO.I44(fXrXRi.)(4-1)式中r为纹波系数，依据设计要求，输出奴波应不超过5mV,输出精度为2%,故整流灌波输出的纹波电压应小卜5mV0.02=0.25V(峰一峰值)依据纹波系数的定义：电四信号波动的帕度同输出电镇平均值之比，故本设计中纹波系数为r=0.255l(K)%=5%将纹波系数r=5%带入C的表达式中得到C0.l44(5O5%2.5)=23O4OuF(2)电容C的耐压值U在整流波波电路中，最值得留意的是电解电容。尽管它的构造想当简洁,但是运用不当时.，不仅影响电源的直流特性，还可能出现“放炮”现象，所以肯定要细致选择它的耐压。电容潺耐压值必需超过脉动电压峰值，因此要选在变压器次线电压S的、一倍以上。另外，还要考虑输入电
