过载保护直流可调稳压电源实习报告Word文件下载.docx

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3、系统设计3

3.1降压，整流，滤波电路系统设计3

3.2保护电路系统设计4

3.3输出电压可调的直流稳压电源系统设计6

3.4电路设计总图7

4、调试及性能分析7

5、相关知识概述8

5.1三端稳压器LM317简介8

5.2焊接部分9

6、心得体会9

1、任务和性能指标

1.1任务内容

我们设计项目是设计一直流电源，重点是过流保护发和过压保护。

所以设计的电路要求有两个特点：

第一有保护电路模块，第二输出电压可调。

1.2性能指标

在这次设计电路中电源输出直流电压两路，一路是固定输出电压源+5V，另一路是输出电压可调+3V=--+12V。

额定输出电流300mA，设计保护电流四档可调：

338mA,268mA,105mA,35mA,即当电源输出电流超过设计保护电流时，保护电路动作，断开电源与负载的连接。

2、设计方案

电路主要由如下部分分成：

变压电路，整流电路，滤波电路，过流保护电路，输出电压调节电路。

3、系统设计

3.1降压，整流，滤波电路系统设计

因为本电路输出电压最大12V，即三端稳压器输入电压要求大于12+5=15V，可以选择为16V，所以取整流滤波输出电压（即三端稳压器输入电压）为16V左右。

降压变压器次级电压的选择，因为整流滤输出电压的最大值等于变压器次级电压的1.1414倍，所以可考虑选择变压器次级电压为12V，这样，整流滤波输出电压的最大值等于17V。

变压器的功率选择，因为电路输出额定电流300mA,所以电路输出额定功率为17V×

300mA=5V,所以变压器功率为6—7w就可以了，本电路选择变压器功率为10W。

整流二极管的耐压要求：

高于17V（高于变压器次级电压最高值）。

整流二极管的平均整流电流要求：

大于300mA。

这样，整流二极管采用常用的整流二极管IN4001（耐压100V,电流1A）就足够达到要求了。

滤波电容的耐压要求：

滤波电容的容量要求:

C>

（3--5）

，其中T为200V交流电周期为0.02秒，R为整流滤波电路负载等效电阻（可这样确定：

整流滤波电路最小输出电压比最大输出电流，本电路：

15V/300mA=50Ω），

（600μF—1000μF）取C为1000μF/25V。

3.2保护电路系统设计

右图所示为NE555定时器内部结构图，外部连接可参见电路原理图。

电路刚接上电源时，电容C4无充电电荷，“2”“6”为低电平，比较器C1输出高电平，比较器C2输出低电平，与非门G1输出低电平，G2输出高电平，泄流管T截止，因此调整管Q1无偏置电流而截止，这时电源通过R6对电容C4充电，“2”“6”电位升高，当电位升高到（2/3）VCC时，比较器C1输出低电平，与非门G1输出高电平，泄流管T导通，调整管Q1导通。

电源向负载供电。

这就是电路起始工作过程，时间由电阻R6和电容C4决定。

大约R6×

C4.

电路在正常工作条件下（无过流），检测电阻R5（或并上R8或并上R9或并上R8//R9）上电压较小，三极管Q2截止，555维持工作状态不变，泄流管T导通，调整管Q1导通。

如果电路输出电流过大，这个电流通过R5，在R5上产生较大的电压，使Q2导通，电容C4通过Q2快速放电，使“2”“6”电位快速下降到低于（1/3）VCC时，比较器C1输出高电平，比较器C2输出低电平，与非门G1输出低电平，G2输出高电平。

泄流管T截止，因此调整管Q1无偏置电流而截止，断开了电源与负载的连接，起到保护电路和负载的目的。

电路保护后，输出电流为0,Q2又截止，C4再次充电，当充电使得“2”“6”电位升高到（2/3）VCC时，比较器C1输出低电平，与非门G1输出高电平，泄流管T导通，调整管Q1导通，电源向负载供电。

但只要故障没有排除，电路又立即进入保护状态。

当电路处于保护状态时，与非门G1输出低电平，非门G3输出高电平，放光二极管D1亮，表示电路处于保护状态。

或者用当电路处于保护状态时，与非门G1输出低电平，非门G3输出高电平，蜂鸣器叫，表示电路处于保护状态。

各元件参数计算：

555的工作电压不能大于16V，不能直接将整流滤波后电压（最大为17V）加到555上，串联一个红色发光二极管降压（所降电压为1.8V），降压后最大为15.2V。

555输出高电平电压约为14V，设计D1电流为4mA，则R1=（14-1.8）、4=3.05K，取R1=3K。

蜂鸣器限流电阻R1的计算：

555输出高电平电压约为14V,设计蜂鸣器工作电流为4mA，用12V的蜂鸣器，则R1=（14-12）

/4=500Ω，取R1=470Ω。

R6和C4的计算，设计保护时间为0.5秒，则根据T=1.1R6×

C4，可取C4=47μF，R6=10K。

设Q2导通电压为0.6V，则R5=0.6V/300mA=2Ω。

为了调节的方便，取电阻R8，R9与R5通过开关成并联状态。

取R8=10Ω，R5=3Ω，

“7”为低电平时，Q1要饱和导通，因为当“7”为低电平时电阻R3上的电流近似为17/R3，这个电流设多大合适？

这要考虑调整管得电流放大系数β，小功率管9012的β>

50,，而调整管最大输出电流为300mA,因此，调整管基极电流只要大于6mA，调整管就处于饱和状态，R3=17/6=2.83K,可取R3=2K。

R2的估算：

当取R3为2K时，R3电流为8.5mA,是基极电流与R2电流之和，因此R2电流必须小于2.5mA,取R2=10K可行。

Q1主要考虑的是最大输出电流，因最输出电流为300mA，而9012的电流可达500mA。

R4取几十Ω都可以。

Q3，R11，R12组成过压保护电路，在接口处的电压高于+5V时，Q3将导通，电容C4放电，555“6”脚电位下降，内部泄流管截止，Q1截止，起到保护作用。

所以这是一个过压保护电路。

R7是起动电阻，在带负载开机时，且负载较重时开启电源，此时由于开机时滤波电容的充电以及负载电流的共同影响，电路可能起动不了，有了R7提供通路，电路可以启动。

S是启动按键，在带负载开机时，且负载很重时开启电源，此时由于开机时滤波电容的充电以及负载电流的共同影响，电路可能启动不了，按下按键提供通路，电路可以启动。

3.3输出电压可调的直流稳压电源系统设计

不稳定的直流电压Ui从三端稳压器（3）输入。

输入电压低于40V，但需要比最高输出电压高出3V以上。

本电离能设计最高输出电压为12V，则本电路输入电压高于15V（本电路取16Ｖ左右）。

可调的稳定直流电压Ｕｏ从三端稳压器LM317的输出端

（2）输出，可调电压源电压大小由“1”脚到地GND之间的电阻以及“2”脚与“1”脚之间的电阻确定。

可调电压源额定输出电流大小由三端稳压器LM317决定，当三端稳压器装上散热片后，额定输出电流为1.5A。

本可调电压源设计指标：

输出电压可调：

3V—12.00V；

额定输出电流：

1A。

三端稳压器LM317的输出端

（2）到调整端

（1）的电压恒定为1.25V，三端稳压器LM317的调整端

（1）的电流小于50μF，当控制电路工作电流比50μF大得多时，这个电流可以忽略不计，即认为调整端

（1）虚断路。

本电路设计控制电路工作电流为5mA左右，比50μA电流大得多（100倍），因此调整端

（1）的电流不计。

这样从三端稳压器LM317的输出端

（2）流到调整端

（1）的电流与从调整端

（1）到地GND的电流相同。

设计思想：

固定输出端

（2）到调整端

（1）的电阻Ra=R12//R13,则LM317从输出端

（2）流到调整端

（1）Ra的电流不变，而调整端

（1）到地GND的等效电阻Rb（R3//R14,R15,R16,R17,R18电阻）可调（通过改变四位开关状态而改变电阻阻值的大小），

由于流过调整端

（1）到地GND的等效电阻的电流也不变，所以调整

（1）到地GND的电压随着调整端

（1）到地GND的电阻的变化而变化，使得输出端电压变化。

①

其中Ra是输出端

（2）到调整端

（1）的电阻R12//R13。

Rb是调整端

（1）到地GND的等效电阻。

下面确定电阻Rb的最小值

和最大值

与电阻Ra的关系。

当电阻Rb取最小值

时，输出电压最低为3V，因此，关系式

成立

得

②

当电阻Rb取最大值

时，输出电压最高为12.00V，因此，关系式

成立，

③

当取

=3K时，

=349Ω（可用360Ω并10K得到）。

=349Ω时，

=1.4×

3K=489Ω。

本电路取R14=3K，R15=13K，R16=8.2K,R17=2.4k,R18=910Ω。

3.4电路设计总图

4、调试及性能分析

1.仔细观察各焊接点，检查有无短路现象和虚焊现象。

2.认真测量。

在观察所焊接的电路板处于正常状态，将交流电源接入到J1接口。

3.将负载电流逐渐增大，并用电流表加以检测，记录下当电路有保护动作时负载电流，并纪录下此时对应的保护电阻R5的值。

4.改变开关S2的状态，用以改变保护电阻R5的电阻值，再次将负载电流逐渐增大，并用电流表加以监测，记录下当电路有保护动作时的负载电流，并记录下此时对应的保护电阻R5的值。

5.重复以上步骤。

6.改变开关S3的状态，测量输出电压

理论数据记录：

5、相关知识概述

5.1三端稳压器LM317简介

LM317是三端稳压器，不稳定直流电压从LM317的输入端（3）输入，从输出端

（2）输出稳定的直流电压。

LM317外形如左图所示，脚的编号从左至右为1,2,3。

1—调整端，2—输出端，3—输入端。

不稳定电压从3

端输入，从2端输出的电压为稳定电压。

LM317的一个最重要的特性是：

2—1之间电压恒为1.25V。

其他特性需要了解的是：

调整端

（1）电流很小（小于0.05mA）,在工作电流比它

大得多的条件下这个电流忽略不计；

输入端电压要比输出端电压高于3V以上。

5.2焊接部分

焊接的第一步是表面焊接。

首先是镀锡，左手夹焊锡丝，手拿电烙铁，两者适当接触使熔融的锡镀在铜片上，然后用松香点在镀锡处，用电烙铁快速地刮一下，便得到扁平的锡层。

然后安装表面元件。

打开热风枪，用镊子夹持细小元件至指定位置，用热风枪均匀加热，使元件接在锡上。

最后，用电烙铁熔化锡丝滴在元件侧面，形成一个坡。

焊接的第二步是通孔焊接。

将元件的触角从另一面插入，在这一面伸出适当的长度，，然后将熔融的锡液滴在孔处，焊好后用刀具将多余的触角剪掉。

遇到的问题及讲解方法

a.焊接时，表面元件两端处的锡的高度相差较大，元件易被风吹动。

为此，镊子压在元加上加热或者重新调整两端锡的高度再焊接。

b.热风枪温度过高，风速较大，使得附近以焊好的表面元件易位。

解决方法是减小风速，降低温度，并且均匀的在一处加热。

c.通孔焊接时，由于温度较高，与锡液接触的同层脱落。

为了能固定触角，采用两孔处向对方靠的方法，使两处相连。

d.通孔焊接焊接的元件高度不合适，致使指示灯不能从侧面看到收音机的指示灯。

若未截断多余触角，可以重新焊接。

e.接触不良。

由于焊接时锡的用量不足并且焊后存在热胀冷缩的现象，致使这样的地方出现虚焊。

因此，将该处重新焊接是唯一可行的方法。

6、心得体会

实习机会是很难得的，当我们亲手拿到焊烙铁以及大大小的元器件的时候，确实有点无所适从，这也暴露了我们的动手能力弱，没什么经验甚至还要从电阻大小的识别，三极管的管脚的判断开始从零学起。

刚开始拿到器材的也闹了不少的笑话，但经过和组员一起讨论，一起动手，相互学习，才慢慢明白老师安排任务的用意。

尤其是动手焊接这块，刚开始的时候我总是焊出“土包子”状，还有不小心自己烫到自己的时候。

但是通过对可调稳压电源的设计，使我们了解电路设计的一半程序，设计方法和完成的内容；

更加深刻的了解了可调稳压电源设计的原理，以及电路各个部件的作用：

比如说，弄清楚每个元件的作用，以及各元件的参数，等等。

对我们专业知识起到了强有力的巩固和拔高，看着自己的成果，心里很开心。