MOS大功率可调稳压电源.docx
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MOS大功率可调稳压电源
河南机电高等专科学校
综合实训报告
系部:
电子通信工程系
专业:
应用电子技术
班级:
****
学生姓名:
*******
学号:
*******
2012年05月
实训任务书
1.时间:
2012年5月2日~2012年5月25日
2.实训单位:
河南机电高等专科学校
3.实训目的:
熟悉电路板及电子产品的制作全过程
4.实训任务:
①了解电路板图得来的方法,掌握电路板图的打印技巧;
②会使用热转印机将电路图转印到覆铜板上;
③掌握电路板的腐蚀过程及注意事项;
④会使用高速钻床给电路板打孔;
认识电子元器件,熟悉常用元器件的特性;
熟练掌握焊接方法和技巧,完成电路板的焊接;
掌握电子产品通电调试的注意事项,会检修电子产品;
作好实训笔记,对自己所发现的疑难问题及时请教解决;
联系自己专业知识,体会电子产品制作过程,总结自己的心得体会;
参考相关的书籍、资料,认真完成实训报告。
综合实训报告
前言
当今社会人们极大的享受着电子设备带来的便利,但是任何电子设备都离不开一个共同的电路——电源电路。
大到超级计算机、小到袖珍计算机,所有电子设备都必须在电源电路的支持下才能正常工作。
当然这些电源电路的样式、复杂程度千差万别。
超级计算机的电源电路本身就是一套复杂的电源系统。
通过这套电源系统,超级计算机各部分都能够得到持续稳定、符合各种复杂规范的电源供应。
在电子电路中,都需要压稳定的直流电源供电,小功率稳压他是由电源变压器,整流,滤波和稳压电路等四部分组成。
电源变压器是将交流电网220v的电压变为所需要的电压值,然后通过整流电路将交流电压变为脉动的直流电压,由于此脉动的直流电压还含有较大的纹波,必须通过滤波电路加以滤除,从而得到平滑的直流电压,但这样的电压还随电网电压波动,负载和温度的变化而变化。
因而在整流,滤波电路之后还需接稳压电路,稳压电路的作用是当电网电压波动,负载和温度变化时,维持输出直流电压稳定。
当负载要求功率较大,效率高时,常采用开关稳压电源。
实训报告:
一、实验名称
MOS大功率可调稳压电源
二、实验要求
1、利用TL431(精密电压基准)和IRF640(MOS管)设计一个大功率可调线性稳压电源。
2、输入采用24V变压器,前级线圈接市电220V。
3、输出电压在DC2.5~24V之间可调,(最大电流6A,与变压器功率也有关系。
4、对电路进行分析测试,完善电路的不足之处。
三、实验器材
1、实验仪器和工具
万用表、电烙铁、松香、焊锡、细纱布、锜子、剪刀、剥线钳。
2、元件清单
代号
名称
规格型号
数量
备注
R1
2W电阻
2KΩ/2W
1
R2
6W电阻
0.1Ω/6W
1
R3
1/8W电阻
510Ω
1
R4、R5
1/8W电阻
10KΩ
2
RP1
电位器
10KΩ
1
C1、C2
电解电容
10uF/100V
2
有极性
C3
电解电容
3300uF/35V
1
有极性
C4
电解电容
4.7uF/100V
1
有极性
C5
电解电容
470uF/50V
1
有极性
VT1
MOS管
IRF640
1
注意引脚顺序
VT2
精密电压基准
TL431
1
注意引脚顺序
VT3
三极管
9013NPN
1
注意引脚顺序
D1、D2、BR1
二级管
IN4007
6
有极性
T1
变压器
220V~24VAC
1
散热片
1
输出接口
1
注意方向
螺丝(带螺帽)
Φ3
5
支脚和固定作用
四、实验原理
交流220V经过变压器T1、整流桥BR、滤波电容C3进行降压、整流、滤波;C1、C2、D1、D2、R1构成倍压电路,为TL431(精密电压基准)提供工作电压;场效应管IRF640作调整管;TL431、C4构成基准电压电路;三极管9013、R2构成限流保护电路;R4、RP1、R3构成分压采样电路;C5是后级滤波电容。
稳压过程如下:
当输出电压升高时,UO↑→UR(TL431)↑→Uk(TL431)↓→R2-3(IRF640)↑→U2-3(IRF640)↑→UO↓;
限流保护过程如下:
当电流大于6A时,UR2≥0.6V,此时9013导通,导致调整管IRF640漏极-源极短路,停止输出电压,从而起到限流保护的作用。
1、元器件参数简介
IRF640:
N-MOS、200V、18A、125W、0.18Ω、G-D-S
TL431:
分流式可调精密电压基准源(内部含有一个2.5V的基准电压源),输出电压2.5V~36V连续可调,工作电流范围宽达100mA,动态电阻典型值为0.22欧。
下图中,输出电压Vo=2.5(R2十R3)V/R3。
注意:
1mA<(VIN-VOUT)/R1<500mA
2、倍压电路原理
图1半波整流电压电路
1)单被压电路
(a)负半周(b)正半周
(1)负半周时,即A为负、B为正时,D1导通、D2截止,电源经D1向电容器C1充电,在理想情况下,此半周内,D1可看成短路,同时电容器C1充电到Vm,其电流路径及电容器C1的极性如上图(a)所示。
(2)正半周时,即A为正、B为负时,D1截止、D2导通,电源经C1、D1向C2充电,由于C1的Vm再加上双压器二次侧的Vm使c2充电至最高值2Vm,其电流路径及电容器C2的极性如上图(b)所示。
其实C2的电压并无法在一个半周内即充至2Vm,它必须在几周后才可渐渐趋近于2Vm,为了方便说明,底下电路说明亦做如此假设。
如果半波倍压器被用于没有变压器的电源供应器时,我们必须将C1串联一电流限制电阻,以保护二极管不受电源刚开始充电涌流的损害。
如果有一个负载并联在倍压器的输出出的话,如一般所预期地,在(输入处)负的半周内电容器C2上的电压会降低,然后在正的半周内再被充电到2Vm如下图所示。
图3输出电压波形
所以电容器c2上的电压波形是由电容滤波器过滤后的半波讯号,故此倍压电
路称为半波电压电路。
正半周时,二极管D1所承受之最大的逆向电压为2Vm,负半波时,二极管D2所承受最大逆向电压值亦为2Vm,所以电路中应选择PIV>2Vm的二极管。
2)全波倍压电路
图4全波整流电压电路
(a)正半周(b)负半周
图5全波电压的工作原理
正半周时,D1导通,D2截止,电容器C1充电到Vm,其电流路径及电容C1的极性如上图(a)所示。
负半周时,D1截止,D2导通,电容器C2充电到Vm,其电流路径及电容C2的极性如上图(b)所示。
由于C1与C2串联,故输出直流电压,V0=Vm。
如果没有自电路抽取负载电流的话,电容器C1及C2上的电压是2Vm。
如果自电路抽取负载电流的话,电容器C1及C2上的电压是与由全波整流电路馈送的一个电容器上的电压同样的。
不同之处是,实效电容为C1及C2的串联电容,这比C1及C2单独的都要小。
这种较低的电容值将会使它的滤波作用不及单电容滤波电路的好。
正半周时,二极管D2所受的最大逆向电压为2Vm,负半周时,二极管D1所承受的最大逆向电压为2Vm,所以电路中应选择PVI>2Vm的二极管。
3)三倍压电路
图6三倍压电路图
(a)负半周(b)正半周
图7三倍压的工作原理
负半周时,D1、D3导通,D2截止,电容器C1及C3都充电到Vm,其电流路径及电容器的极性如上图(a)所示。
正半周时,D1、D3截止,D2导通,电容器C2充电到2Vm,其电流路径及电容器的极性如上图(b)所示。
由于C2与C3串联。
故输出直流电压V0=3m。
正半周时,D1及D3所承受的最大逆向电压为2Vm,负半周时,二极管D2所承受的最大逆向电压为2Vm,所以电路中应选择PIV>2Vm的二极管。
4)N倍电压路
下图中的半波倍压电路的推广形式,它能产生输入峰值的的三倍或四倍的电压。
根据线路接法的发式可看出,如果在接上额外的二极管与电容器将使输出电压变成基本峰值(Vm)的五、六、七、甚至更多倍。
(即N倍)
。
N倍压电路的工作原理
负半周时,D1导通,其他二极管皆截止,电容器C1充电到Vm,其电流路径及电容器的极性如图(a)所示。
正半周时,D2导通,其他二极管皆截止,电容器C2充电到2Vm,其电流路径及电容器的极性如上图(b)所示。
负半周时,D3导通,其他二极管皆截止,电容器C3充电到2Vm,其电流路径及电容器的极性如上图(c)所示。
正半周时,D4导通,其他二极管皆截止,电容器C4充电到2Vm,其电流路径及电容器的极性如上图(d)所示。
所以从变压器绕线的顶上量起的话,在输出处就可以得到Vm的奇数。
五、实验步骤与记录
1、用Proter99SE做出电路的PCB图并用激光打印机打印。
(注意事项:
在做PCB时其元件的距离和孔的大小应与实际相符合。
)
2、选择合适寸尺的电路板并进行热转印,转印机的温度应保持在110度左右。
(注意事项:
再转印之前必须保证电路板的清洁可用细纱布打磨干净。
)
3、用油性笔补缺电路板上的断裂之处,由于油性笔易挥发,所以再不使用时应立即盖上笔帽。
4、用腐蚀液(三氯化铁)进行腐蚀,浓度越高腐蚀越快,在腐蚀完后电路板上一定要清洁干净。
(注意事项:
腐蚀液不易清洗,在腐蚀时一定要注意周围的清洁。
)
5、用打孔机进行打孔,常用的打孔转头有直径0.8、1.0、1.2、3.0的,打孔时用力不要过猛以免勋坏钻头和PCB板。
注意孔的大小和人身安全。
6、打孔后用细纱布把电路板上的石墨打磨干净,然后用自制的松香水涂抹与电路板上,防止电路板的氧化,在一是焊接时易于焊接。
松香水可由酒精%40(吸蚀)、松香%40(助焊)、三乙醇胺%6(提高光泽)、水氧酸%6(腐蚀驱除氧化)、松节油%4(软化松香)去配置,但在实际中用松香和酒精1:
1配置就行。
7、检查元器件的好坏后焊接在电路板上。
8、在焊好后检查元件的位置是否正确,焊盘是否脱焊、虚焊、铜箔是否有断裂。
9、通电调试
1)接通电源,同时查看电源指示灯显示是否正常;
2)如果指示灯不亮,应立刻关闭电源并进行电路检查;
3)如果指示灯显示正常,检查输出电压是否正常:
用数字万用表直流电压档合理量程检测输出电压;
4)若有电压输出,调整电位器,检查输出电压是否能够连续调整;
5)若有电压输出,但输出不可调,应立刻关闭电源进行电路检查;
6)若无电压输出,也应立刻关闭电源进行电路检查。
稳压电源当接负载1K和1.2K时,调节电位器所测得的数据如下表所示:
2.5V
5V
10V
15V
20V
26.5V
1K
2.4mA
5mA
10.2mA
15.2mA
20.3mA
27mA
1.2K
2mA
4.1mA
8.1mA
9.3mA
17mA
22.6mA
经测量运算可得电源的内阻为0.02欧姆,输出电流为500mA左右。
注意事项:
1)在焊接时应注意各元件的焊接位置,防止焊错造成不必要的勋失。
2)在通电调试时应注意个人安全。
六、实验结果
经过一个多星期的时间,功夫不负有心人,总算把稳压电源做好,所测得的各项数据与理论值基本相符。
七、存在的问题及解决方法
1、在实际中所测得的数据为什么跟理论值有偏差?
答:
理论不代表实际,只是一个近似,在实际中应考虑各方面的原因如温度、电压、元件特性等带来的负面影响。
2、电路能否在原基础上进行改造使其功能更强大?
答:
再原电路的基础上可以加一些附加电路。
如电压指示电路、各项保护电路等使其功能更强大,使其使用起来更方便。
但这就增加了各项技术指标,成本的加大,使其对电路的各项要求更加苛刻。
3、稳压电路为什么在实际应用时电压不是很稳定,输出电压波形不是很平滑?
答:
因为在电路中应用到了倍压电路和元件技术的差异,使其电路达不到理想值,可以加大变压器功率,换掉倍压电路,加大电容(电容越大稳压效果越好)使其输出更为稳定。
八、实习心得
经过这次实习使我学会PCB板的制作过程以及电路的装配,提高了自己的焊接能力,加深了自己对电子专业的爱好,充分弥补了自己动手能力的不足,丰富了大学生活为自己以后的发展提供了平台。