直流线性稳压电源制作与调试(电子电器).ppt
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1、指导老师:蒋雄、戴鼎鹏、程秀玲,指导老师:蒋雄、戴鼎鹏、程秀玲,任务要求,任务描述:在下图所示的一个参考直流线性稳压电源电路,完成直流线性稳压电源的安装和调试,并实现电路功能。规定电路的要求为:输入220VAC,输出直流电压为9V15V,额定输出电压12V,最大输出电流为100mA,纹波系数为0.1以内。,项目目标,能根据电路图,完成串联型直流稳压电源电路原理图的分析与仿真;能根据电路原理图完成印制电路板(PCB)图的设计,并按PCB制作工艺流程完成PCB的制作;会编制串联型直流稳压电源装配、调试、维修等工艺文件,并能按工艺流程进行装配、调试、检修;感受任务驱动等行动导向教学法的实施过程;感受
2、“6S”管理、安全、文明、环保等职业素养;,考核内容与方式,每个训练项目的考核内容包括学习纪律与学习态度、职业素养、操作规范和项目作品(产品、服务项目、方案等)四个方面。具体考核评价的内容和标准请详见“培训与考核标准”,学习方式,以小组为单位,以学习者为主体,教、学、做合一,特点:行动导向、任务驱动,教学做合一基于真实产品的工作过程过程性考核为主体,传统电子产品的开发过程,现代电子产品的开发过程,串联直流稳压电源设计与制作,第4天 稳压电源印制电路板制作,第3天 稳压电源PCB设计与绘制,第2天 稳压电源原理图的绘制,第1天 稳压电源的分析与仿真,每天进度安排及步骤,第5天 稳压电源电路的组装
3、调试,进入第1天:明确今天的工作任务,确定电路设计过程,分析稳压电源原理图,确定各部分功能和工作原理,并进行Multism仿真。,步骤1:确定工作任务,稳压电源工作原理,实施步骤2:分析串联直流稳压电源,电源是生产和实验中的重要能源,许多大功率场合下需要交流电,但电解、电镀及直流电动机需要直流电。而在电子线路和自动控制装置中还需要电压非常稳定的直流电。为了得到直流电,除直流发电机外,更广泛采用的就是半导体直流电源。,交流电源,负载,变压,整流,滤波,稳压,半导体直流电源的原理方框图,1、直流稳压电源简介,组成结构:,1 整流电路,2 滤波器,3 稳压电路,2、整流电路,1)单相半波整流电路,i
4、 D,电路如图:设变压器副边电压为,整流电路:将交流电压变换为单向脉动电压的电路。整流元件是具有单向导电能力的二极管或晶闸管。,根据二极管的单向导电性,在二极管加正向电压时导通,负载两端有输出电压;而在加反向电压时二极管截止,负载得不到输出电压。负载的电压波形及电流波形见右下曲线图。,二极管只在半个周期能够导电,而负载上得到的电压是单一方向,大小随时间而变的(单向脉动电压)。,对这种整流的输出电压,常用一个周期的平均值来表示它的大小。其平均值为,整流电压的平均值,如果电路负载已知,则整流输出电流的平均值为,二极管所承受的最大反向电压:,例,有一单相整流电路,负载电阻为 750,变压器副边电压为
5、20V,,试求Uo,Io及UDRM,并选用二极管。,解,查二极管参数,选用2AP4(16mA,50V)。为了使用安全此项参数选择应比计算值大一倍左右。,2、单相桥式整流电路,单相半波整流电路只利用了电源的半个周期,并且整流电压的脉动较大。为此常采用全波整流电路,最常见的就是单相桥式整流电路。,桥式整流电路的工作情况,在变压器副边电压u为正半周时,二极管D1、D3导通,而二极管D2、D4截止;,当副边电压u为负半周时,二极管D2、D4导通,而二极管D1、D3截止。,单相桥式整流电路的输出电压:,负载电阻中通过的输出电流:,每只二极管中通过的电流仅为输出电流一半:,每只二极管承受的最高反向电压:,
6、整流电路仅将交流电转换成单向脉动的直流电压。这种电压对许多电子设备远达不到要求,往往再加接滤波器以改善电压的脉动程度。,一、电容滤波器(C滤波器),t,0,u,t,0,u,D截止,D导通,D导通,D截止,D导通,电容滤波器的作用,3、滤波电路,电容滤波器输出电压的脉动程度有所改善,但带负载能力较差。,在负载不同的情况下,取用输出电流Io愈大输出平均电压Uo愈小。其外特性曲线如右图:,采用电容滤波时,输出电压的脉动程与电容器的放电时间常数RLC有关,其值愈大则脉动程度就愈小。一般认为,或,即可达到要求,此时输出电压Uo由下式估算:,(半波),(全波),电容滤波电路中元件的选择:,由于二极管的导通
7、时间较短,因此通过二极管的的电流峰值较大,应避免电流冲击损坏二极管;,由于滤波电容保持有电压输出,应注意二极管截止时所承受的最高反向电压URM有所不同,带电容滤波的半波整流电路,带电容滤波的桥式整流电路URM不变;,适用于输出电压较高,负载电流较小并且变化也较小的场合。,经整流和滤波后,虽脉动程度有了最大改善,但直流电压幅度还会随着电网的波动或负载的变化而变化。,最简单的直流稳压电源是利用稳压管组成的。如图采用桥式整流和电容滤波,得到直流电压Ui,再经过限流电阻R和稳压管DZ,使负载得到一个比较稳定的直流电压。,稳压管稳压电路,4、稳压电路,稳压管稳压电路,电压的稳定过程,选择稳压管一般规律:
8、UZ=Uo IZmax=(15)Iomax Ui=(23)Uo,u Ui Uo Io UR 保持负载电压Uo近似不变。,当电源电压升高时,当负载增加时,Io UR Uo IZ UR 保持负载电压Uo近似不变。,(1)稳压管稳压电路,图为简易串联型稳压电源,T1为调整管,DZ为基准电压,R1是限流电阻,R2是负载。,(2)串联型稳压电路,电路结构,(2)串联型稳压电路,UO(UT1)EUD1恒定(UT1)BE(IT1)B(IT1)E(UT1)CEUO,串联型稳压电路由基准电压、比较放大、取样电路和调整元件四部分组成。,调整元件,比较放大,基准电压,取样电路,串联负反馈稳压电路,电路结构,当由于电
9、源电压或负载电阻的变化使输出电压UO 升高时,有如下稳压过程:,由电路图可知,UO,Uf,UB,UO,IC,UCE,由于引入的是串联电压负反馈,故称串联型稳压电路。,稳压过程,输出电压及调节范围,输出电压,稳压电源的参数,最大输出电流即额定输出电流(指直流稳压电源正常工作时输出的最大电流)额定输出电流主要受两个方面的约束,一个方面是调整元件的最大允许电流和最大允许耗散功率,另一个方面还要考虑输出电压的稳定性。,最大输出电流,稳压系数KU是指在负载电流和环境温度不变的条件下,稳压电源输出电压的相对变化量与输入电压的相对变化量之比,即 稳压系数表征了稳压电源对电网电压变化的抑制能力。,稳压系数,电
10、压调整率也反映稳压电源对输入电网电压波动的抑制能力,其定义为:负载电流IL及温度T不变时,输出电压UO的相对变化量与输入电压变化量的比值,即KU的单位是:%/V。KU和SU越小,稳压性能越好。电压调整率也可表述为:在负载电流和温度不变时,输入电压变化10时,输出电压的变化量,单位为mV。,电压调整率,纹波系数,直流电源输出电压中存在着纹波电压,它是输出直流电压中包含的交流分量。纹波系数K用来表示直流输出电压中相对纹波电压的大小,其定义为 式中UO为输出直流电压中交流分量的总有效值,UO为输出直流电压。,当电网电压和温度不变时,稳压电源输出电压的变化量与输出电流的变化量之比定义为输出电阻,即 输
11、出电阻表征了稳压电源带载能力的大小,RO越小,带负载能力越强。,输出电阻,负载效应是指仅当由于负载的变化而引起输出稳定量的变化的效应。对于 直流稳压电源,负载效应指电网电压和温度不变时,从空载到满载时输出电压的相对变化量。即:负载效应=,负载效应,实施步骤3:用Multisim软件绘制典型串联直流稳压电源原理图,图1,图2,实施步骤4:用Multisim虚拟仪器对电路的性能指标进行测试,进入第2天:明确今天的工作任务,利用计算机辅助设计Protel DXP 2004 SP2软件绘制串联直流稳压电源原理图,并进行设计规则检查和生成网络表、材料清单。,具体要求:,在F盘建立一个以你的工号姓名的文件
12、夹;启动Protel DXP 2004 软件并创建:设计工作区PCB工程项目原理图文件;原理图图纸属性及工作环境的设置;装载所需的原理图元件库文件;在图纸中放置元件、调整元器件、元器件属性设置;绘制连接导线、添加文字信息;原理图电气规则检查、生成网络表、生成元器件材料清单。,电路确定好后,我们借助于计算机,在EDA(电子设计自动化)软件平台上完成电子产品的电路设计及印制电路板设计全过程。熟练使用EDA工具进行设计是电子工程人员的必备技能。我们现在要使用绘图软件 Protel DXP 2004 SP2,设计电路原理图设计电路版图生成各种与电路设计有关的报表文件及光绘文件输出可编程器件设计嵌入式设
13、计,PROTEL作图流程,绘制原理图,原理图后处理,生成网络表,PCB绘制,PCB后处理,Protel DXP 2004 SP2可以做什么?,开始,设置图纸大小,设置环境,添加元件库,绘制电路图,存盘,错误规则检查、报表,生成网络表,有错误修改,结束,原理图作图流程,要点Protel DXP 2004 SP2的启动主界面菜单介绍工作窗口介绍面板及其显示方式介绍工程项目文件结构工程项目的建立以及各种文件的管理,一、Protel DXP2004 PCB设计入门,1.启动Protel DXP 2004 SP2 在“开始”菜单中,单击DXP 2004 SP2快捷方式图标,启动Protel DXP 20
14、04 SP2。执行“开始”“程序”“Altium SP2”“DXP 2004 SP2”,启动Protel DXP 2004 SP2。,2.中英文界面切换 Protel 2004默认界面为英文,但SP2版本支持中文菜单方式,可在“Preferences(优先设定)”中切换。,3.启动Protel DXP 2004 SP2后的主界面,4.Protel DXP 2004工作面板的显示方式,5.Protel DXP 2004 SP2工程项目与文档管理,(1)工程项目分类,在Protel DXP 2004 SP2中,工程项目有多种不同的类型,可以分为PCB项目(PCB Project)、FPGA项目(F
15、PGA Project)、核心项目(Core Project)、集成库项目(Integrated Project)、嵌入式项目(Embedded Project)、脚本项目(Script Project)等。,(2)工程项目结构(如图所示),a.稳压电源.DSNWRK:为设计工作区的名称,.DSNWRK是设计工作区的扩展名。b.稳压电源.PRJPCB:为工程项目名称,.PRJPCB是PCB工程项目扩展名。c.在这个工程项目中包含两个文件夹:Source Documents(源文件)文件夹和Libraries(元器件库)文件夹。d.在源文件夹内有2个文件,原理图文件和PCB文件。,一个PCB工程
16、项目文件的结构,(3)常用文件类型,用Protel DXP绘制电路原理图的步骤及命令如下,(1)启动Protel DXP(2)工程项目文件的创建先再F盘建一个“工号姓名”的文件夹。(3)启动原理图编辑器(4)原理图图纸属性设置执行菜单命令【Design】(设计)/【Options】(文档选项),出现“Documents Options”文档选项对话框。可进行图纸属性设置。(5)原理图的编辑环境设置执行菜单命令【Tools】(工具)/【Preferences】(优选项)命令,系统会弹出“Preferences”对话框,可进行编辑环境设置。,(6)加载元件库加载元件库也可以通过执行菜单“设计”“追
17、加/删除元件库”实现。在原理图设计中,常用元件库为Miscellaneous Devices.IntLib和Miscellaneous Connectors.IntLib,它们包含了常用的电阻、电容、二极管、三极管、变压器、按键开关、接插件等元器件。(7)在图纸中放置元件用模糊查找的方法放置电路符号,并按你设计好的电源电路原理图摆放元件。(8)绘制导线全部元器件按原理图摆放好后,选择配线工具栏上的绘制导线按钮,按电源电路原理图绘制连接导线。(9)修饰电路绘制完连接导线后,对照原理图认真检查,在对整个电路进行修饰,最后绘制完成后的电路如图所示。,电源电路示意图,1检查电路原理图电路原理图是设计电
18、子产品的基础,电路原理图一定要准确、规范,否则,在以后的工作中就会遇到一系列的问题,且难以查出。因此,设计完成电路原理图后,要检查一下电路原理图是否完全正确,为以后的印制板设计工作打好基础,下面从几个方面进行电路原理图的检查。,(1)检查元器件序号执行菜单命令【Tools】(工具)/【Annotate】(注释)按钮,弹出“注释”对话框。(2)电气规则检查执行菜单命令【项目管理】/,电路原理图的后期处理,(3)检查元器件封装 根据元器件实物检查元器件的封装跟实物是否相符,重点检查,三极管、电位器等元件,如下图所示。,三极管的实物和封装图形,三极管的实物和封装图形,电位器的实物和封装图形,2生成网
19、络表文件执行菜单命令【Design】(设计)/【文档的网络表】/【Protel】,系统自动生成Protel格式的网络表。3生成元器件材料清单执行菜单栏命令【Reports】(报告)/【Bill of Material】(材料清单)按钮,即弹出“元件列表”对话框。在该对话框中可以选择生成的元器件清单列表中的元器件描述、元器件封装、元器件的编号等内容。生成“稳压电源原理图.XIS”文件。,今天工作任务结束需上交的作品,用Protel DXP软件绘制完成的串联直流稳压电源电路图、元器件材料清单(纸质稿),以“工号姓名”文件夹上交电子档包括原理图文件、ERC文件、网络表文件、材料报表文件等。,项目一
20、进入第3天:明确今天的工作任务,利用计算机辅助设计Protel DXP软件设计串联直流稳压电源PCB,并定义PCB尺寸、导入网络表、参数设置、布局、布线、设计规则检查。,具体要求:,在PCB工程项目中添加一个串联直流稳压电源PCB文件;PCB工作环境的设置;根据PCB板的尺寸(90mm60mm),确定印制电路板的边界尺寸;装载所需的元件封装库文件;导入网络表自动布局及手工调整;自动布线参数设置自动布线或手动布线;敷铜、补泪滴、设计规则检查。拼板,准备原理图与网络表,规划电路板,添加元件库,设置参数,装入网络表,布局元件(自动布局后手工调整),手工或自动布线,DRC检查,检查PCB与原理图的一致
21、性并生成相应报表、存盘结束,有错误,调原理图编辑,有错误,重新生成网络表,PCB作图流程,用Protel DXP设计PCB图的步骤及命令如下,(1)创建PCB文件选择“稳压电源”项目,单击右键在弹出的菜单中选择【追加新文件到项目中】/【PCB】命令。(2)工作层面设置执行菜单命令【Design】(设计)/【PCB板层和颜色】命令。(3)规划电路板将图层切换到【KeepOutLayer】(禁止布线层)(4)放置安装孔将图层切换到【Mechanical1】(机械层1),(5)装入所需的元件封装库(6)装入网络表和元件在PCB编辑状态执行菜单命令【设计】/【Import Changes from稳压
22、电源.PrjPcb】菜单(7)自动布局执行菜单命令【工具】【放置元件】/【自动布局】出现元件自动布局对话框。(8)元件的手工布局和调整移动元件进行布局(9)设置自动布线参数执行菜单命令【Design】(设计)/【Rules】(规则),出现电路板布线设计规则设置布线参数对话框。,(10)自动布线执行菜单命令【Auto Routing】(自动布线)/【All】,弹出“自动布线器参数设置”对话框。(11)设计规则检查 布线完成后应对PCB进行布线设计规则检查,检查布线过程中是否有违反规则的地方。执行菜单命令【Tools】(工具)/【Design Rule Check】(设计规则检查),弹出设计规则检
23、查对话框,点击“Run DRC”按钮。(12)多边形敷铜 单击PCB放置工具条上的放置多边形敷铜图标 按钮,弹出“多边形敷铜属性”设置对话框。多边形敷铜其目的是加宽铜箔导线以增加强度和抗剥的能力,对电源电路进行修饰完善处理后最终效果如下图所示。(13)拼板,PCB电源电路示意图,今天工作任务结束后需上交的作品,用Protel DXP软件绘制完成的串联直流稳压电源PCB图、阻焊、丝印层图(纸质稿),以“工号姓名”文件上交电子稿包括PCB文件、DRC文件、自制封装库文件等。,进入第4天:明确今天的工作任务,采用热转印制板工艺,制作单面串联直流稳压电源PCB板,印制电路板的后期制作,包括阻焊层制作、
24、丝印层制作,电路板的清理及质量检查等,并熟悉PCB制板设备的使用。严格按照PCB生产的安全操作规程,操作制板设备,并按照6S的管理组织生产。,具体要求:,选材:选择单面纸基板,厚度1mm左右。剪板:采用脚踏剪板机按PCB尺寸(90mm60mm)剪板。清洁板面:采用自动刷光机对PCB基板表面进行抛光处理,并清除板基表面污垢。打印底图:采用激光打印机将PCB底层线路图打印到热转印纸上。图形转移:采用热转印机将打印到热转印纸上的PCB底图转印到敷铜板上。腐蚀:采用腐蚀机把线路板上的非线路铜箔去除。退膜:采用退膜制剂将线路板上的黑膜即碳粉去除,露出线路图形。阻焊制作 钻孔:采用台式钻床,按照设计的PC
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