实训一具有过流保护功能的直流可调稳压电源(完整)

实训一具有过流保护功能的直流可调稳压电源1．1电路特点及用途图1-1是将220V交流市电转换为1.25~7.5V的直流稳压电源的电路，输出电压连续可调、纹波电压小、输出动态内阻低且有过流保护的优点，可作为收音机、电子玩具等小型电器和电子线路实验制作的外接电源。图1-1具有过流保护的直流可调稳压电源1．2电路原理与元器件作用1．电路原理由图1-1可见，此直流稳压电源由整流滤波电路、电子开关、稳压电路和过流保护电路组成，其电路原理框图如图1-2所示。图1-2直流稳压电源电路原理框图（1）整流滤波电路在图1-1中，由VD1~VD4整流二极管组成桥式整流电路，整流输出经电容器C1滤波后，得到比较平滑的直流电压UE2。（2）电子开关电路由小功率晶体管V1（S9013）和大功率晶体管V2（TIP42C）组成电子开关电路。在晶闸管SCR没有导通时，电容C1滤波后的电压UE2经过R1、R2、R3构成的分压电路能够使得V1管和V2管导通，V1工作在饱和状态，V2工作在放大状态。从而使得稳压管LM317T的输入端（3引脚）有电压输入。如图1-3所示，当空载时：因为E2212V17VU故E2BE1AK2BE11215.5VUUURURR所以AKBE1BE1B1231.13mAUUUIRR可知，C1B1C1SIII（对于S9013而言β约大于50，集电极饱和电路ICS约50mA）；所以V1管S9013饱和，且有E2EB2LEDC14170.71.2mA15.1mA1UUUIR图1-3电子开关电路（3）稳压电路由集成稳压管LM317（其内部电路原理、封装及主要参数见图1-4）与取样电路组成，如图1-5所示。因LM317的输出端与调整端ADJ之间的电压恒定为1.25V，所以取样电阻R5=100Ω接在输出端与调整端之间，产生12.5mA的取样电流，通过取样电阻R5与电位器RP产生降压，只要合理选择R5及RP的阻值，就可使稳压管的输出在1.25~7.5V范围内可调。图1-4LM317稳压管内部结构简图及封装图图1-5稳压电路在图1-5中，稳压电源的输出电压Uo等于电阻R5两端的电压与PQ两点之间电压之和，即oR5RP23R5SRP23R5RP23SR5RP23RP23551.25V()1.25V(50A1.25V1.25V1.25(1)VUUUIIRIRIIRRRR因为μ远小于）1）当电位器逆时针旋到底时，RRP23=0Ω，此时Uo有最小值，即o01.25(1)V=1.25V100U2）当电位器顺逆时针旋到底时，RRP23=500Ω，此时Uo有最大值，即o5001.25(1)V=7.5V100U（4）过流保护电路由取样电阻R6及R7、C3组成延时电路、单向晶闸管SCR（MCR100-6）及电子开关电路组成截止式过电流保护电路。当稳压管输出的电流增大并超过额定值的20%时，过电流取样电阻R6上的电压上升并使晶闸管触发导通，晶闸管的压降UAK降至0.8V左右，此电压经电阻R2后，使得V1截止，从而V2截止，因而切断稳压管LM317的供电电压，最终稳压管无电压输出。2．电路中各电子元器件的作用1）VD1~VD4整流二极管组成桥式整流。2）C1滤波电容器，滤去纹波电压，使整流输出电压较为平滑。3）R1限流电阻，用来限制晶闸管触发导通后的电流，但阻值不能过大，应保证晶闸管导通电流大于其维持电流。4）R4V1管集电极限流电阻，以保证V1与V2管的安全并且可以减小电路的静态功耗，但是R5的阻值不能过大，应保证有足够的IB2使V2（TIP42C）的集电极电流大于0.5A。5）R6过流取样电阻，其阻值大小取决于过电流保护电流的设定值，要求R6的阻值准确、稳定，而且要有足够的耗散功率。6）R7、C3组成延时电路，其作用是将R6上的电压延迟一段时间后才加至晶闸管的门极G，以避免接通电源瞬间由于稳压电源输出端滤波电容C5及外负载电路有较大的充电电流流过R6所产生的附加压降，而引起晶闸管的误触发。由于MCR100-6晶闸管的触发电流极小，所以R7上的压降很小。7）C4用来进一步减小稳压输出端的纹波电压（即交流成分）。这是由于C4对交流的旁路作用，使稳压输出端的交流成分全部加至LM317的输出端与调整端之间，这样可通过LM317内部的比较放大器及调整电路的自动调整来达到降低输出纹波电压的目的。3．3安装、焊接与测试步骤1．元件的安装与焊接（1）清点元器件。核对元件的数量和规格，都应符合工艺要求，如有短缺、差错应及时补缺和更换。（2）元器件检测。在安装前应用万用表对元件的好坏进行逐一检测，对不符合质量要求的元器件剔除并更换，防止已损坏的元件被安装。要求：二极管：正向电阻、极性标志是否正确。三极管：判断极性及类型。9013为NPN管，β大于50。TIP42C为PNP管。电解电容：是否漏电，极性是否正确。电阻：阻值是否合格。插头及软线：接线是否可靠。变压器：绕组有无断、短路，电压是否正确。（3）元器件的预加工。对电阻器、电容器进行浸锡加工。半导体管是不耐热的器件，浸锡温度要低，浸锡时间不宜过长，防止烫坏PN结。（4）根据元器件封装画好装配图（可参照图1-6的PCB布线图）。1）按万用电路板实样1:1在图纸上（或用坐标纸）确定安装孔位置。要注意所用元器件的外形尺寸及封装形式。2）装配草图以导线面（焊接面）为视图方向；元器件水平或垂直放置，不可斜放；布局时应考虑元器件外形尺寸，避免安装时相互影响，疏密均匀；同时注意电路走向应基本和原理图一致，一般由输入端开始向输出端逐步确定元器件位置，相关电路部分的元器件应就近安放，按一字排列，避免输入输出之间的影响；每个安装孔只能插一个元器件的引脚。3）按电路原理图的连接关系布线，布线应做到横平竖直，导线不能交叉（确实需要交叉的导线可在元器件体下穿过）。（5）检查绘制好的装配图上的元器件数量、极性和连接关系，应与电路原理图完全一致。按装配图正确安装各元器件。（6）万用电路板装配工艺要求如下：1）电阻器、二极管（发光二极管除外）均采用水平安装方式，紧贴万用板安装，或高度为元器件底部离万用板不超过5mm，色环电阻器的色环标识顺序方向应一致。2）电容器、晶体管均采用垂直安装方式，高度为底部离万用板不超过8mm。3）发光二极管采用垂直安装方式，高度为二极管底部离万用板不超过15mm。4）微调电位器应紧贴万用板安装。5）所有焊点均采用直角焊，焊接完成后剪去多余引脚，留在焊面上0.5~1mm，且不能损伤焊接面。6）万用电路板布线应正确、平直、转角处成直角，焊接可靠，无漏焊、短路现象。（7）总装加工工艺要求。电源变压器用螺钉紧固在万用板的元器件面上，一次绕组的引出线向外，二次绕组的引出线向内，万用板的另外两个角上也固定两个螺钉，紧固件的螺母均安装在焊接面。电源线从万用板焊接面穿过孔后，在元件面打结，再与变压器一次绕组引出线焊接并用电工胶布缠绕完成绝缘恢复。变压器二次绕组引出线插入安装孔后焊接。将所有需要连接的点用镀银线或焊锡连接起来。2.通电前的工作安装、焊接好电路板后，应仔细检查所装的元器件是否有差错。特别要注意整流二极管、发光二极管（LED）、电解电容的正负极是否接反，晶体管的引脚是否正确，电阻的阻值及功率、电容器的电容量及耐压是否合格，电源变压器的一次侧、二次侧是否接反。各个焊点质量应无虚焊、漏焊、搭焊及空隙、毛刺等，在确认正确无误的前提下才能进行通电调试。3．通电测试测试是检验产品是否合格的重要环节，为保证稳压电源的性能良好可靠，可做如下测试：（1）输出电压可调范围通电前将电位器逆时针调到底，通电后测量（电位器从最小阻值调至最大阻值）输出电压的变化范围，正确输出电压大约在1.25~7.5V。（2）稳压输出纹波电压在输出6V/0.5A的条件下（通过调节电路板中的电位器、滑线变阻器达到），由并接在输出端的交流毫伏表测出稳压输出交流电压（通常称之为纹波电压），大约在0.05~2.0mV。直流稳压电源的纹波电压越小，性能越佳。其接线图如图1-7所示。图1-6直流稳压电源PCB布线图图1-7直流稳压电源调试接线图（3）动态内阻测量将输出电压调至某一数值（如6V），电流调至某一数值（如0.5A），记录电压与电流值；再调节滑线变阻器的阻值使电流减小至某一数值，测试并记录相应的电压与电流；然后可按下面关系式计算：动态内阻=输出电压变化量/输出电流变化量，大约在0.05~0.1Ω。表1-1直流稳压电源测试数据测量项目数据电压范围/V纹波电压/mV动态内阻/Ω过电路保护的电流：Imax/A（4）测量过电流保护电流值调节滑线变阻器，使输出电流升至某一数值后突然变为0，则那一最大电流值即为过电流保护电流值，此值大约在0.55~0.6A。将以上测试步骤的结果记录在表1-1中。3．4故障分析与检查1．正常情况1）空载时测量TIP42C的E端对电源负端的电压应为17V左右，说明整流滤波电路工作正常。2）空载情况下测量输出端的电压：应随调节电位器RP的阻值变化而变化，变化范围是1.5V~9V。3）测量晶闸管A、K两端的电压，如果晶闸管不导通，电压为17V左右，如果晶闸管导通，电压则为0.8V左右。2．故障分析（1）接通电源，指示灯不亮，测量TIP42C的E端对电源负端的电压为17V。1）LED损坏或接反。2）9013损坏或引脚接错。3）过电流保护起作用（晶闸管损坏或R6开路或输出端短路）。4）R4短路。（2）指示灯亮，输出电压不正常。1）输出电压为0。○1TIP42C损坏或没焊接好；○2LM317没焊接好；○3输出端短路。2）输出电压的最大值和最小值电压都偏低，但可调：○1R5与其它较大阻值的电阻对调安装了；○2C4焊接反了。3）输出电压高端、低端电压都偏高，但可调；4）输出电压始终为10V以上：○1电位器RP损坏或没焊接好；○2LM317损坏。（3）输出电压正常，但无过电流保护功能。1）晶闸管损坏或引脚接错。2）S9013坏或引脚接错。3）R6短路。4）R7断路。5）C3两端短接。6）TIP42C性能差，放大后输出电流无法达到500mA以上。（4）接通电源，发出爆破声。1）C1反接或耐压不够。2）C4反接或耐压不够。3）整流二极管（全部或其中一个）反接。（5）过电流保护时间过长——整流二极管之一接触不好或损坏。实训一具有过流保护功能的直流可调稳压电源一、SCH图二、材料清单序号代号名称规格及型号数量元件名封装1D1~D4二极管1N4007(1A/400V)4Diode1N4007DIO10.46-5.3x2.82Q1三极管9013(NPN)19013/C8050(自制)BCY-W3/E4-new(自制)3Q2三极管TIP42C(PNP)1TIP42C(自制)221A-04-new(自制)4U1三端稳压器LM317T1LM317T(自制)221A-04-new(自制)5SCR可控硅MCR100-61SCR_MCR100_6(自制)BCY-W3/E4-new(自制)6LED发光二极管φ3绿色1LED0LED3(自制)7C1电解电容1000μ/25V1CapPol1CAPPR4.512.5x228C2电解电容47μ/25V1CapPol1CAPPR2-5x6.89C3、C4电解电容22μ/25V2CapPol1CAPPR2-5x6.810C5电解电容220μ/16V1CapPol1CAPPR2-5x6.811R1、R4电阻1K(1/2W)2Res2Axial0.612R2电阻10K(1/4W)1Res2Axial0.413R3电阻2K(1/4W)1Res2Axial0.414R5电阻100Ω(1/4W)1Res2Axial0.415R6电阻1Ω(1/2W)1Res2Axial0.616R7电阻1KΩ(1/4W)1Res2Axial0.417RP电位器500Ω1RPOT2(自制)VR6(自制)18X1、X22P接线端子GX1282P2HEADER1*2(自制)HEADER1*2(自制)19单面玻纤感光板7