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直流穩壓電源范文1
關鍵詞：直流穩壓電源；電路設計；工作原理
1 電路設計背景和目的
通過多年的教學經驗和對中職院校的學生進行的調研情況來看，中職院校的學生普遍文化基礎薄弱，對文化課、理論課不感興趣，但是大部分中職學生對實訓課程感興趣，喜歡動手操作，能夠嘗試動手去做一些實驗，有的甚至能獨立完成一些電子產品的安裝與調試。例如，簡單的門鈴電路，流水燈電路等。因此，針對中職院校學生的實際情況，結合我學院電氣工程系的學生學習情況，今年，我系領導決定對學生的課程安排進行了大膽改革，去掉純粹的理論課，所有專業課程都變為一體化課程，讓學生通過動手操作掌握理論知識，真正做到在做中學，在學中做，在這樣的背景下，我嘗試了將所擔任學科《電子技術基礎》這門理論課程融入到《電子電路的安裝與調試》這門實訓課程中去，變理論課實訓課程為一體化課程。依托這樣的改革前提，我嘗試對直流穩壓電源的電路進行了以下設計，目的就是為了更好的適應電氣工程系的改革實踐，同時也能夠使學生在實際動手操作過程中深刻理解相應的電子專業理論知識，能夠培養學生掌握理論知識的能力，激發學生熱愛電子專業的熱情，提高了學生學習的積極性，最重要的是讓學生學會了技能，一技在手，更好地走上工作崗位，盡快地適應社會。
2 電路設計實驗設備及器件
所謂巧婦難為無米之炊，電路設計同樣需要必要的實驗設施和工具，而實驗條件的好壞和選擇工具的正確與否是設計的關鍵和前提。下面我來具體闡釋我的設計思路中所需要的實驗條件、實驗工具和必要的原材料：
2.1 電路所需實驗設施和工具
本次設計的完成需要在專業的電子試驗臺上進行，需要的工具如下：示波器、萬用表、變壓器（12v）、電烙鐵、鉗子和鑷子等，另外需要必要的焊錫和連接線。
2.2 電路所需元器件清單
元器件清單如下：
1A二極管IN4007，V1、V2、V3、V4，4只；發光二極管V5，1只；熔斷絲FU 參數為1A1只；100uF 50 V電容C1，1只；10uF25V電容C2，1只；500uF 16V電容C3，1只；2200uF電容C4，1只；開關SW，1只；2.7KΩ電阻R1，1只；190Ω電阻R2，1只；280Ω電阻R3，1只；1KΩ電位器R4，1只；三端集成穩器CW7812 U（可調范圍1.25V～12V），一只；可調電阻RW，1只。
3 電路設計思路
直流穩壓電源又稱為直流穩壓器，其作用就是將交流電轉化成相應用電器所需要的穩定電壓的直流電。其關鍵是輸出直流電壓的穩定性，所以我們設計電路的著眼點就是電路轉化的穩定性。
3.1 直流穩壓電源的工作原理
直流穩壓電源一般由電源變壓器、整流電路、濾波電路、穩壓電路組成，其組成框圖如圖1：
直流穩壓電源各部分的作用
（1）電源變壓器：主要是降壓器，用于把220V的交流電轉換成整流電路所需要的交流電壓Ui。（2）整流電路：利用整流二極管單向導電性，把交流電U2轉變為脈動的直流電。（3）濾波電路：利用濾波電容將脈動直流電中的交流電壓成分過濾掉，濾波電路主要有橋式整流電容濾波電路和全波整流濾波電感濾波電路。（4）穩壓電路：利用穩壓管兩端的電壓稍有變化，會引起其電流有較大變化這一特點，通過調節與穩壓管串聯的限流電阻上的壓降來達到穩定輸出電壓的目的，用于將不穩定的直流電壓轉換成較穩定的直流電壓。
3.2 直流穩壓電源的設計方法
直流穩壓電源的設計，是根據其輸出電壓UO、輸出電流IO等性能指標的要求，確定出變壓器、集成穩壓器、整流二極管和濾波電路中所用元器件的相關性能參數，選擇出這些元器件。
具體設計方法分為三個步驟：第一步：根據直流穩壓電源的輸出電壓UO、最大輸出電流IOMAX，確定出穩壓器的型號及電路形式。第二步：根據穩壓器的輸入電壓Ui，確定出電源變壓器二次側電壓U2；根據穩壓電源的最大輸出電流IOMAX，確定出流過電源變壓器二次線圈的電流I2和電源變壓器二次線圈的功率P2；再根據P2，確定出電源變壓器一次線圈的功率P1。然后根據所確定的參數，選擇合適的電源變壓器，一般為12v。第三步：確定整流二極管的正向平均電流ID、整流二極管的最大反向電壓URM和濾波電容的容量值以及耐壓值。根據所確定的參數，選擇合適的整流二極管和濾波電容。
4 電路設計步驟
電路設計思路想出后，考慮實際電路具體設計步驟，完整的設計步驟是整個電路的核心部分，因此在設計過程中實際設計步驟顯得尤為重要，具體步驟為以下幾步：
4.1 電路圖設計方法
電路圖設計使用PCB制圖軟件制作
4.2 電路原理圖的設計
電路原理設計使用Protel2000制圖軟件設計電路原理圖如圖2。
4.3 直流穩壓電源實物設計
如圖3所示安裝直流穩壓電源電路的前半部分整流濾波電路，然后從穩壓器的輸入端加入直流電壓UI？燮12V，調節RW，如果輸出電壓也跟著發生變化，說明穩壓電路工作正常。用萬用表測量整流二極管的正、反向電阻，正確判斷出二極管的極性后，先在變壓器的二次測線圈接上額定電流為1A的保險絲，然后安裝整流濾波電路。安裝時要注意，二極管和電解電容的極性不能接反。經檢查無誤后，才將電源變壓器與整流濾波電路連接，通電后，用示波器或萬用表檢查整流后輸出電壓UI的極性，若UI的極性為正，則說明整流電路連接正確，然后斷開電源，將整流濾波電路與穩壓電路連接起來。然后接通電源，調節RW的值，如果輸出電壓滿足設計指標，說明穩壓電源中各級電路都能正常工作。
5 電路設計總結
通過論述直流穩壓電源電路的設計過程，強化了本人所教學科《電子技術基礎》中模擬電路部分知識和《電子電路的安裝與調試》實驗部分知識。所設計的直流穩壓電源電路，廣泛運用于生活中，例如手機的充電電源、冰箱的穩壓電源等。同時，也通過查閱參考書，網上資料等拓寬了自己專業方面的知識面。論述過程中，通過邊教學邊調研邊實踐的方式使本人對直流穩壓電源電路設計過程有了一些新的認識，特別是強化了自己的教學能力，增強了所教專業學生掌握理論知識的能力，提高了其動手操作的能力。通過一段時間的教學效果來看，我所教授專業的學生對學院的此種教學改革適應快，容易接受，對教師所設計的教學模塊感興趣，并且激發了繼續探究這一教學模塊的動力，這也充分證明了學院提出的此種教學改革是可行的。
參考文獻
[1]郭S.電子技術基礎（第四版）[M].北京：中國勞動社會保障出版社.
[2]王建.維修電工技能訓練（第四版）[M].北京：中國勞動社會保障出版社.
直流穩壓電源范文2
【關鍵詞】GPS-3303C；穩壓電源；故障維修
1 設備介紹
直流穩壓電源型號：固緯電子有限公司GPS-3303C。
主要的技術指標：二路獨立輸出0～30V連續可調，最大電流為 3A；二路串聯輸出時，最大電壓為60V，最大電流為3A；二路并聯輸出時，最大電壓為30V，最大電流為6A。另一路為固定輸出電壓5V，最大電流為3A的直流電源。該直流電源主要用于基礎實驗教學。
2 穩壓電源工作原理
GPS-3303C由取樣電路，比較放大、控制電路、調整電路、輔助電源電路、基準電壓、保護電路和電源整流濾波電路組成。
當輸出電路由于電源電壓或負載電流變化引起變動時，變動信號將經取樣電路與基準電壓進行比較，所得信號經比較放大后，由控制電路控制可控硅，使調整電路輸出電壓為額定值[2]。整流濾波電路采用全波整流電路，產生的直流脈動信號送至可控硅，由輔助電源電路產生的脈沖信號作為可控硅的控制信號，脈沖信號的占空比由比較放大電路產生的誤差信號控制。
穩壓電源GPS-3303C如圖1所示，一路包括整流器、濾波器以及提供參考電壓的偏壓電源；另一路包含了一個主整流器、一個主濾波器、一個串聯調節器、一個電流比較器、一個電壓比較器、一個參考電壓放大器、一個遙控裝置和一個繼電器控制的主調節電路。
交流輸入變壓后，由整流器D1021-D1024進行整流，再經電容 C103，C104濾波，同時提供給調節器U101、U108一個偏壓電壓，從而使調節器U101、U108為電路提供調節電壓。
主整流器是一個全波橋式整流器，整流后信號經電容C1021濾波，再經一串聯調節器調整后，送到輸出端。U105是一個限流器，當電流超過額定范圍，U105會減小電流。U102提供給U103和U105一個參考電壓，U103是一個反相放大器，而U104是一個比較放大器，將參考電壓和反饋電壓作比較后，送到Q103和Q104以校正輸出電壓。Q113在發生超載現象時控制Q103的電流大小以限制輸出電流。繼電器控制串聯調節電路的功率消耗。
3 電源故障分析及維修
結合理論，以下針對筆者遇到的三例故障加以分析：
3.1 故障一
現象是輸入220V交流電，打開儀器電源開關，扭動電壓調整旋鈕，輸出電壓顯示始終為零。
分析：從現象判斷，該電源沒有電壓輸出。該電源具有過流和短路保護，在電源背部有一保險管插口。所以，首先想到檢查該電源的保險管。我們取下保險管，用萬用表測量其電阻，電阻過大證實保險管被燒壞。
故障處理：找到T4A 250V的保險管換上，通電試機，電源正常，并進行加載實驗，電源穩定。
3.2 故障二
現象同故障一。換上T4A 250V保險管后，現象沒有變化。
分析：說明該電源不僅燒毀了保險管，還損壞了其他元件。我們主要考慮變壓器、整流濾波部分和調整元件是否工作正常，變壓器將高壓變為穩壓電源所要求的低壓，容易出現情況為變壓器線包短路、斷路、鐵芯的霉斷和擊穿；整流濾波部分的主要作用是將低電壓的交流經整流變為波動較大的直流，再經電容等濾波電路將波動較大的直流變為較平穩直流。若整流管損壞，濾波電容擊穿、短路，一般故障現象為無輸出電壓；調整元件主要是依據比較放大的反饋信號和保護元件的信號進行自動調節，以保證輸出電壓的穩定和自身的安全。若調整元件出現故障，輸出電壓將發生變化，也可能會導致無電壓輸出。
故障處理：利用排除法對照電路方框圖可以確定以上可能性的位置。打開電源機箱，首先測量變壓器輸出，輸出正常；再考慮到濾波電解電容的使用年限一般為三至五年，特別是高頻濾波電容，容易產生高頻濾波失效，即普通方法測試正常，而實際工作中失效[1]，更換高頻濾波電容后現象無變化；我們用萬用表檢測可控硅輸入電壓為36.2V，輸出電壓為42.1V，調整管輸入電壓為12.2V，輸出電壓為0V。由此判斷調整管被燒毀，斷路。更換調整管后，通電試機，電源正常，進行加載實驗，電源穩定。
3.3 故障三
現象是輸入220V交流電，打開電源開關，電壓輸出顯示至過大，過壓保護，之后保險管被燒壞，調節電壓旋鈕，輸出顯示沒有變化。
分析：輔助電源電路提供的基準電壓作為比較放大的比較基準，它的精準與否會直接影響反饋信號，進而影響輸出電壓的大小，故障現象常為輸出電壓過大或過?。蝗与娐穼⑤敵鲭妷旱拇笮∵M行取樣供比較放大電路使用。取樣的大小影響穩壓電源電壓輸出的變化，易出現故障現象為電壓偏大或偏??；如果調整元件出現故障，同樣輸出電壓將發生變化，也會出現過大過小。
故障處理：由于電壓超過量程范圍，我們初步判斷是輔助電源出現了問題，利用萬用表測得穩壓管三端的電壓分別為25.6V、28.2V、15.8V，說明輔助電源沒有問題。用萬用表測量電位器是否開路造成不能調節，經檢測沒有開路。之后我們從可控硅著手，測得可控硅輸入電壓為41.4V，輸出電壓為48V，緊接著檢測調整管輸入電壓為48V，輸出電壓還是48V。發現調整管的輸出電壓與輸入電壓一樣，并且都等于可控硅的輸出電壓。此時我們判斷調整管被擊穿，形成了通路。更換新的調整管，通電試機，電源穩定。
4 維修中應注意的問題
維修過程中不但元件的好壞和元件的工作情況會決定維修成敗，同樣維修的環境、方法也是非常重要的。所以我們應注意以下幾點：
4.1 儀器的拆裝需在防靜電的工作環境中進行
4.2 注意利用導電工作區釋放靜電
4.3 可佩戴導電腕帶釋放積存的靜電
4.4 盡量減少用手直接接觸器件
4.5 將用于替換的器件存放在防靜電的包裝內
4.6 使塑料、泡沫、紙張等易產生靜電的物品遠離工作區
4.7 需使用防靜電吸錫器
5 結束語
從以上案例可以看出直流穩壓電源常見故障多為：保險絲熔斷、調整管損壞、整流二極管損壞、濾波電容開路或擊穿以及電源自保護等原因。平時多注意積累經驗，簡單電源故障是可以自己檢修的。
【參考文獻】
直流穩壓電源范文3
提出了一種直流穩壓電源及其輸出功率測量系統，系統以單片機為核心，采用DC-DC直流變壓電路進行電壓轉換，使用單片機及其集成的A/D轉換器完成功率測量及顯示功能，同時在功率測量中使用了專用的集成檢流放大器。通過對試驗板進行測試與分析，證明系統主要技術指標符合設計要求，具有一定的實用價值。
【關鍵詞】直流穩壓電源 功率 檢流放大器 單片機
直流穩壓電源及其輸出功率測量系統在生產、生活中被廣泛使用，其中5V直流穩壓電源普遍應用于各類數碼設備充電、小型儀器儀表供電等，因此一種性能優良，運行穩定的5V直流電源具有很高的實用價值。這里以2013年全國大學生電子設計競賽L題“直流穩壓電源”所列基本要求為基礎，設計了一種5V直流穩壓電源及其輸出功率測量系統，系統能夠提供最大1A的電流，適用于各種不同的應用場合。
1 總體設計
系統以單片機為核心，采用DC-DC直流變壓芯片進行電壓轉換，將輸入的直流電壓轉換成5V，并使用采樣電阻與AD轉換器完成功率測量，采用液晶屏顯示系統相關信息。系統結構框圖如圖1所示。這里單片機采用的是宏晶科技生產的STC15F2K60S2，該單片機是一款高速、低功耗的8051改進型單片機，內部集成高精度時鐘及復位電路，可以省去外部時鐘與復位電路，更重要的是該單片機內部集成了一個8路高速10位A/D轉換器，在本系統中用于功率測量。
系統設計主要技術指標如下：
負載電阻為5Ω時，當直流輸入電壓在7～25 V變化時，要求輸出電壓為5±0.05V，電壓調整率≤1%；
直流輸入電壓固定在7V，當直流穩壓電源輸出電流由1A減小到0.01A時，要求負載調整率≤1%；
功率測量與顯示電路能實時顯示穩壓電源的輸出功率。
2 直流變壓部分設計
這里直流變壓芯片采用的是LM2596。LM2596系列是美國國家半導體公司生產的3A電流輸出降壓開關型集成穩壓芯片，它內含固定頻率振蕩器（150KHZ）和基準穩壓器（1.23v），并具有完善的保護電路、電流限制、熱關斷電路等。該芯片電路簡單，只需要4個元器件就可以完成基本電路的搭建，直流變壓部分原理圖如圖2所示。
根據芯片手冊與系統所要求的技術指標，硬件各部分元器件參數取值如下：C1為680?F電解電容，C2為470?F電解電容，D1為肖特基二極管SK54，L1為33mH電感。
該部分電路結構雖然簡單，但由于模擬電路受電路板步線及元器件特性影響較大，故在設計時應注意以下一些問題：由于開關電流與環線電感密切相關，這種環線電感所產生的暫態電壓往往會引起許多問題，要使這種感應最小、地線形成回路，這里D1與LM2596引腳2，C2與L1，C1與LM2596之間的連線在PCB 板上要印制得寬一點，且要盡可能地短，并且C1、C2、D1、L1 這4個元器件要盡可能地靠近LM2596。
3 功率測量電路設計
這里采用MAX4070完成系統對輸出功率的測試，MAX4070是MAXIM公司出品的一款低價的雙向、高側、電流檢測放大器，性能優良，適用范圍廣，該芯片共模輸入電壓可高達24V，且與電源電壓無關，供電電流低于100?A （關斷狀態電流降至10?A），總的輸出誤差小于1.5%。為了增加設計的靈活性，芯片需要外接一個確定阻值的檢流電阻，并且還可通過一個引腳選擇芯片的增益為50V/V或100V/V。芯片通過單一輸出引腳輸出與電流成正比關系的電壓信號，便可連續監視電流變化。這里由于輸出電壓是確定的，只要對輸出電流進行測量便能實現功率測量。功率測量部分的原理圖如圖3所示。
4 性能測試與分析
5 結論
這里提出了一種直流穩壓電源及其輸出功率測量系統，并給出了具體的設計，按照設計制作了實物并進行了性能測試，通過測試與分析，證明系統主要技術指標符合設計要求，具有一定的實用價值。
參考文獻
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直流穩壓電源范文4
關鍵詞：直流穩壓電源，現代信息技術，教學設計。
中圖分類號：TM44-4 文獻標識碼：A DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2013.07.061
本文著錄格式：[1]鄧果.基于現代信息技術的直流穩壓電源教學設計[J].軟件，2313，34（7）：161-162
0 引言
直流穩壓電源是模擬電子技術的重點部分，包含整流電路、濾波電路和穩壓電路，僅僅講解電路工作原理，學生難以理解和掌握[1-2]。為此，借助現代信息技術，通過信息化資源如多媒體課件、動畫、視頻等進行引導，借助multisim軟件進行仿真，整個教學過程突出以“學生為主體，教師為主導”的教學形式，體現“做中教，做中學”，取得了較好的教學效果[3]。
1 教學目標
根據人才培養方案和新教育理念的要求，從知識、技能和素養三個方面，確定教學目標為：
1.1知識目標
①理解直流穩壓電源的工作原理；②會合理選擇元器件，繪制電路圖。
1.2技能目標
①掌握基于multisim的仿真方法；②掌握自主探究的學習方法。
1.3職業素養
①培養學生養成良好的職業習慣；②提高團隊合作、交流協作的能力。
2 教學資源和教學方法
借助世界大學城平臺，將教師的教學課件、多媒體動畫、Multisim仿真軟件、教案、項目任務書等都整合到教師個人空間，構建開發式的教學平臺，使學生能在線預習和復習。在教學中，采用項目教學法，將教學項目貫穿整個教學過程，通過原理分析、仿真實訓，激發學生學習的興趣，培養和提高學生學習電子技術理論和時間操作技能[4]。
3 教學設計
本次教學設計以“直流穩壓電源”任務為驅動，通過構建網絡教學平臺，采用multisim軟件進行仿真實訓，以學生自主學習為主，實現做中教，做中學。引導學生自主學習，把教學課件、表格化教案、教學視頻、教學大綱、習題庫、實訓指導書和教材整合到世界大學城教學平臺，利用網絡實現師生互動和在線測試。以項目教學理念為指導，把三課時的教學活動設計為六個教學環節。
首先，創設情境，本環節用時10分鐘。為了激發學生學習興趣，為學生創設幾個直流穩壓電源的應用情景，例如展示手機充電器情境動畫，通過提出問題“手機充電器是如何把220v的市電轉換成電子電路所需的直流電呢？”從而進入該項目內容。
接下來下達任務書，用時5分鐘。通過世界大學城空間給學生分發任務書，并提供豐富的教學資源，讓學生通過閱讀任務書，了解項目內容。
然后進入原理分析階段，用時40分鐘。由于這部分內容概念抽象、難分析、難演示，將其設置為教學重點。為了提高教學效果，采用教師講解和學生分組討論相結合的教學方式。首先教師講解電路構成及原理分析方法。為提高學生的學習興趣，制作了相應的演示動畫，該動畫形象地為學生展示了電路中元器件實物圖和符號、各部分的工作原理，比如橋式整流部分，當輸入正弦波的正半周波形時，二極管D1和D3導通，當輸入負半周波形時，二極管D2和D4導通，從而實現全波整流，把正弦交流電轉換成脈動直流電。以及測試過程，把原理圖繪制好之后，首先用示波器查看經過變壓器的電壓波形，然后給電路添加濾波電容和整流二極管，再查看波形。為了讓學生更好的理解濾波原理，制作了電容濾波過程的演示動畫。然后引導學生分組討論，實現師生互動，生生互動。從而突出教學重點。
讓學生理解電路工作原理之后，引導學生進入multisim軟件仿真環境，提供學生一人一機的實訓條件。Multisim軟件是IIT公司推出的能提供全面集成化的設計環境，完成從原理圖設計輸入、電路仿真分析、電路功能測試的一款電路分析軟件。當改變電路連接成原件參數時，可以通過Multisim界面觀察到各種變化對電路性能的影響。
首先根據原理圖選擇元器件，適當布局之后開始接線，為了提高學生的接線速度，提供了multisim軟件的操作演示視頻，繪制好原理圖后，接入雙路示波器， A通道接輸入端，B通道分別接入整流端、濾波端、穩壓端，點擊仿真按鈕進行仿真，適當調節示波器參數，查看輸入、輸出波形，還可以通過調節元件參數，得到不同幅值的電壓。整個教學過程教師巡回指導，適時給予幫助，注重培養學生自主探究、網絡檢索能力。
此外設計一個拓展應用環節，用時10分鐘。以樓宇對講系統電源的應用作為提高拓展任務，培養學生的實踐應用能力。
最后是任務評價，本環節用時10分鐘。首先學生在線做10個選擇題，檢驗對理論知識的掌握程度。整個任務考核由仿真實訓，在線測試和課堂表現三部分組成，結合主觀和客觀成果，綜合評價。評價結果不合格的同學可繼續學習完成任務。
4 教學反思
本次教學設計由直流穩壓電源的原理及應用這一項目為導向，分成六個環節組織教學。利用網絡教學平臺、仿真實訓軟件和在線測試平臺，把枯燥的電子技術理論學習變成生動的仿真實驗，將抽象的理論知識形象化，實現學生的自主學習、仿真實訓和交流協作。豐富了交流手段，拓展了教學空間。但也感覺到，在信息化教學的實施過程中存在一定的程度，將學生分組學習中，學生的團隊協作有待加強，在今后的教學中，要繼續加強網絡教學平臺和虛擬實驗室的建設，注重培養學生的職業素養，提高學生的自學能力和創新能力。
參考文獻
[1]李紅妹.“教學做”一體化的直流穩壓電源教學研究[J].職業教育研究，2012（8）：87-88
[2]黃華飛，王紅梅.Multisim9在直流穩壓電源教學中的應用[J].廣西輕工業，2008，（6）：75-76
直流穩壓電源范文5
關鍵詞:電渦流測功機;直流線性穩壓;二級電壓控制;模擬故障
中圖分類號:TP274文獻標識碼:B
文章編號:1004-373X(2009)10-189-04
New Type of High-power Linear DC Voltage-stabilized Power
Source in Eddy Current Dynamometer
ZHANG Xukai,ZHANG Wenming,ZHOU Haiyong
(Shanghai Internal Combustion Engine Research Institute,Shanghai,200438,China)
Abstract:A new type of power source used for excitation voltage control in eddy current dynamometer in designed.Based on the SCR rectification circuit and analog technology,using the fully three phase position controlled bridge of SCR and power MOSFET regulation to output linear DC voltage.Over-load protection circuit,open-phase protection circuit and thermal-shutdown circuit are designed for equipment reliability.Experimental results show that the equipment can output linear DC voltage and the voltage stablilty fulfil the needs of eddy dynamometer.The equipment also can quickly shutdown when at fault status such as over-loads,open-phase and overheat.The power source designed by the fully three phase position controlled bridge of SCR and power Mosfet regulation can fulfil the needs of voltage of eddy dynamometer.
Keywords:eddy dynamometer;DC linear voltagecd
stabilized;secondary voltage control;analog fault
測功機是發動機臺架檢測系統中重要的組成部分,用于測量發動機的有效功率。對測功機來講,為了滿足發動機所有轉速和負荷范圍內都保持穩定運轉工況,并且可以平順且精細地調節負荷,需要一個穩定的加載器來滿足發動機實驗的要求,需要對加載器提供穩定且可線性變化的電源。在電渦流測功機中,需要對勵磁電機提供的直流電源進行驅動,以完成發動機臺架檢測。
由于電渦流測功機勵磁電機要求磁場恒定,故要求電源提供的負載電壓恒定不變,而且磁場一般都是穩定的,還要求有較好的電壓穩定度,即要求即使輸入電壓發生一定變化時,輸出電壓應保持不變。
為了達到平順調節負荷的目的,輸出電壓應有適當的線性調節范圍,并且還要有一定的保護措施。根據設計需要,該電源輸出電壓的變化范圍為0～180 V,要求最大負載功率為5.4 kW,輸出電壓穩定度應優于1%。
1 工作原理
由于要求的電壓調節范圍較寬,要求的功率較大,目前電渦流測功機勵磁加載電源采用較多的方法是可控整流器,在此通過控制晶閘管的導通角進行調壓。其工作原理是對晶閘管的控制極進行控制,通過改變晶閘管的導通角,可以在輸出端獲得平均值和有效值都隨導通角變化而變化的直流脈動電壓。采用該原理設計的電源可以達到很高的輸出功率,但是電壓穩定性差,而且控制呈顯著的非線性,不適合電渦流測功機對電壓的要求。因此,該電源采用晶閘管三相橋式移相控制和功率MOSFET調整兩個控制環聯合控制的方法,使輸出電壓可以滿足大功率、高穩定度和可寬范圍線性調節的要求。
1.1 系統方框圖
由于該電源要求功率較大,并且對電壓穩定度也有較高的要求,所以采用如圖1所示的電源方框圖。
1.2 可控整流原理
如圖2所示,通過控制晶閘管的導通角,可以在整流電路輸出端獲得隨控制電壓變化的電壓。
可控整流電路是指在輸入交流電壓的波形和幅值一定時,輸出電壓的平均值可以通過調節晶閘管的導通角進行調節。采用可控整流電路可以提高變壓器的初、次級利用率,具有較大的功率因數和較小的脈動率,因此選作為主回路。
由于采用整流濾波電路以及穩壓電路構成兩級控制環。因此選擇對整流濾波電路要考慮兩點:考慮調整管的工作狀態,確保調整管能工作在線性放大區;考慮交流電網波動的影響。交流電網的波動會反映到整流濾波電路的輸出電壓上。按照國家有關規定,在沒有特定說明的情況下,一般按變化±10%來考慮。這就要求當電網電壓變化±10%時,調整管要處于線性放大區,從而使穩壓電路能保持正常工作。在該電源設計中,由于負載容量較大,使用單相電源會造成三相電網的不平衡,影響電網中其他設備的正常工作,所以采用的是三相橋式全控整流調節方式。三相可控整流的脈動頻率比單相高,紋波因數顯著低于單相。三相全控橋式整流電路電路可以在負載上得到比三相半控橋式整流電路更為均勻的波形。
采用市場上常見的三相整流功率模塊,集成了晶閘管三相橋式整流電路以及觸發電路,通過對模塊的輸入電壓進行控制,即可完成整流與調相功能。通過在功率模塊輸入端連接三相隔離變壓器,將輸出電路與交流輸入隔離。隔離變壓器具有電壓變換功能及有源濾波抗干擾功能。隔離變壓器在交流電源輸入端的特點為: 若電網三次諧波和干擾信號比較嚴重,采用隔離變壓器,可以去掉三次諧波和減少干擾信號;
采用隔離變壓器可以產生新的中性線,避免由于電網中性線不良造成設備運行不正常;非線性負載引起的電流波形畸變(如三次諧波)可以隔離而不污染電網。
隔離變壓器在交流電源輸出端的特點為:防止非線性負載的電流畸變影響到交流電源的正常工作及對電網產生污染,起到凈化電網的作用;在隔離變壓器輸入端采樣,使得非線性負載電流的畸變不影響取樣的準確性,得到能反應實際情況的控制信號。
對于小功率或者中等功率的使用場合,可以采用單相橋式半控的方法作為其整流主回路。電路組成可以選擇晶閘管模塊作為主回路,使用KC04芯片作為晶閘管模塊的移相觸發電路。通過調節KC04的控制電壓控制晶閘管的導通角,從而得到隨控制電壓變化的直流脈動電壓。
1.3 串聯反饋晶體管電路
可控整流輸出的電壓經電容整形濾波后的電壓仍然具有較大的紋波,波動很大,而且很容易受電網電壓的影響,并且單純控制晶閘管的導通角得到的輸出電壓呈明顯的脈動和非線性。這就要求系統在可控整流電壓輸出端添加串聯反饋調整電路,使輸出電壓達到設計要求。其穩壓原理是調整元件的動態電阻,它是隨輸出電壓的變化而自動變化的。當負載電阻變小使輸出電壓降低時,調整元件的動態電阻便會自動變小,從而使調整元間兩端的壓降降低,確保輸出電壓趨近原來的數值。串聯反饋調整電路的框圖如圖3所示,包括調整管、取樣電路、基準電壓源和比較放大器等部分。輸入電壓經過調整元件調節后,變成穩定的輸出電壓,取樣電路與基準電壓相比較,并把比較后的誤差信號送入放大器,增強反饋控制效果。采用串聯反饋調整型穩壓電路,輸出電壓范圍不受調整元件本身耐壓的限制,而且各項技術指標均可以做得很高。但是過載能力差,瞬時過載會使調整元件損壞,需要添加過載保護電路。
1.4 調整元件控制電路設計
在該電源系統中,采用大功率MOSFET作為調整元器件,與三相橋式移向控制一起組成輸出電壓控制環。
1.4.1 三相調壓模塊的控制
由于采用三相調壓模塊,所以只需對調壓模塊進行控制,即可完成整流輸出功能。盡管三相模塊中控制電壓與晶閘管的導通角呈線性關系,如圖2所示,晶閘管的輸出電壓與晶閘管導通角的變化卻呈非線性關系;同時,為了保證電源功率輸出調整管集-射級之間的電壓差基本穩定,便于控制功耗,提高電源安全性,需要使電源功率調整管的輸入電壓基本呈線性變化。這里采用對控制電壓進行非線性處理后,再輸入到三相整流模塊控制端的方法?？刂戚斎腚妷航涍^二極管后作用到運算放大器,利用二極管的非線性特性與三相模塊的非線性進行匹配,基本上可以使計算機輸出的控制電壓與晶閘管整流輸出的電壓呈現線性比例關系。電壓輸入/輸出特性如圖4所示,線路如圖5所示。
1.4.2 功率MOSFET的控制
該電源選用功率MOSFET作為調整元件,為電壓控制型器件,在驅動大電流時無需驅動級,具有高輸入阻抗,工作頻率寬,開關速度高以及優良的線性區。為了保證電源的可靠性與安全性,需要將強電控制部分與弱電控制部分進行隔離。在此采用光電耦合器完成地的隔離,具體過程如圖6所示。
MOSFET的控制電壓由計算機提供,經過F/V變換器、光電耦合器、V/F變換器變換后與取樣電路取來的電壓信號同時作用在比較放大器的輸入端,通過與基準電壓進行比較,比較放大器將輸出相應的電壓去控制MOSFET,以穩定輸出電壓。由于負載電流較大,因此MOSFET需采用并聯連接方式,增加輸出電流,確保在大電流情況下電源的正常工作。并聯運用時,各管的參數盡量一致,可以在發射極串聯均流電阻,利用負反饋減小電流分配的不均勻。電路如圖7所示。
2 監控管理設計
2.1 電源保護電路
由于采用串聯反饋型穩壓電路作為電壓控制環,因此在測功機發生短路或者過載時會有很大的電流流過調整管MOSFET,并且所有輸入電壓幾乎都加在調整管的集-射級之間,很容易將其燒壞,因此添加保護電路是必需的。常用的過電流保護電路有限流型、截止型和減流型。這里采用晶體管截止型保護電路,其原理是當負載電流達到限流值,過電流保護電路使穩壓電源進人截止狀態,并不再恢復,使穩壓電源與負載得到有效的保護。其優點是:這時的電源調整管功耗為零,最大缺點是:屬沖擊性負載時,容易誤動作,使穩壓電源進人過流保護
狀態,且一旦進入過電流保護狀態后,即使過電流狀態解除,也不能自動復位。具體線路如圖8所示,當電流超過額定負載時,采樣電阻R4兩端電壓上升,使晶閘管SCR導通,晶體管NPN1導通,NPN2截止,這時MOSFET的柵級輸入電壓(即R3處的電壓)被強制拉底,使MOSFET輸出為零;同時,串聯在過載保護線路中的光耦導通,使三相功率整流模塊的控制信號輸入端接地,串聯反饋穩壓線路的輸入電壓為零,起到保護元件的作用。
由于電網自身原因或者電源輸入接線不可靠,電源有可能會運行在缺相的情況下,而且掉相運行不易被發現。當電源缺相運行時,整流橋上的電流會不平衡,容易造成損毀,因此必須加入缺相保護電路,以進行缺相保護。電路原理圖如圖9所示,當ABC三相有一相發生缺相時,其對應的電源指示燈熄滅,缺相指示燈亮起,并且通過光耦輸出信號到繼電器驅動,此時繼電器吸合,將三相功率模塊的控制輸入與地短接,使可控整流輸出為零,起到保護電源的作用。
2.3 過熱保護
在電源處于長時間大電流工作狀態或者工作環境比較惡劣時,電源的內部溫度很高,會影響電源的可靠性。有資料表明,電子元器件溫度每升高2 ℃,可靠性下降10%,這就意味著溫度升高50 ℃時的工作壽命只有溫度升高25 ℃時的1/6。因此,為了避免功率器件過熱損壞,必須對電源的溫度進行控制。通過控制MOSFET的管壓降可以控制MOSFET上的功率,從而減少發熱量,降低溫度的升高。
在電路設計中增加一個光電耦合器反饋可以完成這個目的,當MOSFET兩端管壓降過高時,光耦導通,光耦輸出信號反饋至三相調壓模塊的控制輸入,使其輸出的控制電壓降低,從而降低MOSFET兩端的管壓降,在保證電源正常工作的前提下,使MOSFET的功率保持在額定范圍以內。
當使用環境較為惡劣或者出現電路故障時,即使對MOSFET兩端電壓進行控制,MOSFET的管芯也可達到很高的溫度,這就需要對MOSFET進行散熱處理,并在MOSFET附近安裝溫度繼電器;當溫度高于溫度繼電器的額定值時,溫度繼電器導通,通過一個光耦將導通信號傳遞到三相功率模塊的輸入端,使其輸入為零,從而使電源功率調整管的輸入電壓為零,起到保護調整元件的作用。當溫度回到正常時,電路可自動恢復工作。
各種保護電路與主回路的關系如圖10所示。
3 結 語
經連續負載試驗,該設備各項指標均達到技術要求。經過不斷的完善和改進,使其性能穩定,工作可靠。采用晶閘管三相橋式移相控制和功率MOSFET調整兩個控制環聯合控制,可以有效提高電源的穩定度,降低電源的紋波;采用三相隔離變壓器接入電網,可以提高電源的安全性,降低對電網功率的要求;采用集成三相功率調壓模塊,減少了電路的復雜程度;通過添加各種保護電路,在設備出現不正常運轉時,及時切斷三相輸入,保護元件不受到損壞。由于采用截止型保護電路,電源不能自動復位,所以在環境條件允許的情況下,可以采用開關型過電流保護,解決了限流型的高功率損耗,減流型的鎖定效應和截止型的手動復位等問題。該電源主要用于需要大功率線性調壓的場合,也可用作大功率高穩定度線性穩壓電源使用。
參考文獻
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直流穩壓電源范文6
關鍵詞：創新教育環境氛圍內容評價
如何在教學過程中實施創新教育，是每個職業教育工作者需要積極思考和亟待解決的課題。中職階段是學生思維能力與思維品質形成的關鍵時期，如何在貫徹素質教育中培養學生的創新意識、創新思維和創新能力就顯得尤為重要。
在電子課堂中加入實習知識，能夠更好地實行創新教育，有利于激發學生的創新意識，磨煉創新品質，培養創新能力，更有利于學生練就在今后的工作和生活中解決新問題，創造新生活的能力。
一、激發新的知識運用模式的價值
筆者認為，在電子專業中加入實習的知識更加能夠為探尋有利于激發創新思維的實習模式做準備，因為趨勢是肯定的，那么其發展的軌跡就尤為重要。
學?？梢灾ε囵B學生團隊意識，就要注重引導學生組建“家電維修小組”、“電子小制作興趣小組”、“電子設計與制作競賽活動”，等等，讓學生在這些豐富多彩的集體活動中，自行組織、分工協作、自主自覺地去完成指定項目。由于學生有很大的自由度和自，各小組成員就發揮自己的長處，各顯神通，思維很活躍，興致也很濃。這樣，學生的創新思維不僅得到了發展，團隊精神、合作意識也得到了培養。而且實訓過程中，可以通過各種各樣的手段來進行學習的彌補，可以說結合了很多有利的元素，使得學生的知識更加牢固。
二、重視興趣的重要性，在實習中因材施教
注重實習內容的漸進性和拓展性：由于職校學生的基礎差，思想惰性大。要想學生一下子形成良好的創新思維和能力是不現實的。電子專業的實習項目往往包括多個內容。像一個電路往往由多個功能電路組成，若單純讓學生照著去做，學生弄不清電路結構，出現故障時無從下手，往往是畏難而退，反而產生消極作用，所以實習應該循序漸進，一個一個模塊進行。譬如，在組裝聲光控開關時，可以先組裝電源，在電源檢測正常之后，再進行聲控電路實習，然后再進行光控電路實習；這樣環環把關，循序漸進，有利于讓學生形成良好的思維習慣。組裝完后，引導學生分析如何調整光控和聲控靈敏度，還可以將電路再擴展衍生新的電路。這樣避免了拔苗助長的惡果，而是讓學生一步一個臺階在分階段實習中獲取知識和培養良好的思維和創新能力。
三、建立實習實訓過程中的平臺教育過程
教師可以根據任務教學法的一些新思路為實訓打造新的平臺和手段。
根據課本上的相關知識結合課外查找的相關資料，各小組同學將直流穩壓電源的分類及作用展開討論，并進行歸類。
要求：能夠與實際相結合，列舉出不同種類的直流穩壓電源有不同的應用。
對直流穩壓電源的構成及各部分的作用、工作原理；串聯型晶體管穩壓電路的組成、工作原理及輸出電壓的計算各小組成員之間要會根據教材中的分析結合網上的多媒體課件來合作學習、研究探討。
細分五部分：
1.低壓電器的作用
2.整流電路的作用、分類、原理、計算
3.濾波電路的作用、分類、原理、計算
4.穩壓電路的作用、分類、原理、計算
5.典型故障分析
查找直流穩壓電源的實例，思考如何去市場上選購材料，去實驗室動手制作。小組之間研究如何調試：
1.可通過電子制作指導書或者上網站去搜索，確定要做的直流穩壓電源。
2.列好元器件清單，備齊材料和工具。
3.去實驗室小組成員制作調試。
四、寫好本次課題的總結報告
[資料]
1.書本材料：《電子技術基礎》《電子電工技能基礎》《電子電路實訓》。
2.省略/info/185-1.htm>
Design/ebook-linear-power-circuits.htm
3.元器件獲得：學校實驗室庫存
[評價]
題目一：對于直流穩壓電源電路：
1.整流電路有哪幾種？
2.直流穩壓電源電路是如何分類的？
題目二：制作串聯型穩壓電源，并填寫好報告。
五、結束語
通過本課題的學習，希望同學們對直流穩壓電源有一個深刻的認識。通過資料的查找和教材的學習，同學們不難知道直流穩壓電源的作用和分類，對于其構成部分的原理，部分同學學習起來可能存在一定難度，但是只要我們用心去探討學習，有問題多思考，多查找資料，利用一切可利用的資源，同學們就會比較好地掌握該部分理論知識。作為職業類的學生也更要注重將知識應用于實踐，為此同學們在動手制作直流穩壓電源時要學會處理好將理論應用到實踐的矛盾，遇到問題時要小組成員之間互相協作，探討問題的解決方法，這將對我們繼續學習打下良好的基礎。
參考文獻：
［1］郅庭瑾.教會學生思維.教育科學出版社，2004.172.
