直流稳压电源设计方案精选(九篇)

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第1篇：直流稳压电源设计方案范文

关键词：连续可调；直流电源电路；软启动；电压补偿；LM317

中图分类号：TN710

文献标识码：B

文章编号：1004―373X(2008)04―012―03

1 引 言

电子电路要正常工作，电源必不可少，并且电源性能对电路、电子仪器和电子设备的使用寿命、使用性能等影响很大，尤其在带有感性负载的电路和设备(如电机)中，对电源的性能要求更高。在很多应用直流电机的场合中，要求为电机驱动电路提供1个其输出能从0 V开始连续可调(0～24 v)的直流电源，并且要求电源有保护功能。实际上就是要求设计一个具有足够调压范围和带负载能力的直流稳压电源电路。该电路的设计关键在于稳压电路的设计，其要求是输出电压从0 V开始连续可调；所选器件和电路必须达到在较宽范围内输出电压可调；输出电压应能够适应所带负载的启动性能。此外，电路还必须简单可靠，能够输出足够大的电流。

2　电路的设计

符合上述要求的电源电路的设计方法有很多种，比较简单的有3种：

(1)晶体管串联式直流稳压电路。电路框图如图1所示，该电路中，输出电压Uo经取样电路取样后得到取样电压，取样电压与基准电压进行比较得到误差电压，该误差电压对调整管的工作状态进行调整，从而使输出电压发生变化，该变化与由于供电电压u1。发生变化引起的输出电压的变化正好相反，从而保证输出电压Uo为恒定值(稳压值)。因输出电压要求从0 V起实现连续可调，因此要在基准电压处设计辅助电源，用于控制输出电压能够从0 V开始调节。

单纯的串联式直流稳压电源电路很简单，但增加辅助电源后，电路比较复杂，由于都采用分立元件，电路的可靠性难以保证。

(2)采用三端集成稳压器电路。如图2所示，他采用输出电压可调且内部有过载保护的三端集成稳压器，输出电压调整范围较宽，设计一电压补偿电路可实现输出电压从0 V起连续可调，因要求电路具有很强的带负载能力，需设计一软启动电路以适应所带负载的启动性能。该电路所用器件较少，成本低且组装方便、可靠性高。

(3)用单片机制作的可调直流稳压电源。该电路采用可控硅作为第一级调压元件，用稳压电源芯片LM317，LM337作为第二级调压元件，通过AT89CS51单片机控制继电器改变电阻网络的阻值，从而改变调压元件的参数，并加上软启动电路，获得0～24 V，0.1 V步长，驱动能力可达1 A，同时可以显示电源电压值和输出电流值的大小。

正、负端压差控制电路的作用是减少LM317和LM337输入端和输出端的压差以降低LM317和LM337的功耗。稳压电路由三端稳压芯片LM317(负压用LM337)及器件组成，输出电压控制电路采用继电器控制的电阻网络。电阻网络的每个电阻都需要精密匹配，电阻的精密程度直接影响输出电压的精度。电压电流采样电路由单片机控制实时对当前电压电流进行采样，以修正输出电压值。掉电前重要数据存储电路用以保存当前设置的电压值，可以方便用户在重新上电后不用设置，而且也不会因为电压值过高损坏用户设备。

该电源稳定性好、精度高，并且能够输出±24 V范围内的可调直流电压，且其性能优于传统的可调直流稳压电源，但是电路比较复杂，成本较高，使用于要求较高的场合。在实际中，如果对电路的要求不太高(这种情况较多)，多采用第二种设计方案。

3　实际电路的设计

电路采用三端集成稳压器电路方案，电路原理图如图4所示。其中IC为三端集成稳压器。晶体管T，阻R3和电容器C组成软启动电路。电阻R4和二极管D组成电压补偿电路。电容C2为输出滤波电容。

(1)三端集成稳压器LM317及其调压原理。图4中IC采用了LM317系列三端集成稳压器，其输出电压调节范围可达1.25～37 V，输出电流可达1.5 A，内部带有过

(3)软启动电路设计。软启动电路由晶体管T，电阻R3，R和电容器C组成。其作用是使电路输出电压U0有一个缓慢的上升过程，以适应感性负载(如直流电机)的启动特性。当输入电压U1接入时，因C上的电压不能突变，故T因基极电位较高而饱和导通，使U2(LM317的2脚电位)和U3都很低，故U0很小，随着C的充电，T的基极电位下降，其集电极电位(即U2)升高，使U3升高(因U32为一稳定电压)，所以U0也升高。当C充满电时，T被截止，启动电路失去作用，U0也达到设定值。启动的时间可以通过改变C和R的值进行调整。

(4)改进方案。由于该电路的输出电压的调整完全依赖电电位器R2的改变，因此R2的改变范围较大，这样在输出电压的调整过程中，容易调过头或调不足，要准确地实现0～24 V宽范围的电压任一电压有些调整比较麻烦，必须反复调整，只依赖R2是比较困难的，如果将电位器R2用一个电位器R′2和电阻R档串联实现，通过一个开关实现电阻R档的改变从而改变输出电压的范围，并在所选择的输出电压范围内通过改变电位器R′2的阻值得到所需要的准确的直流电压输出。电路如图6所示。

第2篇：直流稳压电源设计方案范文

所谓项目驱动教学法是一种建立在建构主义教学理论基础之上的教学法，学生综合素质和各种能力的提高都需要通过项目驱动教学模式来实现。该教学方法要求在教学过程中以项目为主线来展开，把相关的知识点融入到项目的各个环节中去，层层推进项目。通过对问题的深化或功能扩充，来拓宽知识的广度和深度，直至得到一个完整的项目解决方案，从而达到学习知识、培养能力的目的。项目驱动教学法属探究式教学法，老师根据学生已有的知识、水平、经验和兴趣，与学生共同拟定、实施一个项目来进行教学活动。在教学实施过程开始，教师引导学生选定“有意义”的项目，所谓“有意义”是指项目能够将课程中的理论知识融入到项目中并具有开放性;在项目实施过程中，老师在课堂教学中将融于项目的理论知识适当加以讲解，学生可以在项目实施过程中用理论指导实践，同时在实践过程中强化对理论知识的理解和掌握，两者有机结合，既能提高学生的兴趣，又可以在制定修改设计方案、分工协作中锻炼学生的自学能力、实践能力和创新能力，极大地发挥学生的主观能动性。在项目完成的基础上，可以引导学生对项目进行总结、交流和讨论，强化项目实施过程中学到的知识和技能，不但如此，可以引导学生在已实施项目上提出新问题、优化性能、扩充功能，进一步培养学生的钻研精神，挖掘学生的创造潜力。

二、项目驱动教学法在模拟电子技术课程中的应用

本文以直流稳压电源为例，介绍项目驱动法在模拟电子技术课程中的应用，该方法可以推广到该课程中的其它知识点，如功率放大电路、信号处理和信号产生电路等。

(一)项目的选择。项目的选择在项目驱动教学法中起着举足轻重的作用，项目选择要遵循以下原则:一是尽可能覆盖直流稳压电源涉及的所有知识点，如整流电路、滤波电路、稳压电路等，项目完成后学生能理解和掌握直流稳压电源所涉及所有理论知识，掌握运用这些理论知识的技能;二是项目要具有开放性，主要体现在项目的可拓展性，学生能够在已完成的项目上开展进一步的研究工作，包括性能的优化、功能的扩展等，如稳压电源转换效率的提高、稳压性能的提高等。在项目的实施过程中，学生可以充分发挥其主观能动性，增强团队协作能力，培养学生的钻研精神和协作精神。三是选择实际的工程项目，可以锻炼学生从事工程项目开发能力，毕业后无需岗前培训直接担任设计开发任务，从而拓宽学生毕业就业渠道。按照以上原则，选择直流稳压电源作为项目开展教学活动。在课程中的其它知识点，也可根据以上原则选择合适的项目，如在功率放大电路中选择扩音器作为项目、信号处理和信号产生中选择信号发生器作为项目等。

(二)项目的实施。项目驱动教学法中项目实施遵循层层推进的原则，按“搭积木”的方法，将项目分解成不同层次的小项目，每个小项目包含在不同知识点里，由不同的理论知识进行指导，由浅入深、由小到大，该章节课程结束时项目也就完成了。在整流滤波课程结束后，项目小组可以利用该章节所学的理论知识作为指导，讨论如何实现整流滤波环节，以整流电路为例，项目小组要确定选用单向半波、全波还是桥式整流或倍增整流，在确定了电路种类后要选择元件，确定元件必须具备的功能和性能，搭建电路后，要进行性能测试，测试的结果与理论计算值进行比较，分析产生差异的原因，寻找改进的措施。在整流电路设计完成后，进行滤波电路的选择和设计，讨论采用电容滤波还是电感滤波，各有什么优势，如果采用电容滤波，电容的取值应该多大、耐压性如何，纹波电压多大等，设计完成后进行测试，将测试结果与理论值比较并进行相应的处理。经过整流滤波后的电压值还不能够给精密度较高的电子设备供电，因此需要进一步稳压，这正是整流滤波后续课程内容，在这部分课程结束后，项目小组就可以讨论稳压电路方案，将所学的理论知识运用到实践中，确定采用串联反馈式稳压电路还是集成稳压器实现稳压，或设计两种方案并进行对比，方案确定后选择元器件搭建电路并进行测试，以此类推，在课程结束时完成项目。

(三)讨论和总结。项目完成后，各项目小组将项目过程中形成的设计方案、图纸、电路系统整理后，结合项目的心得体会撰写项目报告，在班级进行成果展示并汇报，其他小组成员可以对该组的项目展开讨论，如设计方案是否得当，元器件的选择是否合理，是否考虑了功能、性能和经济性要求等，项目小组可根据其他同学的建议对项目进行改进和优化。

(四)项目的拓展。项目的基本功能实现后，学生能够较好地掌握了直流稳压电源的基本知识，利用基本知识开展直流稳压电源设计的基本技能，该章节的教学任务也就基本完成，取得较好的教学效果，在此基础上可以鼓励学生进一步对已完成项目进行功能和性能的拓展。老师可引导学生对项目提出新要求，如功能上的扩展:不可调单向电压输出扩展为可调双向电压输出;性能上的扩展:电压稳定性的提高、电源转换效率的提高等，通过功能和性能的拓展，可进一步开发学生的创新思维，挖掘他们的创造潜力。

三、项目驱动法在模拟电子技术教学中取得的成效和存在的问题及对策

(一)取得的成效。将项目驱动法应用于模拟电子技术课程教学中，取得了以下成效:

1．学生对模拟电子技术课程产生浓厚的兴趣，学习效率得到明显的改善。一方面一改以往课堂上无精打采的状态，课堂气氛变得活跃，与老师的互动明显增加，因此学生的学习效率提高了，老师的积极性和效率也得到提高，形成了良性循环，使课堂教学效果得到明显改善;另一方面一改课后作业敷衍了事的状态，项目组成员分工查阅资料，讨论项目方案，加强与老师的交流，课后学习的目的性很强，有效地提高了课后学习的效率。

2．学生的理论知识和实践技能得到系统训练。因项目选择有针对性，涵盖了模拟电子技术的所有知识点，学生全程参与项目实施的每个环节，所以学生的理论知识和实践技能能够得到系统训练。另外，项目的实施如方案的确定、元器件的选型、电路的设计、制作和调试是在理论指导下完成的，使得学生所学的理论能够得到实际应用，而在项目实施过程中通过查阅资料、讨论、老师的指导，使得学生能够在实践中强化对理论知识的理解、掌握和拓展。

3．学生的工程应用和创新能力得到很大提高。因为选择的项目都是实际工程项目，所以项目的实施完成对于提高学生的工程应用能力起着很大的作用，同时因为项目的开放性特点，可以锻炼和提高学生的创新能力，学生毕业后无需进行岗前培训即可直接上岗完成开发任务。另外，通过项目的实施，学生的团队协作精神、综合运用知识的能力等都会得到培养。

(二)存在的问题及对策。尽管在模拟电子技术中进行了项目驱动教学法的尝试，并取得了较好的效果。但是要将项目驱动教学法全面推广，最大限度地发挥其功效，还存在一些问题需要解决。

1．项目驱动教学要求老师有丰富的工程实践经验，而教师队伍中具备这种能力人的比例还不高。针对这个状况，可以从两方面开展工作，其一是较强校企科研和项目合作，可以派遣在职教师到企业挂职，为企业解决实际问题的同时锻炼自己的工程经验;其二是可以聘请企业中的资深工程师到学校担任兼职教师。

2．项目选择的问题。任课教师参与开发过的项目数量是有限的，不一定是“有意义”的项目，而且不一定适合教学。针对这个问题，除了要加强校企合作，多培养双师型人才，还要按项目选择的原则认真筛选、规范定题，不断积累，提高项目的数量和质量。

3．组织能力和协作精神的培养问题。项目的实施可以锻炼项目小组组长的组织能力，培养组员的协作精神，但如果组长在项目实施过程中只由一个人承担，其他组员的组织能力就得不到锻炼，有可能引发矛盾，更谈不上相互协作了。针对这个问题，可以采用组员轮流值班的方法解决，即在每个模块的设计和实施过程中由不同组员担任组长，可有效地解决组织能力和协作精神的培养问题。

四、结语

第3篇：直流稳压电源设计方案范文

电源是一切电子设备的基础，没有电源就不会有如此种类繁多的电子设备。中职学校电工电子专业的同学作为初学者首先遇到的就是要解决电源问题，否则电路无法工作、电子制作无法进行，学习就无从谈起。

【关键词】

直流稳压电源 设计 优化 测评

【正文】

电子设备对电源电路的要求就是能够提供持续稳定、满足负载要求的电能，而且通常情况下都要求提供稳定的直流电能。另外，很多中职学校的电工电子专业初学阶段首先遇到的就是要解决电源问题，否则电路无法工作、电子制作无法进行，学习就无从谈起。下面我们就直流电源的基本设计问题进行探索。根据中职学生在校学习阶段的实际需要，提出以下的设计任务和要求：

一、设计要求

1．输出电压可调：Uo= +3V ～ +9V

2．最大输出电流：Io max= 800mA

3．输出电压变化量：ΔVop_p≤5mV

4. 稳压系数：SV≤3×10-3

二、设计方案和论证

稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四个部分组成，基本设计：

方案一：单相半波整流电路

传统单相半波整流简单，使用元件少，它只对交流电的一半波形整流，只要横轴上面的半波或者只要下面的半波，所以整流效率不高，而且整流电压的脉动较大，无滤波电路时，整流电压的直流分量较小，Vo=0.45Vi，变压器的利用率低。

方案二：单相桥式整流电路

使用的整流元件较全波整流时多一倍，整流电压脉动与全波整流相同，每个元件所承受的反向电压为电源电压峰值。根据实际情况，综合3种方案的优缺点:决定选用方案二。

三、各电路设计和参数估算

整流电路采用桥式整流电路，电路所示。在u2的正半周内，二极管D1、D2导通，D3、D4截止；u2的负半周内，D3、D4导通，D1、D2截止。

在设计时，常利用电容器两端的电压不能突变和流过电感器的电流不能突变的特点，将电容器和负载电容并联或电容器与负载电阻串联，以达到使输出波形基本平滑的目的。选择电容滤波电路后，直流输出电压：Uo1=(1.1～1.2)U2，直流输出电流：

（I2是变压器副边电流的有效值。），稳压电路可选集成三端稳压器电路。

3．1集成三端稳压器的选择

三端可调式集成稳压器内部含有过流、过热保护电路，具有安全可靠，性能优良、不易损坏、等优点。其电压调整率和电流调整率均优于固定式集成稳压构成的可调电压稳压电源。LM317系列和lM337系列的引脚功能相同。

输出电压表达式为:

在式中，1.25是集成稳压块输出端与调整端之间的固有参考电压 ，此电压加于给定电阻 两端，将产生一个恒定电流通过输出电压调节电位器 ，电阻 常取值 。电路加入了二极管D，用于防止输出端短路时10µF大电容放电倒灌入三端稳压器而被损坏。

LM317其特性参数：

输出电压可调范围：1.2V～37V

输出负载电流：1.5A

输入与输出工作压差ΔU=Ui-Uo：3～40V

能满足设计要求,故选用LM317组成稳压电路。

3．2电源变压器的选择

电源变压器的作用是将来自电网的220V交流电压u1变换为整流电路所需要的交流电压u2。电源变压器的效率为：

由于LM317的输入电压与输出电压差的最小值 ，输入电压与输出电压差的最大值 ，故LM317的输入电压范围为：

即

，取

变压器副边电流： ，取 ，

因此，变压器副边输出功率：

由于变压器的效率 ，所以变压器原边输入功率 ，为留有余地，选用功率为 的变压器。

3．3整流二极管和滤波电容的选用

由于： ， 。

IN4001的反向击穿电压 ，额定工作电流 ，故整流二极管

选用IN4001。

3．4滤波电容

根据，

和公式

可求得：

所以，滤波电容：

电容的耐压要大于 ，故滤波电容C取容量为 ，耐压为 的电解电容。

四、 原理图和元件清单

1． 使用DXP2004设计总原理图，然后由软件自动生成的元件清单。

2． 元件需要三极管、二极管、电解电容、电阻、稳压管、电位器若干。

五、安装与调试(使用Multisim10调试)

按PCB图，制作好电路板。安装时，先安装小元件，这样方便元件的摆放，因此先安装整流电路，再安装稳压电路，最后再装上滤波电路。软件如果没有LM317元件，用LM117代替。模拟实验中：

1. 电位器R2取最大值时，Uo=9.088V

2. 同理电位器R2取最小值时,Uo=2.983V

3. 电位器在0到10K之间，输出电压连续可调：约为3V~9V。

六、测试性能与分析

1．输出电压与最大输出电流的测试

一般情况下，稳压器正常工作时，其输出电流I0要小于最大输出电流，Iomax，取 ，可算出RL=20Ω，工作时 上消耗的功率为：

故 取额定功率为10W，阻值为20 Ω的电位器。

测试时，先使 ，交流输入电压为220V，用数字电压表测量的电压值就是Uo。然后慢慢调小 ，直到Uo的值下降5%，此时流经 的电流就是 ，记下 后，要马上调大 的值，以减小稳压器的功耗。当R5（RL）=20欧姆，Uo=8.78V, Io=438.979mA，同理Uo下降5%（8.332V）时，Io=846.644mA,即Iomax=Io.

2．纹波电压的测试

用示波器观察Uo的峰值，（此时Y通道输入信号采用交流耦合AC），测量ΔUop-p

的值（约几mV）。由示波器得出：ΔUop-p=106。845uV

3．稳压系数的测量

按实际连接电路， 在 时，测出稳压电源的输出电压Uo。然后调节自耦变压器使输入电压 ，测出稳压电源对应的输出电压Uo1 ；再调节自耦变压器使输入电压 ，测出稳压电源的输出电压Uo2。则稳压系数为：

因为，在调试中，无法得到自耦变压器，所以只能把电压归算到降压器的输出电压(Ui):

U1=198V,Ui=10.8V,U1=220V,Ui=12.0V,U1=242V,Ui=13.2V

Ui=10.8V时，Uo=8.72V Ui=13.2V时，Uo=8.740V

所以，稳压系数： =0.0022

结论：误差在允许的范围内，本设计已达到要求。

第4篇：直流稳压电源设计方案范文

【关键词】教育理念；ISAS教学；仿真教学；信息化教学

《电子电路分析与应用》是高职院校机电和电气自动控制等电类专业的一门极其重要的专业基础课程，在过去的教学实践中，存在着不少问题，主要体现在：1.教学注重概念与理论，忽视实践环节，教学内容与实际工作岗位脱节，缺乏“基于工作的学习”和“基于学习的工作”的职业教育理念；2.教学方法和手段仍然是沿袭过去的方式，没能充分的利用现代化的教学工具和网络信息平台。本文就《电子电路分析与应用》课程教学内容、教学方法改革的研究与实践进行了初步探讨

1.教学内容的整合与项目制教学体系的构建

1.1教学内容的整合

“基于工作的学习”，要求我们作为职业教育工作者，要深入行业生产第一线，充分了解职业工作岗位对从业人员的要求，解构工作岗位所必需的知识和技能，重构课程的教学内容，调整教学方式。《电子电路分析与应用》就是把以往的“模拟电子技术”、 “数字电子技术”等课程，按照“解构工作，重构学习”重新整合成的一门专业基础课程。

1.2项目制教学体系的构建

在“解构工作，重构学习”的思想指导上，我们将课程分为“职业规范与素养”、“ 稳压电源分析与调试”、“音频功放分析与调试”、“温度控制器”、 “数字时钟”五个项目进行教学，让学生了解安全生产常识、“6S”管理规范，掌握焊接技能、电子元器件识别、仪器仪表使用、方框图分析、单元电路记忆与分析、电路仿真、电路分析、电路测量等知识和能力；为学生后续专业学习领域提供必备的电子技术基本知识、基本理论和基本技能。

2.更新教学理念，改革教学方法

2.1项目驱动结合ISAS教学方法

长期以来，教学过程没有体现出学生的主体地位，学生在学习过程中只是被动的接受者，表现出来就是学生学习兴趣下降，不知道学了干什么，更不知道学会了有什么用，难以达成老师所期望的教学效果。笔者认为，教师只是学生学习兴趣的引导者、学习的指导者和帮助者；将ISAS（信息搜索分析技能）教学法引入课堂教学就是要发挥学生自身的积极性，体现了教学过程学生的主体地位；授课教师跟据实际案例，提出问题，比如，什么是“直流稳压电源”，它有哪些应用，做一个“直流稳压电源”，要用到哪些元器件，电路怎么连接的等等，学生在教师的指导下查找相关资料，学习相关知识，掌握相关的技能，包括元器件的识别、方框图分析、焊接技能，学生购买元器件等，并自行安装调试，完成“直流稳压电源”作品的制作，期末对每个学生的作品一一进行测试，测试结果作为课程考核依据；这种教学方式，让学生知道自己在学什么、做什么，有目的性、有针对性，体现出“基于学习的工作”的职业教育理念。

2.2应用Multisim软件进行仿真教学

随着计算机应用的日益普及，在电类专业中，利用计算机进行仿真教学已经引起人们广泛关注，在高职院校中，由于受到生源的限制，许多学生对单纯的理论讲授感到乏味，对抽象的数学推导感到厌烦，而电路仿真直观、生动、形象，可操作性强；同时在教学实践中，还由于受实训设备、场地和经费的限制，许多实训项目的实训效果不够理想甚至一些实训项目不能开出。这些都严重的抑制了学生的学习兴趣，影响了课程的教学效果；所以仿真教学的应用与开展对于整体提升学生学习积极性，全面提高教学质量有非常积极的作用。利用计算机仿真教学，只需一台电脑，安装仿真软件，构建一个良好的仿真平台，就相当于随身携带了一个实训室，不仅可以实现电路的仿真测试并且可以按照需要，实时进行修改，方便实用。所以，笔者在具体的教学过程中，要求学生掌握Multisim软件的使用，对学习中的一些典型电路进行仿真，对电路的性能模拟测试，验证电路设计方案的正确性，优化电路设计等。

2.3充分利用互联网开展信息化教学

课程信息化教学建设是教育信息化实施中的一项重要内容。最近几年来，我院的教学信息化程度不断提高，学院实现了有线网络的普及和无线网络的校园全面覆盖，为教学带来了极大的便利。世界大学城空间（http：//）利用互联网这一平台，使得世界大学城空间建设的资源具有共享的特点。依托互联网，我们可以把世界上其他相关优秀教师授课的资料，包括视频、文字、表格和图像等，引入到自己的教学中来；这种引入是对我们教学的一种极其重要补充，可以极大的开阔学生的视野，更新教师的观念，也可以弥补我们在实际教学中存在的一些不足，实现优质教学资源的共享。举例来说，在《电子电路分析与应用》课程教学目标中，示波器的使用是一项非常重要、必须掌握的基本技能，但是，在以往的教学中，由于受到师资、设备、场地和教学课时的限制，不可能对每一个学生都做到一一指导，一些学生想学却没有完全学会，抑制了学生的学习兴趣；而现在我们利用世界大学城空间，将示波器操作技能做成视频文件上传到自己的教学空间，让学生利用课余时间观摩、复习，在课堂里也可以对着示波器操作技能的视频资料自己练习，从而能够很快的熟练掌握示波器操作技能；利用世界大学城空间进行教学常常起到了事半功倍的效果。

在高职院校的课程教学改革中，作为教师，我们首先要更新自己头脑中僵化落伍的观念，研究学生如何学，确定自己怎么教，激发学生的学习兴趣，改进我们的教学方法，才能达成专业学习与工作岗位的对接，培养出社会需要的高技能人才。

第5篇：直流稳压电源设计方案范文

关键字： 直流稳压电源; 过流保护; 自动检测控制; 蓄电池

中图分类号： TN710?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2015）06?0153?03

Research and implementation of DC regulated power supply

CHEN Wan?li， ZHOU Ming?liang， JIA Yu?fei

（Huanghe S & T College， Zhengzhou 450063， China）

Abstract： In many modern communication equipments， stability and quality of power supply are required in the power system. The structure and working principle of the DC power supply are introduced in this paper. It is mainly composed of DC stabilivolt expanding current circuit， soft start and overcurrent protection circuit， uninterrupted power supply circuit， automatic detection control circuit and alarm circuit. The standby power supply can make a exchanger keep working in another eight hours in power off condition， and ensure calls not to be interfered by the voltage from the outside world. This design has the characteristics of simple structure， low cost， stable and reliable working performance.

Keyword： DC stabilized power supply; overcurrent protection; automatic examination control; battery

0 引 言

现代电子设备是一个极为复杂的电子系统，在一些重要的系统、设备或仪器中，要求供电系统不能中断供电，例如通信、防盗、医疗、科研系统等的供电，假如一旦发生断电，将会发生一系列的事故。 本文介绍了一种主要针对市电在停电或电压不稳定时，使用的直流稳压电源，其为程控交换机提供备用电源，以保障其能持续供电8个小时，从而保证通话质量不受影响。它有软启动和过流保护功能，对蓄电池具有自动检测功能，能够防止过充过放现象。延长了交换机的使用寿命。

1 系统设计方案设计[1]

系统原理框图如图1所示。

<E：＼王芳＼现代电子技术201506＼现代电子技术15年38卷第6期＼Image＼41t1.tif>

图1 系统原理框图

2 系统各部分电路原理简介

2.1 变压器

变压器是将市电转变成所需要的交变电压。电源的质量直接影响着备用电源的性能和使用寿命，因此变压器的选择也尤为重要，本次设计电路输出负载电压为5 V（后续电路元件电压及蓄电池充电上限电压总和），额定电流为1 A，所以其负载功率为5 W，考虑到变压器工作在70%的容量时最佳，所以使用7 W的变压器即可适合。

2.2 整流滤波电路

整流电路将交流电转换成直流电。再经滤波电路滤除较大的纹波成分，输出纹波较小的直流电压。本电路采用单向桥式整流电路，电路图见图2。

<E：＼王芳＼现代电子技术201506＼现代电子技术15年38卷第6期＼Image＼41t2.tif>

图2 单向桥式整流电源

在单相桥式整流电路中，选择ICZ20。其主要参数：额定平均电流20 A;最大整流电流时和正向电压压降为0.45～0.65 V，最高反向电压下的反向电流平均值≤6 mA完全可以适应要求。

滤波电路可以将整流电路输出电压中的交流成分大部分加以滤除，从而得到比较平滑的直流电压各滤波电容C满足C≥2.5[TRL，]其中T为输出交流信号周期，RL为整流滤波电路的等效负载电阻[2]。滤波电路见图3。

<E：＼王芳＼现代电子技术201506＼现代电子技术15年38卷第6期＼Image＼41t3.tif>

图3 电解电容滤波电路图

2.3 过流保护电路

如图4所示，由于晶体管都是工作在线性状态，静态Q点处在饱和p线性和截至区域，在电流正常时（<1 A），电阻R1产生的电压使晶体管BG1导通，而电阻R2，R3产生的压降还不足以使晶体管BG2导通，所以电流经R2，R3后经并联晶体管扩流。在电流慢慢的达到1 A 左右时，流经R2，R3的压降使晶体管BG2降渐渐处于线性接近饱和的区域，使得流过晶体管BG1的电流减小，电阻R8的压降降低，并联晶体管BG3，BG4，BG5，BG6处于线性区域。在电流超限（>1 A）时，电阻R2，R3上的压降使晶体管BG2导通，电阻R1被短路，这样降低了晶体管BG1的基极电位，使得BG1截止，电阻R8上没有压降，并联晶体管的基极因为没有偏置电压而截止，停止扩流，达到保护扩流管作用。

2.4 直流稳压扩流电路

本文设计的稳压电路是为了给整个系统提供稳定的直流电压，平滑的直流电不能满换机对直流电源的需要，稳压电路的作用是让输出的直流电压在市电电压或负载电流发生变动时保持稳定。所采用的稳压器输出电流太小，不能满足负载所需的电流，所以采用晶体管并联扩大输出电流。电路由三端可调输出稳压器LM317及并联晶体管来实现。

本文中扩流电路采用的是四只晶体管BU508A（BU508A所允许通过的最大电流15 A）并联使用，均流电阻Re=0.1 Ω，R4，R5，R6，R7形成电压串联负反馈电路。负载所需的电流≤10 A，所以接四只晶体管，每只晶体管通过的电流≤2.5 A，所用扩流管电流应不小于7.5 A，这样安全系数为3，电路的安全系数越高，使电路供电质量越好[3]。过流保护和扩流电路见图4。

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图4 过流保护和扩流电路

2.5 软启动电路

电路在接入瞬间会产生很大的脉冲电流，这样会对电路中的电子元件和蓄电池造成损害，使其性能和使用寿命大大降低，所以要设计本电路，使得电路中的电压和电流缓慢的上升到额定值[4]。软启动电路如图5所示。

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图5 软启动电路

2.6 单向导通器

本设计是为了防止蓄电池电流倒灌对前几个单元电路中的元器件造成损害而设计，实际上它是一个二极管桥式整流电路，但是，不是用它的整流功能，而是用它的单向导通功能，它可以通过大电流，如果单接一个二极管可能会因大电流而烧坏，失去单向导通性。

2.7 不间断供电电路

本设计是在交换机市电供电突然中断，或是市电电压突然降低，交换机的电源由市电切换至备用电源，并在市电恢复正常时，将负载切换至市电。切换过程中，要求无时间差。其实现方法见图6。

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图6 不间断供电电路

2.8 控制电路设计

本次设计采用LM339电压比较器，通过采样蓄电池的端电压和基准电压来比较，以输出高低电平来控制继电器动作。此部分电路主要由三部分组成，一是电源部分，二是过充检测控制电路，三是过放检测控制电路。电源部分是由晶体管BD235和270 Ω/4 W的电阻组成的共集电极电路（输出电阻小，具有典雅跟随的特点）和两个串联12 V稳压二极管组成。

24 V电压的确定是为了满足24 V继电器和电压比较器LM339的工作电压，所以由蓄电池组通过的电压经270 Ω/4 W的大功率电阻降压，1 kΩ R13为晶体管BD235提基极偏置电压，使BG8导通，形成电压跟随器，两个串联的12 V稳压二极管将电压稳定在24 V，而接两个12 V的稳压管是为了给电压比较器LM339一个参考电压[5]。图中所接的电容为滤波电容，控制电路设计如图7所示。

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图7 声光报警电路

过充控制电路部分所接的继电器为24 V常开型继电器，电压比较器则是比较蓄电池充电电压是否达到所限定的上限值，若达到控制继电器动作，闸刀闭合，给蓄电池充电，当充到所规定的稳定电压时，控制继电器断开。过放控制电路部分主要是同过电压比较器LM339来检测蓄电池组因放电是否到了规定值而过放，若过放，控制继电器动作，闸刀断开，停止放电;若蓄电池组的电压回到稳定电压则控制继电器闭合，处于放电状态。这里所接的继电器为24 V常闭型继电器[6]。

2.9 声光报警电路

作用是在蓄电池因放电而电压下降，到达限定值时，根据检测电路传来的信号报警，时长1 min。声光报警电路见图8。

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图8 控制电路设计图

2.10 蓄电池选择

目前通信电源所带的蓄电池大多是先进的阀控式密封铅酸蓄电池，它可以做到免维护或少维护，无环境污染，是当前较为理想的蓄电池。本设计采用的就是48 V 100 Ah的蓄电池组。由于本设计为负载提供的是48 V，≤10 A且时长为8 h的供电，选择100 A・h的容量是为了保证蓄电池在正常工作后留由余量。

3 结 语

本次设计的不间断直流电源，主要是由硬件电路组成的，重点是备用电源的大功率部分和对蓄电池充、放电上下限的控制，还有电路的过流保护和软启动单元电路。保证蓄电池在市电中断后能提供8 h的供电，尽可能地减小由于蓄电池的使用不当所带来的损失。通过调试后，本设计实现了设计的要求，可以实现设备的供电要求。

参考文献

[1] 艾永乐，付子义.模拟电子技术基础[M].北京：中国电力出版社，2008.

[2] 朱雄世.新型电信电源系统与设备[M].北京：人民邮电出版社，2000.

[3] 张惠，冯英.电源大全[M].成都：西南交通大学出版社，1993.

[4] 杨承毅.电子技能实训基础[M].北京：人民邮电出版社，2005.

第6篇：直流稳压电源设计方案范文

关键词：高职；“教学做”一体化；项目教学；能力训练；虚拟课堂

中图分类号：G712 文献标识码：A 文章编号：1672-5727（2012）09-0033-02

《电子技术》是电气电子信息类专业重要的职业能力训练课程，具有很强的实践性。传统的《电子技术》课程教学是由理论讲授＋实践操作＋综合实训三部分构成，不利于学生对知识的理解和巩固，存在理论与实践衔接不上、学生应用知识能力差的问题。对高职学生而言，存在着理论学习难以理解、实践能力难以提高等问题。笔者拟对《电子技术》课程标准设计与“教学做”一体化实践进行探讨。

课程标准设计理念

项目教学法对接受职业教育的学生而言，具有针对性强的优点。学生在项目实践过程中，理解和把握课程要求的知识和技能，体验创新的艰辛与乐趣，培养分析问题、解决问题的能力以及团队精神和合作能力，受到了师生的广泛欢迎，成为职业教育领域探索追求的新方法。

经职业教育课程改革后，《电子技术》课程打破了原来的传统教学模式与知识体系，采用项目化、“教学做”一体化的教学方式。项目的选取以小型化、典型化、实用化为目标，以够用、实用、有用为原则。每个项目分解为多个任务，以任务为中心，整合技术实践知识与技术理论知识，驱动项目教学。选择以典型的电子产品为主题的项目学习单元，以典型产品的设计与制作为主线，让学生在每一个学习单元中，都能体验电子产品从设计、制作到调试的整个过程。课程教学采用“教学做”一体化的教学模式。

课程标准设计了以“直流稳压电源的设计与制作”、“扩音器的设计与制作”和“三角波发生器的设计与制作”3个典型项目为主题的学习单元，其学习内容涵盖了原来模拟电子技术部分的学习内容；设计了以“四人表决器的设计与制作”、“四路抢答器的设计与制作”、“计数器的设计与制作”与“触摸延时电子开关电路的设计与制作”四个典型项目为主题的学习单元，其学习内容涵盖了原来数字电子技术部分的学习内容，整个学习过程围绕典型电子产品项目进行，可以大大提高学生的电子设计与制作兴趣。学习完每个项目后，教师指导学生进行相应的拓展项目学习。在课程学习结束后设计有综合实训项目，以进一步提升学生对电子制作的兴趣，使其善于应用相关的电子技术知识。

课程要求培养学生的知识能力与实践技能并重，课程的实施采用“教学做”一体化的教学模式。

“教学做”一体化实践探讨

课程的教学实施突破了以往的课堂教学教理论、实验室练实践能力的模式，将二者合一，将知识学习融入实践中，采用了“教学做”一体化的教学模式。课程实施过程中，要始终把握以教师为主导、以学生为主体的“双主”教学模式。下面就本课程的“教学做”一体化实践过程进行探讨。

围绕核心器件展开教学 每个项目的电路都有其核心器件，核心器件的特性及典型应用电路的学习是整个项目学习的基础。抓住核心器件展开教学，有助于学生理解项目电路，进行与核心器件相关的其他电子电路的学习。“直流稳压电源的设计与制作”的核心器件是二极管、稳压管、集成稳压器件，“扩音器的设计与制作”的核心器件是三极管，“三角波发生器的设计与制作”的核心器件是运算放大器。掌握了核心器件的特性和作用，学生可以理解其他的应用电路。再进行拓展项目学习，可进一步提升学生的自主学习能力。

以能力训练作为任务驱动项目学习 每个项目的学习以适量的能力训练任务驱动，训练任务与传统模式下的实验教学内容相似，所不同的是这些训练任务是在学生没有学习基础知识之前，就由学生自主完成，通过实践的相关数据或现象，在教师的引导下让学生自己总结得出结论。“扩音器的设计与制作”能力训练任务设计如表1所示。根据该项目电路的特点，将该项目的学习分解为前置放大级的测试与分析、推动级的测试与分析、负反馈放大电路的测试与分析、功率输出级的测试与分析、扩音器的搭接与测试五部分，各部分又设置了小的能力训练任务，以便于教学实施。

将知识学习融入能力训练任务中 在教学实施过程中，通过学生搭建与测试能力训练任务电路，充分发挥学生的主动性，引导学生总结思考，然后由教师进行理论分析。如在“晶体管测试能力训练”项目中，测试电路如图1所示。改变UBB值为0V、3V、5V分别进行测试，同时改变Rc的值，测试iB、iC、uBE、uCE。测试后，通过小组讨论分析，要求学生画出晶体管的输出特性曲线，分析出晶体管的电流放大作用，并得出晶体管在三种工作状态下及在每种工作状态下发射结与集电结的偏置状态。之后，教师再通过介绍晶体管内部结构特点与载流子的运动规律分析晶体管的电流放大作用。这样，通过能力训练任务可让学生认识三极管的特性，较传统知识讲授的方式教学效果要好。

第7篇：直流稳压电源设计方案范文

首先，电子产品装配与调试教学中所选项目应是教学大纲规定的范围内，大纲中知识点要渗入到各个项目中。其次，项目的操作难度应适中。项目中的内容是学生通过已有的知识水平可以做到的，容易制作成功的。好的项目应是教师能驾驭的项目，也是学生喜欢的项目。再次，项目在制作的过程中，要考虑实训室的条件，能在万能板上制作，还是需要在实训台上完成。另外，根据电子产品在生活中的应用确定项目方向，重点培养学生对电子产品的设计、装配和调试能力，为学生将来从事电子方面的工作打下基础。最后，项目应有实用价值。电子是一门应用性较强的专业，项目要结合实际情况和学生的技术水平，选择一些可行的项目。

二、电子产品装配与调试项目教学课题实例

项目名称：耳聋助听器电路装配与调试。项目要求：根据对耳聋助听器电路的要求，根据所学的电子技术理论知识，及电子装配和调试技能知识，完成耳聋助听器电路的设计、制作及调试。该项目分解为六个子项目。（1）在参照图的基础上完成耳聋助听器电路的设计。（2）明确电路中各元件的参数。（3）绘制PCB印制电路图。（4）完成耳聋助听器电路样品的装配并调试。（5）根据样品的实际调试情况完善电路的设计。（6）每人制作一件。项目准备：电子元器件若干、万用表、示波器、函数信号发生器、直流稳压电源、电烙铁等。

项目实施：（1）讲解原理：教师向学生讲解耳聋助听器电路的工作原理，并尽量用实物演示，有利于学生理解理论知识。（2）项目示范：将事先制作好的耳聋助听器展示给学生，同时讲解制作工艺。（3）项目讲解：解析项目的总体结构，划分子项目；讲解重要的理论知识；指导实训项目，并指导学生进行调试。（4）学生分组：学生分为三组，每组十人，推荐选出小组长。（5）任务书下达：教师向每组组长下达任务书，并对各小组产品提出明确要求。（6）小组设计：各组长向小组成员传达老师布置的任务书，小组成员开始进行产品的设计。小组每完成一个子项目，就向教师报告。教师检查每组完成的进度及完成产品的质量并进行评分。（7）产品的交付：每组样品制作完成并调试成功后，交给教师检查，经教师同意后，该小组内的成员开始每人制作一个耳聋助听器。

项目验收及评价：（1）教师结合学生实际的完成情况分组点评，并给出每组的考核成绩。（2）将优秀作品及设计方案在班级展示，培养学生的学习热情和团队合作精神。

三、电子产品装配与调试项目教学法的效果

第8篇：直流稳压电源设计方案范文

1.全国大学生电子设计竞赛的意义

1.1有利于培养学生的创新能力，激发学生对实践课的兴趣

传统的实践教学是理论教学的辅助，实验内容多数是验证理论知识，学生根据实验指导书上的方法和步骤就可完成实验，整个实验过程学生完全是被动的[1]。这样的验证实验不能实现对学生实践能力和创新能力的培养，难以激发学生的对实践教学的兴趣。全国大学生电子设计竞赛要求参赛学生在四天内完成从选题、搜集资料、设计方案、分析论证、元器件选择、硬软件设计、组装、调试、测试、排除故障、做出成品和撰写设计报告的全过程，并且要求三人组队参赛，是对学生综合素质的全面考核，具有极大的挑战性[2]。比赛中既要动手操作，又要理论分析。经过培训和参加竞赛的学生，其实践能力与创新能力都得到很大的提高，同时激发了学生对实践教学的兴趣。

1.2有利于增强学生的竞争意识和就业能力

在电子设计竞赛中能脱颖而出的都是理论知识扎实，动手能力强，经过严格训练，具有创新意识和协作精神的优秀学生。无论获奖与否，参加过培训和电子设计竞赛的学生，在系统设计、方案论证、合作精神与创新能力等方面都有很大的提高，在毕业设计中受到老师的青睐，在实际工作中，表现出较好的独立性，创新精神、协作能力与竞争意识，得到社会及用人单位一致的肯定和好评，增强了就业能力[3]。

1.3有利于推动电子技术类课程的教学改革

电子竞赛题目是一批高水平的教授、专家根据电子技术发展的最新信息拟出的。选题涵盖了模拟电路、数字电路、高频电路、单片机应用、可编程器件、传感器技术、自动控制技术和EDA等课程的内容[4]，竞赛中既要考察学生的实际动手能力，又要考察学生的理论知识和创新能力；既有涉及知识面广、功能多的系统设计，又有单一功能的电路设计；既有以指标性设计为目的的题目，又有以功能性设计为目的的题目；既有基本要求，又有发挥部分，同时在电子设计竞赛中又鼓励学生使用新技术、新器件和新电路，以满足先进的技术指标。所以，对电子技术类课程的教学改革具有指导和推动作用。

2.对参赛学生的能力要求

参加电子设计竞赛的学生应具备的实践能力包括[5]：电子元器件的识别及使用方法、印制电路板设计与制作等电子设计制作基础；集成直流稳压电源、运算放大器电路、信号产生电路和处理电路、显示电路和A/D转换器等单元电路设计；通用键盘及显示电路、单片机与液晶显示接口电路、单片机与D/A和A/D转换电路等单片机最小系统设计；FPGA最小系统和配置电路的设计及FPGA的最小系统板下载等可编程逻辑器件系统设计，以及资料查阅、综合系统设计、创新设计和撰写设计报告等。

3.电子设计竞赛中反映的问题

我校历届培训及竞赛现场，主要表现出以下一些问题[6]。

（1）查阅参考资料的能力差。在拿到竞赛题目后，学生都是先翻教科书，不去查找具有最新技术的期刊文献，特别是上网搜集资料的能力差。

（2）对知识的综合应用能力不强。对一个制作项目能够提出的设计方案很少，不能对方案进行充分的论证和比较，生搬硬套参考电路，不能设计出简单先进的电路，综合应用所学知识分析和解决问题的能力较差。反映我们的实践教学缺少综合性、设计性实验的训练。

（3）新技术、新器件的应用能力差。有的制作项目如能采用新技术、新器件，如FPGA、CPLD等实现系统设计，不仅性能指标优于传统电路，而且电路简单。反映我们的实践教学内容陈旧，不能紧跟电子科学技术的发展。

（4）不适应工程设计技术指标要求。竞赛中学生对竞赛题目的各类技术指标的实现和改善上感到无从下手。

（5）实验动手能力不强。竞赛过程中，一部分同学在安装、焊接、电路调试、故障查找和排除等过程中操作不熟练，不能适当地设计实验数据表格，不能通过对实验数据的归纳、总结去分析、解决问题。反映我们的实验教学验证性实验多，综合性、设计性的实验少，学生的动手能力和综合运用能力没有得到应有的训练。

（6）单片机知识的应用能力有限。很多竞赛题要用到单片机的知识去完成设计，部分参赛同学因单片机知识与应用能力不够，未能取得较好的竞赛成绩。

（7）设计报告撰写的质量不高。设计报告的格式与内容存在很多缺陷，方案论证不够充分，理论分析不够严谨。反映我们的实验课教学忽视了实验报告这个重要环节。

4.电子技术类课程的实践教学改革

根据全国大学生电子设计竞赛的内容及要求，针对学生在培训和竞赛过程中暴露的问题，我们对电子技术类课程的实践教学进行了如下改革。

4.1改革实践教学体系

依据学科专业特点，结合我校实际，将实践教学从理论教学中分离出来，单独设课、单独考核，构建起一个与理论教学体系相互匹配，相互联系、相互补充，相对独立、科学优化的实践教学体系。将实验教学环节划分为三个层次[7]。

（1）基本技能训练层：以电子工艺实习、实训为教学内容，掌握万用表的使用，电子元器件识别、检测，印制板制作、焊接，直流稳压电源组装，收音机安装调试等基本操作技能。以电路分析、电子测量、模拟电子技术、数字电子技术等专业基础课的实验为教学内容，掌握信号发生器和示波器等常用仪器的使用方法，培养正确记录、处理数据及分析实验结果的能力。

（2）课程设计实验层：以电子技术、单片机技术、EDA技术等课程的实验为教学的主要内容。通过对简单电路的设计，熟悉常用电子元器件，学会查阅元器件手册及通过互联网寻找所需资料的方法，让学生通过安装调试，学会通过调整元件参数，满足实验指标要求。

（3）综合设计实践层：以传感器技术及应用、单片机技术、EDA技术、电子系统综合设计等课程实验、电子设计竞赛等课外活动为实践教学环节，掌握用最先进的设计平台和最新的工具进行高效的综合设计，用组装的系统电路板，用电子设计自动化仿真软件Matlab、Muhisim等工具，进行“虚、实、软、硬”相结合的现代电子技术设计实践。要求学生能独立完成从设计到制作的全过程，提高学生运用所学知识进行电路级的综合设计能力以及系统级的开发应用和创新能力。

4.2更新实验教学内容

实践教学改革的关键是教学内容的改革，要根据认知规律、学科特点、实践教学自身的规律和学生实践能力、创新能力的培养要求，更新实验内容。

（1）减少验证性实验，增加应用性、设计性、综合性、创新性实验。增加DSP、PLD、FPGA、嵌入式系统和虚拟仪器等先进的实践教学内容[8]。增加单片机课程设计的实验课时，加强其实验和设计应用，增加EDA技术和Protel课程设计的实验课时，加强Protel电路设计软件和EDA电路设计仿真软件的实践应用；增加电子实习课时，增加和竞赛有关电路的制作内容。实践教学内容要体现最新的科技成果，反映运用现代科学技术成果的新的实验技术和新的实验方法，实现实践教学内容的与时俱进。

（2）增加能培养学生实际操作能力的工艺性操作实践。注重电子元器件特别是新型元器件的使用[9]。元器件选择方面，除个别验证性实验仍保留部分分立器件外，其余均采用集成化，数字化，模块化的器件，如集成稳压电源、集成运放、集成功放、集成A/D，D/A等器件，RAM、EPROM集成电路，以及ASIC可编程控制器。对于综合型、设计型实验，指导学生选择最新器件来完成设计。

（3）对整个课程体系的实验内容进行整体优化组合，将同类课程体系或同类学科的实验项目合并，创建新的综合实验课程，实现学科之间实验内容的互相交叉渗透。修改综合设计内容，把本专业的理论知识同单片机技术和PLC技术更多地结合应用，并把电子设计竞赛知识结合其中。

（4）设立学生科研基金，资助运用新技术、新器件、新思想的电子设计与制作的学生课题[10]。把科研引进教学过程，鼓励学生参与教师的科研工作和生产中急需解决或探索的实际问题的研究，培养学生的方案论证、装配、调整、检测，数据处理、数据分析、总结归纳，撰写科研论文等能力。

4.3改革实践教学方法

（1）实施开放式实践教学

在实践内容、实践时间、实践方法、组织形式等方面实行开放式教学，打破时间、空间的限制，提供给学生进行创造的环境，让学生真正成为学习的主体[11]。在实验内容上，设定必做实验、选做实验和自主实验的比例，前者保证教学基本要求和基本技能训练，后者则由学生根据自身的条件与兴趣，在众多的实验课题中选择，以达到因材施教的目的。课程设计、综合性、设计性实验，教师只提出设计的总体要求和要达到的效果，不制定统一的参数指标，设计步骤，给学生一个较大的创造空间。提倡方案的多样性，给学生充分的创新机会。由学生完成从方案制定、电路设计、元件筛选、焊接组装、程序设计、系统调试到设计报告撰写、答辩等全部过程，教师变指导为引导，充分发挥学生的主动性。

（2）增大实验室开放的力度

在安排好课内实验教学的基础上，充分利用实验室资源，制订实验室的开放项目、开放计划。在实验室开放时间里，为学生提供实验场地的同时，还为学生提供万用表、信号源、示波器、电类实验箱、单片机实验箱等设备，还安排教师进行现场指导。建立现代化的实验中心网上实验预约与管理系统，在开放的平台上，选做实验和自主实验学生可以个人预约，预约的内容包括实验时间、场地、内容、指导教师等，这种“集中”和“自由”相结合的开放管理方式，提高了实验室和仪器设备的利用率。

（3）开设电子技术实践选修课

根据现代电子技术的发展和全国大学生电子设计竞赛的情况，我们为电类专业的学生开设了如“电子制作”、“电子创新设计”等选修实践课，内容包括简单电路、系统电路和有创新特色的电子电路等的设计与制作等，为爱好电子设计的学生提供更多的学习机会。

（4）举办校内电子设计竞赛，激发学生学习兴趣

我校每年举行的全校大学生电子设计竞赛，按照全国大学生电子设计竞赛的方式进行，在为电子设计爱好者提供施展才能机会的同时，也为参加全国大学生电子设计竞赛选拔了队员。在校领导和有关部门的支持及全国大学生电子设计竞赛的影响下，参赛人数逐年增多，大学生电子设计竞赛已成为我校学生最喜爱的科技活动。

（5）认真组织学生参加全国大学生电子设计竞赛

我校是专升本不久的本科院校，电子类专业的办学时间不长，基础薄弱，参加全国性的电子设计大赛的经验更少，我们把参赛作为学习、实训、取经、提高的过程，参赛成绩逐年提高。

第9篇：直流稳压电源设计方案范文

关键词：机器人；伺服电机；控制系统

中图分类号： TP23 文献标识码：B

随着机电一体化技术的不断发展和工业自动化程度的日益提高，机器人在工业生产和日常生活等诸多方面都得到了越来越广泛的应用。目前，仿人机器人作为机器人研究的热门领域受到了极高的关注，其中，Biped型机器人以其结构复杂，自由度多和运动控制精度要求高等特点已经成为了仿人机器人研究的重中之重。

本文通过研究仿人机器人运动过程规划以及伺服电机控制的基本原理和方法, 给出了Biped型机器人设计的整体方案。所述的机器人采用基于STC89C52单片机的高精度伺服控制系统，减少了传统控制方法不稳定性对系统精度的影响。同时，选用了TR213高精度伺服电机，使机器人的运动机构在运行过程中协调、平稳。并通过单自由度调试、多自由度调试、运动过程规划等实验验证了系统的可行性，所设计的机械结构及控制方法真正地实现了Biped型机器人控制的高精度、高稳定性和智能化。

1 整体结构设计

根据仿人机器人的行走、前进、后退、重心偏移和上下楼梯等运动过程要求，Biped型机器人主要由机械结构、高精度伺服电机、伺服控制系统和驱动系统等部分组成。

由于人体为左右对称结构，为了达到仿人运动的目的，Biped型机器人也采用相同的对称结构，如图1所示。

以机器人行走过程中的右腿向前移动过程为例，在此过程中包括重心左移，右腿抬起前移，右腿放下和重心恢复四个阶段。为了实现动作要求，机器人需要踝关节、膝关节和髋关节6个自由度配合完成，其各关节的转动角度范围如表1所示。从表中可以看出，踝关节1、2可以通过转动完成整体结构重心沿y轴方向的移动控制，保持机器人在动作过程中的重心稳定；膝关节3、4和髋关节5、6通过配合转动改变机器人沿z轴方向的双脚高度以及双脚沿x轴方向的前后位置控制，实现机器人的动作要求；另外，双足机器人各个关节角的运动范围都大于人类各个关节角度的运动范围，可以满足模仿人类动作的关节角度范围要求。

2 高精度伺服电机的转动控制

Biped型机器人的各关节的位置采用TR213高精度伺服电机的转动进行驱动和控制，并由STC89C52单片机产生周期为20ms，脉宽为0.5ms-2.5ms的脉冲宽度调制（PWM）信号，该脉冲宽度与电机转动的偏转角度成正比，通过不同的脉冲输入宽度可精确地控制伺服电机的转动角度，其驱动分辨率达到1μs，角度分辨率可达0.09°，伺服电机的转动角度控制原理如图2所示。

位于伺服电机内部的齿轮组将电机的转动速度成大倍数缩小，并将电机的输出扭矩放大倍数后输出；电位器和齿轮组的末级一起转动，测量舵机轴转动角度；电路板检测并根据电位器判断舵机转动角度，然后控制舵机转动到目标角度或保持在目标角度，其内部电路如图3所示。

PWM信号进入信号解调芯片BA6688后将产生直流偏置电压信号，该信号和芯片内部5K电位器所产生的基准电压信号进行比较，将得到的脉冲进行展宽后输入至芯片BAL6686，芯片根据展宽后的脉冲信号驱动伺服电机转动，在此过程中，伺服电机的转动将带动电位器发生变化从而改变电压差的大小，直到压差为0时，伺服电机转动到指定位置后停止转动。另外，解调后的直流偏置电压通过与在电位器上得到反馈电压进行比较可得到正负电压差，BA6688将该电压差输送的PWM信号给电机驱动电路BAL6686以驱动伺服电机正反转。叠加在5K电位器上的另外一个信号Motor Back EMF信号将会使伺服电机产生一个反向电动势，通过和给定的基准电压进行比较可以改变伺服电机的转速，从而控制机器人的动作速度。

3 伺服控制系统

Biped型机器人的伺服电机控制主要是通过STC89C52单片机所产生的PWM信号来实现。由555定时器组成的振荡器作为时间基准信号，通过对其产生的脉冲信号进行计数来产生PWM脉冲信号，并由I/O口进行多路输出，输出后的信号经过整形处理，产生标准的PWM脉宽调制信号，以提高机器人动作的精度和稳定性。同时，STC89C52单片机上的FLASH为程序存储提供了足够的空间，还可以使用其串口和在线烧录功能与上位机进行通信来完成对多路伺服电机转动的控制。

4 驱动系统

为了使Biped型机器人具有足够的驱动能力，在设计中采用具有较大输出扭矩的TR213伺服电机，该电机的供电电压为4.8-7.2V，最大输出扭矩为13kg·cm，当其空载时电流很小，可以忽略不计，但当其动态负荷扭矩达到最大时驱动电流可达2A，但由于Biped型机器人的6个自由度一般不会全部同时工作在最大负荷状态下，根据测试表明，在正常情况下每个伺服电机的电流小于0.5A，因此，采用电流为10A的直流稳压电源为其供电，即可满足其驱动要求。伺服电机控制电路与伺服电机驱动电路采用分开供电模式，由7805稳压芯片为其提供稳定电压，以减小伺服电机电压波动对其造成的干扰，来提高控制精度。

结语

理论与实验表明，所设计的Biped型机器人具有控制精度高、稳定性好和结构简单等特点。通过高精度伺服电机和控制系统有效地减少了系统不稳定性对机器人运动过程造成的影响，为仿人机器人的开发和设计提供了一种比较理想的方法与解决方案。

参考文献

[1] 史耀强.双足机器人步行仿真与实验研究 [D].上海：上海交通大学，2008.