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穩(wěn)壓電源設計原理精選(九篇)

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穩(wěn)壓電源設計原理

第1篇:穩(wěn)壓電源設計原理范文

關鍵詞:直流穩(wěn)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(yè)課程都變?yōu)橐惑w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(wěn)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(yè)理論知識,能夠培養(yǎng)學生掌握理論知識的能力,激發(fā)學生熱愛電子專業(yè)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(yè)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(fā)光二極管V5,1只;熔斷絲FU 參數(shù)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(wěn)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(wěn)壓電源又稱為直流穩(wěn)壓器,其作用就是將交流電轉化成相應用電器所需要的穩(wěn)定電壓的直流電。其關鍵是輸出直流電壓的穩(wěn)定性,所以我們設計電路的著眼點就是電路轉化的穩(wěn)定性。

3.1 直流穩(wěn)壓電源的工作原理

直流穩(wěn)壓電源一般由電源變壓器、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路組成,其組成框圖如圖1:

直流穩(wěn)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?yōu)槊}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(wěn)壓電路:利用穩(wěn)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(jié)與穩(wěn)壓管串聯(lián)的限流電阻上的壓降來達到穩(wěn)定輸出電壓的目的,用于將不穩(wěn)定的直流電壓轉換成較穩(wěn)定的直流電壓。

3.2 直流穩(wěn)壓電源的設計方法

直流穩(wěn)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(wěn)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(shù),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(wěn)壓電源的輸出電壓UO、最大輸出電流IOMAX,確定出穩(wěn)壓器的型號及電路形式。第二步:根據穩(wěn)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(wěn)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(shù),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(shù),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(wěn)壓電源實物設計

如圖3所示安裝直流穩(wěn)壓電源電路的前半部分整流濾波電路,然后從穩(wěn)壓器的輸入端加入直流電壓UI?燮12V,調節(jié)RW,如果輸出電壓也跟著發(fā)生變化,說明穩(wěn)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(wěn)壓電路連接起來。然后接通電源,調節(jié)RW的值,如果輸出電壓滿足設計指標,說明穩(wěn)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(wěn)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(wěn)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(wěn)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(yè)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(wěn)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(yè)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(yè)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(fā)了繼續(xù)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.

第2篇:穩(wěn)壓電源設計原理范文

關鍵詞:變壓;整流濾波;穩(wěn)壓;

中圖分類號:S611 文獻標識碼: A

1、引言

直流穩(wěn)壓電源是電子技術常用的設備之一,廣泛的應用于教學、科研等領域。傳統(tǒng)的直流穩(wěn)壓電源功能簡單、難控制、可靠性低、干擾大、精度低且體積大、復雜度高。普通直流穩(wěn)壓電源品種很多, 但均存在以下問題: 當輸出電壓需要精確輸出, 或需要在一個小范圍內改變時(如1. 05~ 1. 07V ) ,困難就較大。二是穩(wěn)壓方式均是采用串聯(lián)型穩(wěn)壓電路, 對過載進行限流或截流型保護, 電路構成復雜,穩(wěn)壓精度也不高。

傳統(tǒng)的直流穩(wěn)壓電源通常采用電位器和波段開關來實現(xiàn)電壓的調節(jié),并由電壓表指示電壓值的大小. 因此,電壓的調整精度不高,讀數(shù)欠直觀,電位器也易磨損.而基于單片機控制的直流穩(wěn)壓電源能較好地解決以上傳統(tǒng)穩(wěn)壓電源的不足。隨著科學技術的不斷發(fā)展,特別是計算機技術的突飛猛進,現(xiàn)代工業(yè)應用的工控產品均需要有低紋波、寬調整范圍的高壓電源,特別是在一些高能物理領域,急需電腦或單片機控制的低紋波、寬調整范圍的電源。

從上世紀九十年代末起,隨著對系統(tǒng)更高效率和更低功耗的需求,電信與數(shù)據通訊設備的技術更新推動電源行業(yè)中直流/直流電源轉換器向更高靈活性和智能化方向發(fā)展。在80年代的第一代分布式供電系統(tǒng)開始轉向到20世紀末更為先進的第四代分布式供電結構以及中間母線結構,直流/直流電源行業(yè)正面臨著新的挑戰(zhàn),即如何在現(xiàn)有系統(tǒng)加入嵌入式電源智能系統(tǒng)和數(shù)字控制。

在家用電器和其他各類電子設備中,通常都需要電壓穩(wěn)定的直流電源供電。但在實際生活中,都是由220V 的交流電網供電。這就需要通過變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓電路將交流電轉換成穩(wěn)定的直流電。濾波器用于濾去整流輸出電壓中的紋波,一般傳統(tǒng)電路由濾波扼流圈和電容器組成,若由晶體管濾波器來替代,則可縮小直流電源的體積,減輕其重量,且晶體管濾波直流電源不需直流穩(wěn)壓器就能用作家用電器的電源,這既降低了家用電器的成本,又縮小了其體積,使家用電器小型化。

2、方案論證與比較:

方案一: 采用單級開關電源,由220V交流整流后,經開關電源穩(wěn)壓輸出。但此方案所產生的直流電壓紋波大,在其后的幾級電路中很難加以抑制,很有可能造成設計的失敗與技術參數(shù)的超標。

方案二:并聯(lián)式穩(wěn)壓電源,電路簡便易行,所用元器件相對較少,當負載電流恒定時穩(wěn)定性相對較好,其突出優(yōu)點就是可承受輸出短路。但是效率低于串聯(lián)式穩(wěn)壓電源,輸出電壓調節(jié)范圍較小,尤其是在小電流時調整管需承受很大的電流,損耗過大,因而不能采用。

方案三:串聯(lián)式穩(wěn)壓電源,利用可調的三端式集成穩(wěn)壓器先提供穩(wěn)壓電壓和小電流,再通過三極管擴流的方式使之提供大功率。由于集成穩(wěn)壓器通常內部已有各種保護電路,輔助電路就可以簡化。其次想采用經典的分立式元件形式,因為在理論課及實驗室中看到的大多是這種電源,并且具體電路形式很豐富,可借鑒的結構也較多。

比較以上幾種方案,決定采用方案三,即經典的串聯(lián)式穩(wěn)壓電源,穩(wěn)扎穩(wěn)打,力爭做好。

3、硬件電路的組成與設計

直流穩(wěn)壓電源一般由電源變壓器、整流濾波電路及穩(wěn)壓電路所組成。

我國電網供電電壓交流220V(有效值)50Hz,要獲得低壓直流輸出,首先必須采用電源變壓器將電網電壓降低獲得所需要交流電壓。降壓后的交流電壓,通過整流電路變成單向直流電,但其幅度變化大(即脈動大)。脈動大的直流電壓須經過濾波電路變成平滑,脈動小的直流電,即將交流成份濾掉,保留其直流成份。濾波后的直流電壓,再通過穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓,便可得到基本不受外界影響的穩(wěn)定直流電壓輸出,供給負載RL。

3.1電源變壓器

電源變壓器的作用是將來自電網的220V交流電壓變換為整流電路所需要的交流電壓。

本設計方案所需要用到的降壓變壓器是將電網交流電壓220V變換成復合需要的交流電壓,此交流電壓經過整流后可獲得后級電路所需要的直流電壓12V。

由于所需的直流電壓比起電網的交流電壓在數(shù)值上相差較大,考慮到穩(wěn)壓部分中的集成穩(wěn)壓器須在輸入電壓≥10V 時才能使輸出電壓為0.7V~9V。所以,降壓后的電壓設為10V~12V,才能達到要求輸出的電壓為0V~10V,即該部分電路采用變壓器把220V交流市電變?yōu)榧s10V 的低壓交流電,作為電源的輸入電壓。變壓器原輔線圈的匝數(shù)比為:

N1/N2 = U1/U2 = 220V/10V≈22/1

電路中的保險絲可起到保護電源的作用,當電流大于0.5A 時,保險絲熔斷,從而防止電源燒壞。電源變壓器的效率為:

其中:是變壓器副邊的功率,是變壓器原邊的功率。

一般小型變壓器的效率如表1所示,因此,當算出了副邊功率后,就可以根據下表算出原邊功率。

表1小型變壓器的效率

3.2整流濾波電路

整流電路將交流電壓變換成脈動的直流電壓。再經濾波電路濾除較大的紋波成分,輸出紋波較小的直流電壓。常用的整流濾波電路有全波整流濾波、橋式整流濾波等。

如圖所示,在本設計中采用四個二極管組成橋式整流電路,利用單相橋式整流電路把方向和大小都大小都變化的50Hz的交流電變換為方向不變但大小仍有脈動的直流電。其優(yōu)點是電壓較高,紋波電壓較小,整流二極管所承受的最大反向交流電流流過,變壓器的利用率高。濾波電路:利用儲能元件-電容C兩端的電壓不能突變的性質,采用RC濾波電路將整流電路輸出的脈動成分大部分濾除,得到比較平滑的直流電。

圖2橋式整流橋電路

直流電壓與交流電壓的有效值間的關系為:

在整流電路中,每只二極管所承受的最大反向電壓為:

流過每只二極管的平均電流為:

其中:R為整流濾波電路的負載電阻,它為電容C提供放電通路,放電時間常數(shù)RC應滿足:

其中:T = ms是50Hz交流電壓的周20期。

3.3穩(wěn)壓電源電路

三端穩(wěn)壓器各項性能指標的測試

輸入電壓u2受負載和溫度發(fā)生變化到影響而發(fā)生波動時,濾波電路輸出的直流電壓VI會隨著變化。因此,為了維持輸出電壓VI穩(wěn)定不變,需要對電壓進行穩(wěn)壓。穩(wěn)壓電路的作用是當外界因素(電網電壓、負載、環(huán)境溫度)發(fā)生變化時,能使輸出直流電壓不受影響,而維持穩(wěn)定的電壓輸出。穩(wěn)壓電路一般采用集成穩(wěn)壓器和一些元件所組成。采用集成穩(wěn)壓器設計的穩(wěn)壓電源具有性能穩(wěn)定、結構簡單等優(yōu)點。

三端穩(wěn)壓器的引腳及其應用電路見附錄圖3。

7806為三端式集成穩(wěn)壓器,這種集成穩(wěn)壓器的輸出電壓是固定的,在使用中不能進行調整。W78系列三端穩(wěn)壓器輸出正極性電壓,一般有:5V、6V、8V、9V、10V、12V、15V、18V、24V,輸出電流最大可達1.5A(加散熱片)。若要求輸出負電壓,可選用W79系列穩(wěn)壓器。圖3是7806的外型和三個引出端,其中:

1―輸入端(不穩(wěn)定直流電壓輸入端);

2―輸出端(穩(wěn)定直流電壓輸出端);

3―公共端;

圖3三端式集成穩(wěn)壓器

它的主要參數(shù)有:輸出直流電壓Uo=6±5%;最大輸入電壓Uimax=35V; 電壓最大調整率Su=50mV;靜態(tài)工作電流Io=6mA; 最大輸出電流Iomax=1.5A;輸出電壓溫漂ST=0.6mV/oC。

3.4穩(wěn)壓系數(shù)的測量(調節(jié)輸出電壓為5V時)

按圖所示連接電路, 在u1=220V時,測出穩(wěn)壓電源的輸出電壓Vo,應改變電源電壓上升和下降10%,分別測量穩(wěn)壓電源的輸出電壓VO,RL=100Ω。在實驗室調節(jié)交流不太方便時,可采用變壓器的次級變換的方法,如①②腳電壓為18V,測量一次,記下VO1.再更換到③①腳測量一次VO2, 將測量的結果填入表5中。則穩(wěn)壓系數(shù)為:

SV=(ΔVO/VO)/(Δu1/u1)

表2

3.5輸出內阻的測量(調節(jié)輸出電壓為5V時)

按圖4所示連接電路,保持穩(wěn)壓電源的輸入電壓不變 ,在不接負載RL時測出開路電壓Vo1,此時Io1=0,然后接上負載RL,測出輸出電壓Vo2和輸出電流Io2,測量結果填入表3中。則輸出電阻為:

RO=-(VO1-VO2)/(IO1-IO2)=(VO1-VO2)/IO2

表3

3.6紋波電壓的測量(調節(jié)輸出電壓為6V時)

用示波器觀察Vo的紋波峰峰值,(此時Y通道輸入信號采用交流耦合AC),測量Vop-p的值(約幾mV)。

4、直流電源系統(tǒng)原理圖

第3篇:穩(wěn)壓電源設計原理范文

嵌入式控制系統(tǒng)的MCU一般都需要一個穩(wěn)定的工作電壓才能可靠工作。而設計者多習慣采用線性穩(wěn)壓器件(如78xx系列三端穩(wěn)壓器件)作為電壓調節(jié)和穩(wěn)壓器件來將較高的直流電壓轉變MCU所需的工作電壓。這種線性穩(wěn)壓電源的線性調整工作方式在工作中會大的“熱損失”(其值為V壓降×I負荷),其工作效率僅為30%~50%[1]。加之工作在高粉塵等惡劣環(huán)境下往往將嵌入式工業(yè)控制系統(tǒng)置于密閉容器內的聚集也加劇了MCU的惡劣工況,從而使嵌入式控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性能變得更差。

而開關電源調節(jié)器件則以完全導通或關斷的方式工作。因此,工作時要么是大電流流過低導通電壓的開關管、要么是完全截止無電流流過。因此,開關穩(wěn)壓電源的功耗極低,其平均工作效率可達70%~90%[1]。在相同電壓降的條件下,開關電源調節(jié)器件與線性穩(wěn)壓器件相比具有少得多的“熱損失”。因此,開關穩(wěn)壓電源可大大減少散熱片體積和PCB板的面積,甚至在大多數(shù)情況下不需要加裝散熱片,從而減少了對MCU工作環(huán)境的有害影響。

    采用開關穩(wěn)壓電源來替代線性穩(wěn)壓電源作為MCU電源的另一個優(yōu)勢是:開關管的高頻通斷特性以及串聯(lián)濾波電感的使用對來自于電源的高頻干擾具有較強的抑制作用。此外,由于開關穩(wěn)壓電源“熱損失”的減少,設計時還可提高穩(wěn)壓電源的輸入電壓,這有助于提高交流電壓抗跌落干擾的能力。

LM2576系列開關穩(wěn)壓集成電路是線性三端穩(wěn)壓器件(如78xx系列端穩(wěn)壓集成電路)的替代品,它具有可靠的工作性能、較高的工作效率和較強的輸出電流驅動能力,從而為MCU的穩(wěn)定、可靠工作提供了強有力的保證。

1 LM2576簡介

LM2576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(wěn)壓電路,它內含固定頻率振蕩器(52kHz)和基準穩(wěn)壓器(1.23V),并具有完善的保護電路,包括電流限制及熱關斷電路等,利用該器件只需極少的外圍器件便可構成高效穩(wěn)壓電路。LM2576系列包括 LM2576(最高輸入電壓40V)及LM2576HV(最高輸入電壓60V)二個系列。各系列產品均提供有3.3V(-3.3)、5V(-5.0)、12V(-12)、15V(-15)及可調(-ADJ)等多個電壓檔次產品。此外,該芯片還提供了工作狀態(tài)的外部控制引腳。

LM2576系列開關穩(wěn)壓集成電路的主要特性如下[2]:

最大輸出電流:3A;

最高輸入電壓:LM2576為40V,LM2576HV為60V;

輸出電壓:3.3V、5V、12V、15V和ADJ(可調)等可選;

振東頻率:52kHz;

轉換效率:75%~88%(不同電壓輸出時的效率不同);

    控制方式:PWM;

工作溫度范圍:-40℃ ~ +125℃

工作模式:低功耗/正常兩種模式可外部控制;

工作模式控制:TTL電平兼容;

所需外部元件:僅四個(不可調)或六個(可調);

器件保護:熱關斷及電流限制;

封裝形式:TO-220或TO-263。

LM2576的內部框圖如圖1所示,該框圖的引腳定義對應于五腳TO-220封裝形式。

LM2576內部包含52kHz振蕩器、1.23V基準穩(wěn)壓電路、熱關斷電路、電流限制電路、放大器、比較器及內部穩(wěn)壓電路等。為了產生不同的輸出電壓,通常將比較器的負端接基準電壓(1.23V),正端接分壓電阻網絡,這樣可根據輸出電壓的不同選定不同的阻值,其中R1=1kΩ(可調-ADJ時開路),R2分別為1.7 kΩ(3.3V)、3.1 kΩ(5V)、8.84 kΩ(12V)、11.3 kΩ(15V)和0(-ADJ),上述電阻依據型號不同已在芯片內部做了精確調整,因而無需使用者考慮。將輸出電壓分壓電阻網絡的輸出同內部基準穩(wěn)壓值1.23V進行比較,若電壓有偏差,則可用放大器控制內部振蕩器的輸出占空比,從而使輸出電壓保持穩(wěn)定。

由圖1及LM2576系列開關穩(wěn)壓集成電路的特性可以看出,以LM2576為核心的開關穩(wěn)壓電源完全可以取代三端穩(wěn)壓器件構成的MCU穩(wěn)壓電源。

2 LM2576應用舉例

2.1 基本應用設計

由LM2576構成的基本穩(wěn)壓電路僅需四個外圍器件,其電路如圖2所示。

電感L1的選擇要根據LM2576的輸出電壓、最大輸入電壓、最大負載電流等參數(shù)選擇,首先,依據如下公式計算出電壓·微秒常數(shù)(E·T):

E·T=(Vin - Vout)×Vout/ Vin×1000/f   (1)

上式中,Vin是LM2576的最大輸入電壓、Vout是LM2576的輸出電壓、?是LM2576的工作振蕩頻率值(52kHz)。E·T確定之后,就可參照參考文獻[2]所提供的相應的電壓·微秒常數(shù)和負載電流曲線來查找所需的電感值了。

    該電路中的輸入電容C2一般應大于或等于100μF,安裝時要求盡量靠近LM2576的輸入引腳,其耐壓值應與最大輸入電壓值相匹配。而輸出電容C1的值應依據下式進行計算(單位μF):

C≥13300 Vin/ Vout×L (2)

上式中,Vin是LM2576的最大輸入電壓、Vout是LM2576的輸出電壓、L是經計算并查表選出的電感L1的值,其單位是μH。電容C鐵耐壓值應大于額定輸出電壓的1.5~2倍。對于5V電壓輸出而言,推薦使用耐壓值為16V的電容器。

二極管D1的額定電流值應大于最大負載電流的1.2倍,考慮到負載短路的情況,二極管的額定電流值應大于LM2576的最大電流限制。二極管的反向電壓應大于最大輸入電壓的1.25倍。參考文獻[2]中推薦使用1N582x系列的肖特基二極管。

Vin的選擇應考慮交流電壓最低跌落值(Vac-min)所對應的LM2576輸入電壓值及LM2576的最小輸入允許電壓值Vmin(以5V電壓輸出為例,該值為8V),因此,Vin可依據下式計算:

Vin≥(220Vmin/Vac-min)

如果交流電壓最低允許跌落30%(Vac-min=154V)、LM2576的電壓輸出為5V(Vmin=8V),則當Vac=220V時,LM2576的輸入直流電壓應大于11.5V,通??蛇x為12V。

2.2 工作模式可控應用設計

LM2576的5腳輸入電平可用于控制LM2576的工作狀態(tài)。5腳輸入電平與TTL電平兼容。當輸入為低電平時,LM2576正常工作;當輸入為高電平時,LM2576停止輸出并進入低功耗狀態(tài)。圖3是LM2576的工作模式可控電路原理圖。

圖3中,下拉電阻R2可保證MCU-CON控制端為低時LM2576的正常工作,其值為1~10kΩ。MCU-CON的控制端信號來自MCU,該端為高電平時,LM2576停止輸出,系統(tǒng)進入低功耗狀態(tài)。開關K的閉合會使LM2576重新工作。R1的選擇與R2的阻值有關,設計時保證當MCU-CON控制端為高電平且K閉合時,R1不至于因過流而損壞MCU的輸出控制端。同樣,當MCU-CON控制端為高電平且K斷開時,應保證R2上的分壓大于TTL高電平的最小值(2V)。

圖4

    2.3 與線性穩(wěn)壓器件的配合設計

較高的輸出電壓紋波(一般大于20mV)是開關穩(wěn)壓電源設計中不可回避的問題。在某些對電源紋波電壓有特殊要求的場合(如MCU內部有高精度A/D轉換器等),可采用開關穩(wěn)壓電源來提高穩(wěn)壓電源的工作效率或采用線性穩(wěn)壓電源來降低穩(wěn)壓電源的輸出紋波電壓。因此,采用開關穩(wěn)壓電源與線性穩(wěn)壓電源相結合的形式可為有特殊要求的MCU供電提供一種更好的方法。圖4是低紋波輸出電壓穩(wěn)壓電路原理圖。

圖4中的前半部類似于圖2,為了提穩(wěn)壓電源的整體工作效率,當IC2采用7805時,由于7805的最小輸入電壓為7.5V,因此,圖4中的開關穩(wěn)壓集成電路采用了可調節(jié)輸出芯片(LM2576-ADJ),圖中,開關穩(wěn)壓集成電路的輸出電壓Vort與 R1和R2的關系如下:

Vort=1.23×(1+ R2/ R1)

第4篇:穩(wěn)壓電源設計原理范文

關鍵詞:電子 制圖 驅動

隨著電子技術、電子產品更新?lián)Q代的周期不斷加快,傳統(tǒng)的職業(yè)院校電子專業(yè)課程已遠遠不能滿足企業(yè)對電子專業(yè)技能人才的要求。從筆者學院近幾年畢業(yè)的電子專業(yè)學生的跟蹤反饋中,我們發(fā)現(xiàn)企業(yè)迫切需要職業(yè)院校加快課程體系的建設。為此,筆者學院根據企業(yè)調研的結果,在學院的電子類相關專業(yè)增設了電子工程制圖課程。為使課程教學真正貫徹落實“堅持以就業(yè)為導向,深化職業(yè)教育教學改革”的原則,筆者學院組織電子教研室與計算機教研室具有豐富教學經驗的一線教師共同開展專項教改課題研究,力求使課堂內容貼近教學實際,滿足學生成才與企業(yè)電子專業(yè)崗位群的需要。經過幾年的教學實踐,筆者學院已逐步將該課程建設成有特色、實用性強的精品課程。

一、職業(yè)院校電子工程制圖教學任務

電子工程制圖作為職業(yè)院校電子類相關專業(yè)必修的一門專業(yè)基礎課程,在教學中首先必須把握住課程的教學任務。根據企業(yè)崗位群的需要,我們將該課程的教學任務定位于使學生掌握運用相關軟件完成電路原理圖的繪制、電路仿真、PCB板的設計、設計規(guī)則的檢查、輸出文檔報表等一系列的技能,對學生進行職業(yè)意識培養(yǎng)和職業(yè)道德教育,提高學生的綜合素質與職業(yè)能力,增強學生適應職業(yè)變化的能力,為學生職業(yè)生涯的發(fā)展奠定基礎。

二、職業(yè)院校電子工程制圖教學內容

通過近幾年的教學實踐與摸索,筆者學院逐漸建立起一套適應學院實際教學狀況的教學模式。首先在教學軟件的選擇上,不盲目追求“品牌”,而是選擇最適合學院職校生當前知識、能力素質的軟件。經過多方比較、試用、反饋,特別是征求企業(yè)一線電子技術工程師的意見,最終決定采用Protel DXP 2004軟件。該軟件是基于Windows操作平臺的一款支持中文操作的電子電路設計軟件,它具有強大的設計功能,能夠滿足電子電路設計的需要,為用戶提供全面的設計解決方案,也是目前用戶群最大、實際工程應用最廣泛的版本。其次在教師隊伍的培養(yǎng)上“走出去,請進來”。筆者學院的許多電子專業(yè)教師是大學畢業(yè)直接分配進入學校任教的,其中有很多老教師對于電子工程制圖的軟件應用十分陌生,特別是都缺乏企業(yè)實踐經歷。為此,學院一方面利用校企合作的模式,鼓勵相關專業(yè)教師利用寒暑假去企業(yè)第一線調研、培訓,同時聘請企業(yè)的電子工程師、技師以及技術人員來校擔任外聘教師,這樣“兩條腿走路”,就使教學真正實現(xiàn)與企業(yè)需求的“無縫對接”。

三、職業(yè)院校電子工程制圖教學模式

由于學院學生的層次差異較大,因此在教學中必須根據不同層次學生的需求展開教學。為了幫助學生迅速掌握Protel DXP 2004設計系統(tǒng)的使用方法和操作技巧,學院在教學中摒棄傳統(tǒng)的以知識傳授為主線的知識架構,而是以項目為載體,以任務來推動,依托具體的工作項目和任務將有關專業(yè)課程的內容逐次展開,這樣才能實現(xiàn)預定教學目標。

1.項目教學,任務驅動

項目教學法已被證明是比較適合于職業(yè)院校專業(yè)課程教學的一種教學方法。針對電子工程制圖課程的教學特點,我們將整個教學內容分為九個項目,即初識Protel 的發(fā)展及作用、繪制串聯(lián)型穩(wěn)壓電源原理圖、生成串聯(lián)型穩(wěn)壓電源原理圖相關報表、制作原理圖元件庫、熟悉PCB設計系統(tǒng)工作環(huán)境、制作新的PCB元件庫、制作串聯(lián)型穩(wěn)壓電源電路PCB板、層次原理圖的設計、制作模擬烘 手機顯示與控制電路的PCB板。各個項目設置不同難度的任務,如“繪制串聯(lián)型穩(wěn)壓電源原理圖”項目安排設置串聯(lián)型穩(wěn)壓電源原理圖環(huán)境、原理圖元件庫、放置串聯(lián)型穩(wěn)壓電源元件、串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的元件布局、放置串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的導線、放置電源/接地端口等任務,在每個項目的任務都完成后,教師布置所講授內容的“自我測評”。這樣將完成這些項目任務作為目的精選課堂教學內容,各章節(jié)知識點的分布由淺入深,從簡到繁,循序漸進,學生的學習興趣與積極性得到了充分的激發(fā)。

2.案例導入,理實一體

第5篇:穩(wěn)壓電源設計原理范文

【關鍵詞】單片機;直流穩(wěn)壓;數(shù)模轉換

一、數(shù)字式可調穩(wěn)壓電源原理介紹

1.方案分析與選擇

方案一:數(shù)控部分用單片機帶動數(shù)模轉換芯片提供線性穩(wěn)壓電壓的參考電壓。

優(yōu)點:對于單片機,系統(tǒng)工作在開環(huán)狀態(tài),對數(shù)模轉換的精度要求較高,設計成本低。

缺點:功耗較大,LED數(shù)碼管輸出顯示不是系統(tǒng)的精確輸出電壓,須對它進行軟件補償。

方案二:數(shù)控部分用AVR單片機的PWM組成開關電源,再利用AVR的AD轉換對輸出電壓進行實時轉換,利用軟件進行電壓調整以達到穩(wěn)壓。

優(yōu)點:硬件簡單,穩(wěn)壓的大部分工作由軟件完成,對單片機的運行速度要求很高,利用手頭的ATmaga16L單片機最高8MHz工作頻率很難達到速度要求。對軟件要求較高,功耗小。

缺點:輸出紋波電壓較大,對軟件的要求很高。

方案二簡單的電路結構起初對設計者很吸引,但是后來了解到AVR單片機的PWM的精度用于開關電源比較勉強,而且開關電源有個通?。杭y波電壓大,考慮到設計目標對電源的功耗要求不是很嚴,同時為了保證紋波足夠小也鑒于自身對于51單片機和線性電源較為熟練,故選擇方案一。

2.總體設計原理

本設計采用AT89S52單片機作為整機的控制單元,利用4×4鍵盤輸入數(shù)字量,通過控制單元輸出數(shù)字信號,再經過D/A轉換器(DA0832)輸出模擬量,最后經過運算放大器隔離放大,控制輸出功率管的基極,隨著輸出功率管的基極電壓的變化,間接地改變輸出電壓的大小。

二、數(shù)字式可調穩(wěn)壓電源硬件電路設計

本系統(tǒng)的硬件電路設計主要圍著AT89S 52單片機作為整機的控制單元用PROTEL 99SE設計軟件來布線的,其中還用到了模數(shù)轉換芯片DAC0832、外部存儲芯片24C01、放大器芯片LM324、4×4矩陣式鍵盤、數(shù)碼管等其他器件??傮w框圖考慮到各個元件的電氣特性,例如元器件之間的干擾問題,接地問題,布線問題等,本系統(tǒng)將硬件電路設計分為數(shù)字部分和模擬部分。

(一)穩(wěn)壓電源數(shù)字部分電路

穩(wěn)壓電源數(shù)字部分電路即單片機接口電路主要包括:DAC0832數(shù)模轉換電路、EEPROM接口電路、鍵盤接口電路、揚聲器接口電路、復位電路、晶振電路及數(shù)碼管顯示部分電路。

1.單片機接口總電路

單片機AT89S52與器件的接口總電路如圖1所示,下面將各部分電路介紹,AT89S52的P0、P2.5-P2.7接數(shù)碼管輸出顯示部分電路,其中P0口用來輸出字段碼;P2.5-P2.7用來輸出數(shù)碼管選通位信號;P2.0、P2.2分別接外部存儲芯片24C01的數(shù)據線(SDA)和時鐘線(SCL);P2.3接揚聲器電路,為執(zhí)行內部程序指令,EA/VPP必須接VCC。

AT89S52的P1口與數(shù)模轉換芯片DAC0832相連接,用來輸出數(shù)字量信號;RST為復位腳,用來輸入復位信號,同時它還與P1.5-P1.7一起用作ISP下載端口;P3口用做鍵盤信號輸入端口,XTAL1、XTAL2接晶振電路。

2.單片機電路接口電路

主要有:24C01與單片機AT89S52接口電路、4×4矩陣鍵盤接口電路、揚聲器電路、AT89S52單片機復位電路及外部晶振電路、數(shù)碼管顯示部分電路。下面簡單介紹一下存儲芯片。

穩(wěn)壓電源設計中利用它存儲電壓輸出值,實現(xiàn)掉電保存當前電壓值的功能。它的引腳1、2、3、4、7接地;8腳接+5V;5腳與6腳分別接單片機的P2.0、P2.2的同時接5.1K上拉電阻后再接+5V(因連接總線的器件的輸出端必須是集電極或漏極開路,以具備線“與”功能)。

3.數(shù)字部分電路PCB設計

本系統(tǒng)中,數(shù)字部分電路PCB采用Pro-tel99se軟件進行設計。如圖2所示:

(二)穩(wěn)壓電源模擬部分電路

穩(wěn)壓電源模擬部分電路主要包括電源部分電路,由運放LM324、達林頓管TIP127等構成的輸出電壓控制單元電路。另外,模擬部分電路屬于高壓部分,穩(wěn)壓管和達林頓管發(fā)熱量比較大,要帶散熱片;同時須將它與5V低壓工作的數(shù)字部分電路分開,這樣可有效地防止元件的損壞,這也是系統(tǒng)為什么將電路設計分為數(shù)字部分和模擬部分的原因。

1.電源部分電路

在系統(tǒng)設計中考慮到單片機及其他器件的電源供電問題,采用一個變壓器將220V交流電降壓再經電橋整流,獲得25V左右的平穩(wěn)電壓,然后用穩(wěn)壓管78L24、78L12、78L05進行三次穩(wěn)壓,分別獲得24V、12V和5V的穩(wěn)定電壓,24V提供的是運算放大器LM324和達林頓管TIP127的工作電壓,5V是AT89S52單片機和DAC0832的工作電壓。圖3所示。

2.輸出電壓控制單元電路

系統(tǒng)中,矩陣鍵盤輸入數(shù)字信號經AT89S52處理后輸出給DAC0832,數(shù)字信號經過數(shù)模轉換后輸出的是電流量,因此必須將電流量接電阻后接反饋放大電路以實現(xiàn)穩(wěn)壓輸出。本設計的模擬部分利用了LM324作為放大器,采用二級放大電路,第一級為同相比例放大電路,第二級為閉環(huán)反饋放大電路。

本設計實際用到的數(shù)字式可調穩(wěn)壓電源模擬部分輸出電壓控制單元電路,其中用電位器和微調電阻作為校準電壓值硬件補償;用達林管TIP127作為調整管,由于其工作時發(fā)熱量較大,須外加散熱裝置。

三、數(shù)字式可調穩(wěn)壓電源軟件設計

本系統(tǒng)軟件設計要實現(xiàn)的功能是:鍵盤對單片機輸入數(shù)據,單片機對獲得的數(shù)據進行處理,處理后的數(shù)據送4位共陽數(shù)碼管,再送到8位數(shù)模轉換芯片(DAC0832),以實現(xiàn)數(shù)字量對電壓的控制。系統(tǒng)中的主程序主要完成鍵盤掃描、判斷、處理和數(shù)碼顯示。

1.編程語言及輸入

C語言在單片機的應用中,由于其邏輯性強,可讀性好,比匯編語言靈活簡練,目前越來越多的人從普遍使用匯編語言到逐漸使用C語言開發(fā),市場上幾種常見的單片機均有其C語言開發(fā)環(huán)境。因此,在本系統(tǒng)中,考慮到匯編語言的這些缺點,采用了C語言作為軟件設計語言。

2.軟件補償編程

由于系統(tǒng)采用DAC0832進行模數(shù)轉換線性穩(wěn)定度不夠好,因此系統(tǒng)實際輸出電壓值與輸出顯示值存在誤差,必須用軟件補償?shù)霓k法來消除誤差。為此通過測試多組實際輸出電壓值與輸出顯示值對比,然后進行軟件補償,所以程序中調用軟件補償函數(shù)對輸出電壓值的補償,從而消除誤差。

四、結束語

本系統(tǒng)的不足之處就是不能對輸出電壓進行實時采樣,為了能夠使系統(tǒng)具備檢測實際輸出電壓值的大小,系統(tǒng)通過加入模數(shù)轉換模塊(ADC0809芯片)進行模數(shù)轉換,間接用單片機實時對電壓采樣,然后進行數(shù)據處理及顯示。這樣一來使系統(tǒng)輸出誤差更小,效果更好,這也是系統(tǒng)將來的一種功能擴展。

單片機實現(xiàn)的數(shù)字式可調穩(wěn)壓電源由于原理簡單、穩(wěn)定性好、精度高、成本低、易實現(xiàn)等諸多優(yōu)點而受到越來越廣泛的重視。其性能優(yōu)于傳統(tǒng)的可調直流穩(wěn)壓電源,操作方便,非常適合一般教學和科研使用。

參考文獻

[1]王兆安,黃俊.電力電子技術[M].北京:機械工業(yè)出版社,2006.

第6篇:穩(wěn)壓電源設計原理范文

我們知道,常見的衛(wèi)視接收機普遍采用的是開關電源,其設計輸出的電壓一般有以下幾組:

a. 3.3V@3A (供主芯片、SDRAM及FLASH MEMORY等)

b. 5V@1.5A(供TUNER、前面板及音頻DAC等)

c. 12V@0.5A(供音頻LPF運放及0/12V切換輸出等)

d. 21V@0.5A(供LNB 13/18V切換輸出)

e. 30V@0.01A(TUNER容變二極管調諧)

(注:少部分機型有-12V電源,供音頻LPF運放。在有PVR功能的接收機中,5V/12V電源需供硬盤電源)。

雖然我們可以使用常見的逆變器將12V或24V直流電源變換成220V交流電源供給接收機使用,但電源經DCACDC多次轉換,其能源利用效率大為降低。而且很多低價格逆變器的輸出交流波形并不是正弦波。更有甚者,有的逆變器就直接用方波激勵逆變器逆變管,使輸出的交流中包含有大量的高次諧波。這種高次諧波會干擾其它電器,同時影響衛(wèi)視接收機的音視頻放送質量,嚴重的甚至會干擾衛(wèi)視接收機,造成死機等故障發(fā)生。同時,沉重、落后的逆變器不便攜帶。

當然我們可以用線性三端穩(wěn)壓器件來滿足接收機所需要的幾組電源,但線性穩(wěn)壓電源有一個共同的特點,就是它的功率器件調整管工作在線性區(qū),靠調整管的電壓降來穩(wěn)定輸出。這種線性穩(wěn)壓電源的線性調整工作方式在工作中會有大量的“熱損失”,其熱損值為P=V(調整管壓降)×I(負載電流),工作效率僅為30%~50%。由于調整管靜態(tài)功率損耗大,需要安裝一個很大的散熱器給它散熱。衛(wèi)視接收機系統(tǒng)一般都需要幾組穩(wěn)定的工作電壓才能可靠工作,這樣就需要好幾個線性穩(wěn)壓器才能滿足要求,并且在相當多的接收機中都需要有33V電源供Tuner作為調諧電壓,因此采用線性穩(wěn)壓電源方式時,其輸入電源電壓就要大于33V。同時線性電源較低的效率也會使大量的輸入電能變成熱能而白白消耗掉,在實用性和經濟性上都不能達到朋友的要求,而且高達30多伏的輸入電源在戶外環(huán)境或移動情況下難以實現(xiàn)。

開關型直流穩(wěn)壓電源是與線性穩(wěn)壓電源不同的另一類穩(wěn)壓電源,它和線性電源的根本區(qū)別在于它是工作在幾十千赫茲到幾兆赫茲。功率器件調整管是工作在飽和及截止區(qū),即開關狀態(tài),開關電源因此而得名。開關電源調節(jié)器件以完全導通或關斷的方式工作,工作時要么是大電流流過低導通電壓降的開關管,要么是完全截止無電流流過,因此,開關穩(wěn)壓電源的功耗極低,其平均工作效率可達70%~90%。在相同電壓降的條件下,開關電源調節(jié)器件與線性穩(wěn)壓器件相比具有少得多的“熱損失”,這樣,開關穩(wěn)壓電源就可以大大減少散熱片體積和PCB板的面積,在大多數(shù)情況下甚至不需要加裝散熱片。此外,由于開關穩(wěn)壓電源“熱損失”的減少,設計時還可以提高穩(wěn)壓電源的輸入電壓,使其可以在較大的輸入電壓范圍內正常工作,這有助于提高抗輸入電壓跌落干擾的能力和可以適應更多的輸入電源種類。

較高的輸出電壓紋波(一般大于30mV)是開關穩(wěn)壓電源不可回避的問題,在一些對電源紋波電壓有特殊要求的場合(如MCU內部PLL、Tuner內的高精度A/D轉換器等),常采用線性穩(wěn)壓電源來降低穩(wěn)壓電源輸出的紋波電壓。因此,采用開關穩(wěn)壓電源與線性穩(wěn)壓電源相結合的形式為有特殊要求的器件供電提供了一種更好的方法。線性穩(wěn)壓芯片是一種最簡單的電源轉換芯片,基本上不需要元件。傳統(tǒng)的線性穩(wěn)壓器,如78xx系列都要求輸入電壓要比輸出電壓高2V-3V以上,否則不能正常工作,5V到3.3V的電壓差只有1.7V,所以78xx系列已經不能滿足3.3V或2.5V的電源設計要求。 面對這類需求,許多電源芯片公司推出了Low Dropout Regulator,即:低壓差線形穩(wěn)壓器,簡稱LDO。這種電源芯片的壓差只有1.3-0.2伏,可以實現(xiàn)5V轉3.3V/2.5V,3.3V轉2.5V/1.8V等要求。同時,較低的穩(wěn)壓壓降,可維持較低的LDO自身功耗。

設計構思與工作原理

在對線性穩(wěn)壓集成電路與開關穩(wěn)壓集成電路的應用特性進行比較的基礎上,我們的選擇設計了DC/DC開關穩(wěn)壓和LDO的組合電源。它是由AC/DC電源適配器或直流電池組提供一個直流輸入電壓,經DC/DC及LDO變換以后在輸出端獲得接收機所需的幾組直流電壓。我們只要將衛(wèi)視接收機內的開關電源板替換成這種組合電源,就可以在移動環(huán)境下實現(xiàn)接收衛(wèi)視信號的目的。

由前述的接收機幾組電源參數(shù)可知,衛(wèi)視接收機主要的功率消耗在3.3V和5V兩組電源上。筆者設計了這款12V電壓輸入的衛(wèi)視接收機電源板,其電原理圖見圖一。

電源板基本技術參數(shù):

輸入電壓 :DC 9V~19V(推薦電壓:DC12V)

輸出電壓:

1.8V(或2.8V可選)/Max1000mA 一路

3.3V/ Max 3200mA 二路

5.0V/ Max 2500mA 二路

12V/ Max 500mA一路

21V/ Max 500mA一路

33V/ Max 20mA 一路

在這款電源設計中使用了兩類穩(wěn)壓電源器件:LDO (低壓差穩(wěn)壓器)和DC/DC開關式降壓器(升壓器)。DC/DC開關式降(升)壓器:轉換效率最高可達95%,屬于開關電源的一類。對于LDO,由于其為線性降壓元件,故供電效率完全取決于其輸入/輸出電壓差和輸出電流的大小。

LM2596開關電壓調節(jié)器是電源管理單片集成電路,能夠輸出3A的驅動電流,同時具有很好的線性和負載調節(jié)特性。固定輸出版本有3.3V、5V、12V, 可調版本可以輸出小于40V的各種電壓。該器件內部集成頻率補償和固定頻率發(fā)生器,開關頻率為150KHz,與低頻開關調節(jié)器相比較,可以使用更小規(guī)格的濾波元件。由于該器件只需4個外接元件,可以使用通用的標準電感,這更優(yōu)化了LM2596的使用,極大地簡化了開關電源電路的設計,我們選用固定型LM2596-5。

LM2585開關電壓調節(jié)器是升壓單片集成電路,能夠輸出3A的驅動電流,同時具有很好的線性和負載調節(jié)特性,開關頻率100 KHz。有4 種不同的輸出電壓版本:固定3.3V/ 5.0V/12V 和可調整型。我們選用可調整型LM2585-ADJ。

LT1117是三端的LDO器件,能夠輸出0.8A的驅動電流,有4 種不同的輸出電壓版本:固定3.3V/ 2.5V/1.8V 和可調整型。我們選用固定型LT1117-3.3及LT1117-2.5(1.8)。

12V直流電壓輸入的衛(wèi)視接收機用的電源板工作原理:

12V電源電壓送入由U1(LM2596-5)構成的DC-DC開關式降壓器輸出+5V;同時LM2596的開關脈沖進入由D1、D2和D14三個雙二極管構成的倍壓整流電路升至約40V直流電壓經齊納穩(wěn)壓管D4穩(wěn)壓輸出+33V供Tuner調諧變容二極器作調諧電壓;另一路12V進入由U2(LM2585-Adj)構成的DC-DC升壓開關穩(wěn)壓器輸出+21V供接收機LNB 13/18V極化切換;+3.3V由U1(LM2596-5)輸出的+5V經U3(LT1117-3.3) LDO降壓取得。在有些衛(wèi)視接收機中還需+2.5V(或+1.8V)供CPU,在設計中增加了另一路LDO降壓,裝上U4(LT-1117-2.5/LT1117-1.8)可輸出+2.5V(或1.8V),對于不需要+2.5V(或1.8V)的接收機,可不裝U4 LDO及其濾波感容元件。

關鍵的元器件選擇:

電路中的輸入電容C7、C21一般應大于或等于100μF,安裝時要求盡量靠近LM2596或LM2585的輸入引腳,其耐壓值應與最大輸入電壓值相匹配。LM2596輸出端電容C12的值取470uF;LM2585輸出端電容C24一般應大于或等于220uF; 輸出電容C12、C24的耐壓值應大于額定輸出電壓的1.5~2倍。對于5V電壓輸出而言,推薦使用耐壓值大于16V的電容器。同時輸出電容的ESR會影響到調整器控制回路的穩(wěn)定性,所以電容的ESR是影響輸出波紋的一個因素,絕大多數(shù)小電容有較高的ESR,導致高的開關波紋,最好選用OS-CON高頻電容。

L3的取值為:47uH,L6的取值為:82uH。儲能電感是影響DC-DC轉換器性能的關鍵器件,主要考慮的參數(shù)有電感量、飽和電流和直流電阻以及鐵氧體材料磁芯的開關工作頻率,在體積和成本允許的情況下應選用飽和電流比較大的電感,因為當磁芯接近飽和時損耗增大,會降低轉換效率。電感的飽和電流至少應大于負載的峰值電流,電感的直流電阻會消耗一定的功率,在體積和成本許可的情況下應盡量選用直流電阻小的電感。另外,為降低電源的EMI,最好選用具有閉合磁芯的電感。

二極管VD3的額定電流值應大于最大負載電流的1.2倍,考慮到負載短路的情況,二極管的額定電流值應大于LM2596的最大電流限制,二極管的反向電壓應大于最大輸入電壓的1.25倍,推薦使用1N582x系列的肖特基二極管。二極管D5的額定電流值也應大于最大負載電流的1.2倍,反向電壓應大于最大輸入電壓的4倍。

U2的采樣電阻R3、R4和R5應使用1%精度的電阻,它們的值與輸出電壓有以下關系:

VOUT = VREF〔 1 +(R4+R5)/R3〕

其中VOUT是輸出電壓、VREF是參考電壓(VREF =1.23V)

圖二為該電源板的雙面PCB板,圖三為安裝好的成品電源板,圖四為配套的220V/12V電源適配器。

這款電源板采用了雙面印刷電路設計,其PCB板尺寸僅為:9.6cm×7.4cm,小容量阻容元件選用貼片元件,電解電容一律使用耐高溫為105°C的,功率電感采用閉合磁芯的電感,防反插大功率專用電源插座。整個電源板裝好后一般不需調試,檢測輸出電壓正常后即可上機使用。

應用實例及性能測試

了解了這塊電源板的設計特點和原理后,我們再來看看它的各種性能和測試結果。

A:海克威2000H接收機應用實例及性能測試

??送?000H接收機后面板的標貼處實際是一個為安裝12V控制的方形沖孔,用環(huán)氧敷銅板在此處打孔并固定,把電源板12V輸入插座焊下對孔固定。圖五是直流12V輸入插座安裝實體圖(左為揭開標簽后的后面板,中為插頭安裝后示意圖,右為插座固定示意圖),“SKEW”孔正好安裝一只3.5直插插座,將兩插座并聯(lián),可以方便的使用其他類型插頭電源的輸入。

圖六為電源板安裝在??送?000H接收機中的實體圖。

安裝完畢,檢查連接無誤后接通220V/12V適配器電源,與原機開關電源使用220V市電一樣,熟悉的開機畫面和啟動過程無任何異樣,其聲畫俱佳。

配用220V/12V電源適配器在機實驗測試數(shù)據

測量儀表:DT890數(shù)字萬用表(DC:10A檔)

在接收機進入“增加節(jié)目”狀態(tài)后,其電流值顯示比在接收節(jié)目狀態(tài)時均略下降5-10mA。

B:百勝P-3800接收機應用實例及性能測試

拆除原機開關電源板及AC220V電源線,在原AC220V電源線安裝孔裝上12V電源插座,主板各組電源與電源板一一對應相聯(lián),檢查無誤后通電,接收機啟動正常。

注:本機改裝了DAC及運放模擬音頻部分電路,同時增加一電源模塊,將原機模擬音頻部分電路由單12V供電改成正負雙12V供電。并拆除了TV RF調制器。外接12V供電電流有所增加。圖七為在百勝P-3800接收機上的安裝實體圖。

配用220V/12V電源適配器在機實驗測試數(shù)據

測量儀表:DT-8888數(shù)字萬用表(20A檔)

收視衛(wèi)星:113°E帕拉帕C2,高頻頭:嘉頓(9750/10600MHz)

C:航科CDXT430接收機應用實例及性能測試

拆除原機開關電源板及AC220V電源插座。將電源板在原機開關電源板處安裝,將主板各組電源與電源板一一對應相聯(lián),檢查無誤后通電。接收機啟動正常。

圖八:為在航料430接收機上的安裝實體圖。

航科430機接收系統(tǒng):一個0.45米的碟形衛(wèi)星接收天線一鍋138°E、146°E雙頭雙星,一個0.6米的碟形衛(wèi)星接收天線一鍋113°E帕拉帕C2、105.5°E 3S(Ku)雙頭雙星至一22K中頻切換開關,上述各星信號饋線接至DiSEqC四切一中頻開關再接至航科430衛(wèi)視接收機。航科430系統(tǒng)軟件第一系統(tǒng):中文南瓜,第二系統(tǒng):英文V+V。其中138°E數(shù)碼天空、113°E真世界兩直播平臺使用CV12網絡共享解密系統(tǒng),146°E馬步海夢幻直播平臺使用ATMEGA8芯片黑色D卡解密。

配用220V/12V電源適配器在機實驗測試數(shù)據

測量儀表:DT-8888數(shù)字萬用表(20A檔)

D:應用鎳氫可充電池作電源供應的實驗

采用市場上常見到的鎳氫電池,作為直流電源,看看它的表現(xiàn)如何!

圖九為郵購價3元一只的5號鎳氫電池。電池容量標注1600mAH,標稱電壓1.2V。

10節(jié)鎳氫電池經過20小時的首次充電后,串聯(lián)后測空載電壓為14V,接入已安裝在海克威2000H接收機的12V電源板的電源輸入端。

測量儀表:MF47萬用表(DC:50V檔)、DT890數(shù)字萬用表(DC 10A檔)。

環(huán)境溫度:18°C

10節(jié)鎳氫電池組在連續(xù)工作1小時10分鐘后,電壓跌落加快,在跌落到5V時接收機停止工作,在電池組電壓跌落到5V的過程中,接收機始終穩(wěn)定在選定的鳳凰咨詢臺直至停止工作,未發(fā)生節(jié)目偏移現(xiàn)象。

再次對鎳氫電池充電,充滿放置4個小時后,采取間斷供電的方式,每供電20分鐘停止10分鐘,然后重復此過程,在電池組電壓跌落到10V時停止供電(此時為電池放電的保護截至電壓),累計實際供電時間為1小時20分鐘(編者注:為了增加供電時間,可選擇較大AH的電池)。

E:輸入電壓的變化對輸出穩(wěn)壓性能影響的測試

在??送?000H接收機上,以12V電源板的最高輸出電壓32V為例,用MF47型萬用表觀察其輸出電壓相應的跌落變化。在充電電池組電壓逐步下降的過程中,從開始的最高值逐漸跌落到10V時,其電源板輸出的32V電壓保持不變,電池組電壓跌落到9.5V時,32V電壓跌落到31V,在電池組電壓跌落到7.6V時,32V電壓跌落到25V,在電池組電壓跌落到5V以下時,32V電壓隨之迅速跌落,整個電源板停止工作。

在上述實驗中,本電源板的各電壓轉換集成電路在沒有另加散熱器的情況下只有溫熱感,溫度最高的是LM2596穩(wěn)壓塊,估計表面溫度低于60°C。

注:雖然本電源板的輸入電壓設計適應范圍為:DC 9~19V,但在用高于12V的直流輸入電源時請務必注意:

1、查看接收機原電源板輸出的12V電壓是否是只提供給接收機的音頻低放部分,并且音頻低放單元的最高承受電壓要大于本電源板的輸入電壓!

2、如果第一項是肯定的,將接收機主板中原12V電源通路的濾波電容全部更換為等于或高于25V耐壓值的電容!

3、如果接收機原電源板輸出的12V電壓同時還供給其它電路,應檢查相應的單元電路最高耐受電壓是否高于本電源板的輸入電壓,并且確定在此電壓下是否能可靠和正常工作。

4、選用其他直流輸入電源時,要注意其空載時的輸出電壓是否符合上述要求!

F:220V/12V電源適配器輸出電壓測試數(shù)據

測量儀表::MF47萬用表(DC:50V檔),DT890數(shù)字表(DC:10A檔)

G:12V輸入電源的接收機用電源板轉換效率的測試

使用??送?000H接收機,在相同的收視參數(shù)條件下,分別測試12V電源板的輸入電壓、電流以及其輸出的各路電壓、電流。

測量儀表:DT9205M數(shù)字萬用表。測試數(shù)據如下表:

其工作效率η=輸出總功率Pout/輸入總功率Pin=0.701

結論

第7篇:穩(wěn)壓電源設計原理范文

【關鍵詞】電流脈寬調制;PWM;Pspice

1.概述

電源是電子設備的心臟部分,其質量的好壞直接影響電子設備的可靠性,電子設備故障60%來自電源,開關穩(wěn)壓電源的調整工作在開關狀態(tài),主要優(yōu)越性是高達70%-95%變換效率。

目前,空間技術、計算機、通信、雷達、電視及家用電器中的穩(wěn)壓電源已逐步被開關電源取代。開關穩(wěn)壓電源的優(yōu)越性主要表現(xiàn)在:功耗小,穩(wěn)壓范圍寬,體積小、重量輕[1] [2]。

傳統(tǒng)的線性電源具有穩(wěn)壓性能好、輸出紋波電壓小、使用可靠等優(yōu)點,但工頻變壓器體積龐大,調整管工作于線性放大狀態(tài),導致電源功耗大、效率低、發(fā)熱嚴重。開關電源采用功率管作為開關器件,工作于開關狀態(tài),損耗小;工作頻率在幾十到上百千赫茲,濾波電容、電感的數(shù)值較小。線性穩(wěn)壓電源允許電網波動范圍為220v×(1±10%), 對電網的適應能力很強。另外,由于功耗小、機內溫升低,提高了整機的穩(wěn)定性和可靠性[3]。

2.系統(tǒng)整體概述

開關電源可分成:機箱(或機殼)、電源主電路、電源控制電路三部分。機箱既可起到固定的作用,也可起到屏蔽的作用;電源主電路負責進行功率轉換,通過適當控制電路將市電轉換為所需的直流輸出電壓;控制電路根據實際需要產生主電路所需的控制脈沖及提供保護。開關電源的結構框圖如圖1所示:

圖1 開關電源的結構框圖

電源主電路通過輸入整流濾波、DC-DC變換、輸出整流濾波將市電轉為所需的直流電壓。開關電源主回路可以分為:輸入整流濾波回路、功率開關橋、輸出整流濾波三部分。輸入整流濾波回路通過整流模塊將交流電變換成含有脈動成分的直流電,通過輸入濾波電容使脈動直流電變?yōu)檩^平滑的直流電;功率開關橋將濾波所得直流電變換為高頻方波電壓,通過高頻變壓器傳送至輸出側。由輸出整流濾波回路將高頻方波電壓濾波為所需直流電壓或電流。

控制電路為主回路提供正常功率變換所需的觸發(fā)脈沖。具有以下功能:控制脈沖產生電路、驅動電路、電壓反饋控制電路、各種保護電路、輔助電源電路[4] [5]。

3.軟開關技術

軟開關技術指零電壓開關(ZVS)和零電流開關(ZCS)。圖4所示為功率開關管在軟開關及硬開關下的波形:

圖2 軟開關理想波形和硬開關波形

軟開關包括軟開通和軟關斷。軟開通包括零電流開通及零電壓開通,軟關斷包括零電流關斷及零電壓關斷,可按照驅動信號時序來判斷。

零電流關斷:關斷命令在t2時刻或其后給出,開關器件端電壓由通態(tài)值上升到斷態(tài)值,開關器件進入截止狀態(tài)。

電壓關斷:關斷命令在t1時刻給出,開關器件電流由通態(tài)值下降到斷態(tài)值后,端電壓由通態(tài)值上升到斷態(tài)值,開關器件進入截止狀態(tài)。在t2前,開關器件端電壓必須維持在通態(tài)值(約等于零)。

零電壓開通:開通命令在t2時刻或其后給出,開關器件電流由斷態(tài)值上升到通態(tài)值,開關器件進入導通狀態(tài)。在t2前,開關器件端電壓必須下降到通態(tài)值(約等于零),電流上升到通態(tài)值以前維持在零。

零電流開通:開通命令在t1時刻給出,開關器件端電壓由斷態(tài)值下降到通態(tài)值以后,電流由斷態(tài)值上升到通態(tài)值,開關器件進入導通狀態(tài)。在t2以前開關器件電流必須維持在斷態(tài)值(約等于零)[6] [7]。

圖3 電源控制電路框圖

4.控制電路

根據電路功能將控制電路分為幾部分:脈沖產生電路、觸發(fā)電路、電壓反饋控制電路、軟啟動電路、保護電路、輔助電源電路等[8],控制電路如圖3所示。

脈沖產生電路是控制電路的核心。脈沖產生電路根據電壓反饋控制電路、保護電路及軟啟動電路等提供的控制信號產生所需脈沖信號,該脈沖信號經過觸發(fā)電路的放大驅動開關元件,使開關管導通或關斷。

控制電路輸出的PWM信號,電平幅值和功率能力均不足以驅動大功率開關元件,需要選擇合適的驅動電路。驅動電路將控制電路輸出PWM脈沖信號經過電隔離后進行功率放大及電壓調整驅動大功率開關管,脈沖幅度以及波形關系到開關管的開關過程,直接影響損耗,需合理設計驅動電路,實現(xiàn)開關管最佳開通與關斷[9][10]。

5.系統(tǒng)仿真

5.1 總電路設計

利用理想電源代替振蕩器,通過設置時鐘周期給定振蕩頻率,仿真時控制震蕩頻率外接定時電阻和電容的6、7腳均可不接。簡化輸出電路,利用兩個晶體管模擬輸出級,關閉控制端用數(shù)字激勵驅動,內部邏輯利用數(shù)字仿真器進行仿真。電路參數(shù)選擇和設計時,應考慮上述簡化對系統(tǒng)的影響[11] [12]。

圖4 總電路設計圖

5.2 PWM模塊

根據PWM產生的原理得到仿真模塊,用以產生可調的PWM信號。工頻脈沖信號,通過比較器,經積分器產生三角鋸齒波,通過比較取符號產生一路脈沖信號,由分頻器產生兩路互補驅動脈沖,輸入調節(jié)PWM信號的占空比[13]。

圖5 PWM仿真圖

6.結論

采用組合式變換器實現(xiàn)多路輸出、多種保護。通過Pspice仿真,驗證了設計思路的正確,理論性的可實現(xiàn)。

參考文獻

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[13]汪陽.智能高頻開關電源的研究[D].武漢大學碩士學位論文,2002.

第8篇:穩(wěn)壓電源設計原理范文

關鍵詞:任務;驅動法;《模擬電子技術》;課程;應用

中圖分類號:G712 文獻標識碼:B 文章編號:1002-7661(2015)22-024-01

《模擬電子技術》是電子技術應用專業(yè)的一門重要基礎課,具有較強的實踐性、操作性和應用性。任務驅動教學法主要通過教師對學生學習任務設計,將教學內容分解成一個個電子產品的制作任務,指導學生搜集資料,找到解決任務的方法,循序漸進的完成學習任務,來達到教學目標。它有效地培養(yǎng)了學生實踐操作能力,充分調動了學生的學習積極性。結合我校學生自身特點以及將來就業(yè)崗位對專業(yè)能力的要求,筆者嘗試將任務驅動教學法引入本課程教學,將“任務驅動”教學法貫穿于整個教學過程,注重學生應用能力、團隊協(xié)作精神和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

“任務驅動”以“任務”激活學生的學習動機,激發(fā)了學生的求知欲望,是一種有效的學習方法。從相對比較簡單的實例入手,教師給學生布置給一個個“任務”,當學生們通過自己的努力完成時,他的心理上就會獲得一種成就感。隨著一項又一項任務的完成,學生成就感的不斷提升,增強學生的自信心和自主學習的能力。他們從被動學習逐步轉變?yōu)橹鲃訉W習,進而又帶動理論學習和實踐操作,同時還能培養(yǎng)他們獨立探索、勇于開拓進取的精神。

任務驅動法是建構主義學習理論基礎上的教學方法,對于教師而言,教學方式更為靈活,組織引導更重精當。對于學生而言,課堂學習更為開放民主,思考、探索更需交流、發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)新更為主動,使課堂教學過程充滿生命個性的閃光和智慧的靈感,將教學過程轉變?yōu)閷W生以完成任務為主的空間互動式的探究學習,使學生在課堂上改變“身在曹營心在漢”的夢游,始終處于注意力集中,情緒高漲的積極學習狀態(tài)。每個學生都能懷著濃厚的興趣,帶著極大的熱情參與到解決完成“任務”的過程中。通過“任務”的完成實現(xiàn)知識的重構。

下面是本人基于任務驅動教學法在直流穩(wěn)壓電源的制作與調試課題中進行實踐的教學案例。 由任務分析、學習目標、教學設計和教學反思四個要素組成,其每個要素的具體內容如下:

一、任務分析

直流穩(wěn)壓電源的制作與調試是模擬電子技術中的一個非常重要的模塊。直流穩(wěn)壓電源在電子產品中應用十分廣泛,設計此任務,能夠貼近學生實際生活,激發(fā)興趣和他們的求知欲。 學生已掌握電壓、電流等基本概念,并掌握電阻、電容、電感等常用元器件的特性和基本應用。在技能方面,能夠熟練運用焊接技術和使用常用儀器儀表。 通過任務分析,學生查找資料,小組討論,繪制出方框圖。

根據直流穩(wěn)壓電源的技術指標及要求,其電子線路設計如下:首先由變壓器 將市電 220V 交流電降為低壓;其次是二極管 VD1~VD4 組成的整流電路,利用二極管的單向導電性將低壓交流電轉換成單向脈動的直流電;第三,利用電容 C1 兩端電壓不能突變的特性,濾除單向脈動直流電中的交流成分;最后,三端式集成穩(wěn)壓器,用來穩(wěn)定由于電網電壓波動、負載變化等引起的輸出電壓的變化。

二、學習目標

總學習目標: 通過學生對簡易直流穩(wěn)壓電源的制作,掌握晶體二極管的單向導電性、二極管的參數(shù)選擇以及直流穩(wěn)壓電源的工作原理等相關理論知識,同時增強對電子產品的制作工藝的認識,提高學生的動手操作能力。

三、教學設計

根據模塊內容把該項目分解成以下幾個任務:任務一:根據 方框圖設計整流電路;任務二:手工制作PCB板;任務三:安裝三端可調穩(wěn)壓電源;任務四:整機調試與排故。

四、教學反思

第9篇:穩(wěn)壓電源設計原理范文

【關鍵詞】穩(wěn)壓 三端穩(wěn)壓器 CW7805

在電子電路設備中,一般都需要穩(wěn)定的直流電源供電,目前,很多直流穩(wěn)壓電源都是采用串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓原理,即通過調整輸出端取樣電阻支路中的電位器來調整輸出電壓的范圍。

1 設計任務和要求

輸出電壓: UO= +5V UO= 0 ~ +12V (兩組電壓不能同時輸出)

輸出電流:IO= 0 ~ 500mA

2 電路的確定

整流器件采用硅橋,數(shù)字濾波器采用大容量的電解電容和小容量的有機薄膜電容器,穩(wěn)壓電路選擇用集成穩(wěn)壓器組成串聯(lián)電路。

3 設計方案

電路圖如圖1所示:

在圖1中,當轉換開關S投向“固定”時,此穩(wěn)壓電路就通過三端穩(wěn)壓器CW7805輸出+5V電壓,是一個固定輸出的直流穩(wěn)壓電源;

當轉換開關S投向“可調”時,此時輸出電壓為:

UO=UXX+(UXX/R1+ID)×RPUZ (1)

式(1)中:UXX ― 所用集成穩(wěn)壓器標稱輸出電壓值,此處為+5V

UZ― 硅穩(wěn)壓管電壓,值為-5V,加穩(wěn)壓管是為了可調輸出從0V開始

ID― 集成穩(wěn)壓器的靜態(tài)工作電流

R1,RP ― 為適應固定輸出改為可調輸出而設置的外接取樣電阻和電位器

式(1)中,UZ= UXX,輸出電壓可寫成:

UO=UXX+(UXX/R1+ID)×RP

UO與RP成正比,即在RP= 0時,輸出電壓UO= 0 V,隨著RP阻值的增大,輸出電壓UO亦提高,實現(xiàn)了輸出電壓從0 V起的可調。

4 元件選擇與電路參數(shù)的計算

4.1 選擇集成穩(wěn)壓器

CW7805的起點參數(shù)典型規(guī)范值為:

輸入直流電壓UI= 10V

輸出直流電壓 UO= 5V

4.2 確定輸入電壓

(1)當輸出電壓最低時,此時加于CW7805輸入,輸出兩端之間的電壓最高,但不得超過允許值,即UI UOmax< 35V。

(2)當輸出電壓最高時,此時加于CW7805輸入,輸出兩端之間的電壓最低,但要穩(wěn)壓器正常工作,即 UI UOmax > 2V。

結合設計的具體要求,選UI= 15V。當 UO= 0V時,UI UO = 15V,穩(wěn)壓器輸入,輸出端之間的電壓為超過允許值;當UO= 12V時, UI UO= 3 V,穩(wěn)壓器亦能正常工作。

4.3 確定變壓器次級電壓有效值U2,U3

采用橋式整流電容濾波電路,則輸出電壓:

U2=(1.05 ~ 1.1)UI/1.2

得U2= 13.125V 取 U2= 14V

同理,取U3 = 5 V

4.4 選擇硅橋

在圖2中,根據橋式整流電容濾波電路的輸出電壓公式:

(1)硅橋(Bridge1)的耐壓值為:

URm1= U21.4×14V = 19.6V

硅橋的額定電流為 :

ID= 1/2×I0max=1/2×500mA=250mA

由此,可選用500mA\50V的硅橋

(2)硅橋(Bridge2)的耐壓值為:

URm2==7V

硅橋的額定電流為 :

ID= 1/2×I0max=1/2×500mA=250mA

由此,可選用500mA\14V的硅橋

4.5 確定濾波電容C1

取RLC1≥ 3 ×T/2,則有:

C1≥ =0.003F (T為交流電網電壓的周期)。

選取C1和C4為3300uF/25V的鋁電解電容器

4.6 確定外接取樣電阻R1

取樣電流IR1≥(3 ~ 5)ID,取IR1= 3ID,

則:R1=UXX / IR1=5V/3×3.2mA≈0.521K

可取R1= 510?

4.7 選擇可調電位器RP

當RP的下端不接-5V輔助電源,而直接接地時,可得:

U0= UXX+ (UXX/R1+ ID) ×RP

RP=(U0- UXX)/ (UXX/R1+ ID)≈0.538K

所以,可取RP 為600?的可調電位器。

4.8 確定R2

2CW13是硅穩(wěn)壓二極管,最大工作電流 IZM=38mA,穩(wěn)定電壓UZ=5.5~6.5V,R2為限流電阻,有: R2=UZ / IZM

R2范圍為140?~ 170?,可取R2=150?。

4.9 C2,C3的選取

電路中C2,C3是為減小紋波,消除自激振蕩而設立的。

C2=C3=C5= 0.1 ~ 0.33uF

4.10 -5V輔助硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的設計

為抵消+5V而設置的-5V輔助硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路。

5 結論

本設計是一個直流穩(wěn)壓電源,可以不同時輸出兩組電壓(+5V和0~+12V),電路簡單,易于實現(xiàn)。但在輸出0~+12V時,用電位器對電壓進行調節(jié),由于電位器阻值的非線形和調整范圍窄,使直流穩(wěn)壓電源難以實現(xiàn)輸出的電壓的精度調整。在穩(wěn)壓器公共端電流 變化時,輸出電壓會受到影響,為進一步改善電路,可以在實用電路中加電壓跟隨器,將穩(wěn)壓器與取樣電阻隔離。

參考文獻

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[3]黃繼昌主編.電子元器件應用手冊[M].北京:人民郵電出版社,2004(07).

[4]童詩白,華成英主編.模擬電子技術[M].北京:高等教育出版社,2001(01).

作者簡介

李翠翠(1983-),女,陜西省咸陽市人。大學本科學歷?,F(xiàn)為西安汽車科技職業(yè)學院助教。研究方向為汽車電子技術。