交通灯控制器设计实验报告

一、实习目的：

1. 通过实习让学生掌握开关电源整机电路；

2. 能够根据印制电路板画出整机电路图；

3. 能够识别检测开关电源的元器件；

4. 能够正确拆卸和焊接元器件；

5. 会测试主要工作点的阻值、电压和波形；

6. 能够根据故障现象判断故障部位；

7. 能够进行实际故障维修。

二、实训器材：

万用表、开关电源套件、电烙铁、焊锡、吸锡器。

三、实习原理与步骤：

1.认识拆卸、检测元器件。

电阻：5.6?，270k，5.1k，270?，2.7k，10k，15k。四个色环电阻的识别：第一、二环分别代表两位有效数的阻值；第三环代表倍率；第四环代表误差。五个色环电阻的识别：第一、二、三环分别代表三位有效数的阻值；第四环代表倍率；第五环代表误差。然后用万用表将两表笔（不分正负）分别与电阻的两端引脚相接测出实际电阻值进行比对。为了提高测量精度，应根据被测电阻标称值的大小来选择量程。

电容：100uF/400WV，100uF/50，10uF/350，100uF/160，22uF/50V，57PF，

47000PF。用万用表进行测量，只能定性的检查其是否有漏电，内部短路或击穿现象。测量时，可选用万用表R×10k挡，用两表笔分别任意接电容的两个引脚，阻值应为无穷大。若测出阻值(指针向右摆动)为零，则说明电容漏电损坏或内部击穿。

二极管：1N4007，RG2，FR107。测试前先把万用表的转换开关拨到欧姆档

的RX1K档位（注意不要使用RX1档，以免电流过大烧坏二极管），再将红、黑两根表笔短路，进行欧姆调零。①正向特性测试，把万用表的黑表笔（表内正极）搭触二极管的正极，红表笔（表内负极）搭触二极管的负极。若表针不摆到0值而是停在标度盘的中间，这时的阻值就是二极管的正向电阻，一般正向电阻越小越好。若正向电阻为0值，说明管芯短路损坏，若正向电阻接近无穷大值，说明管芯断路。短路和断路的管子都不能使用。

②反向特性测试，把万且表的红表笔搭触二极管的正极，黑表笔搭触二极管的负极，若表针指在无穷大值或接近无穷大值，管子就是合格的。反之则不合格。

三极管：J9817，C1815(NPN)，A1015(PNP)。(a)判定基极。用万用表R×100或R×1k挡测量三极管三个电极中每两个极之间的正、反向电阻值。当用第一根表笔接某一电极，而第二表笔先后接触另外两个电极均测得低阻值时，则第一根表笔所接的那个电极即为基极b。这时，要注意万用表表笔的极性，如果红表笔接的是基极b。黑表笔分别接在其他两极时，测得的阻值都较小，则可判定被测三极管为PNP型管；如果黑表笔接的是基极b，红表笔分别接触其他两极时，测得的阻值较小，则被测三极管为NPN型管。(b)判定集电极c和发射极e。(以PNP为例)将万用表置于R×100或R×1k挡，红表笔基极b，用黑表笔分别接触另外两个管脚时，所测得的两个电阻值会是一个大一些，一个小一些。在阻值小的一次测量中，黑表笔所接管脚为集电极；在阻值较大的一次测量中，黑表笔所接管脚为发射极。

2.整机方框图（框图简介）

市电经抗干扰、整流后由串联的C1 与C2 滤波后得到+310V 直流电压，在C1 与C2 上各形成对称的、约+155V的电压。辅助电源电路得到+310V电压后，开始工作产生辅助电压，并加到PWM脉冲产生电路。在开机电路控制下，PWM 电路产生相位相反的两个脉冲，经驱动电路通过脉冲驱动变压器T3，在L1与L2中分别产生相位相反的两个驱动脉冲，分别驱动开关管1和开关管2轮流工作于开关状态。

开关管1导通时，开关管2截止。C1上的+155V电压通过开关管1、T4初级绕组、C3回到C1负极构成回路，在T4初级产生由上而下的电流。开关管2导通时，开关管1截止。C2上的+155V电压通过C3、T4初级绕组、开关管2、经地回到C2负极构成回路，在T4初级产生由下而上的电流。T4为功率变换变压器，是开关电源中体积最大的元件。T4初级中流过的相反方向的电流，由次级各绕组经整流得到不同的输出电压，为负载提供电源。

稳压控制电路从输出电压中取出样品电压，与基准电压相比较，产生误差电压，经稳压控制电路送到PWM 脉冲产生电路，调整输出脉冲的宽度或频率；再经驱动电路调整两只开关管的导通时间或频率，使流过T4初级的电流改变，从而调整输出电压

3. 整机电路原理图

整流滤波后的+310V电压，通过启动电阻1R1加到开关管（场效应管）G12的栅极（控制极），使开关管微导通，产生一个微弱的漏极电流I D，这一电流是由整流滤波后的+310V通过开关变压器初级5—6绕组和开关管源极、漏极产生的。这个电流虽然很弱，但它是一个突变增大的电流，在5—6绕组两端必然产生5正6负的感应电动势，从而使反馈绕组7—8上也产生7正8负的感应电动势。这一感应电动势通过1R7、1C3、1D4反馈电路，加至开关管的栅极，使栅极电压进一步增大，又引起场效应管更大的漏极电流，又使7—8 绕组产生更大的反馈电压，并对1C3 进行充电，使1C3 产生左负右正的电压。这是一个正反馈过程。如此反复，很快会使开关管G12 由截止状态越过放大状态进入饱和状态。

开关管饱和导通之后，由于初级5—6绕组（储能绕组）的电感量很大，因此，开关管漏极和源极的电流仍将增长一段时间，开关变压器初级5—6绕组中的电流缓慢增大。当5—6绕组中的电流不再增加时，反馈绕组7—8绕组中的感应电动势为零，1C3由原来左负右正的充电状态通过1D4放电，为下一次充电做准备。这个放电过程将使开关管的栅极电压下降，引起开关管退出饱和状态，漏极电流开始减小，5—6绕组中就产生反向感应电动势5负6正，反馈绕组7—8间也将产生反向感应电动势7 负8 正，并通过1R7、1C3、1D4 加到开关管的栅极，使栅极电压进一步减小。减小的栅极电压使开关管源极电流变得更小，又使反馈绕组7—8产生更大的反向反馈电压，并变为负电位（这正是当开关管进入振荡状态时，测控制极电位总有-0.3V的原因）。这个过程也是一个正反馈过程。如此反复，很快会使开关管G12由饱和状态越过放大状态进入截止状态。

开关管截止之后，各绕组感应电动势也为零，电路变回到初始状态。+310V 直流电经1R1加到开关管控制极，使开关管控制极电位再次升高后再一次微导通，进入下一次饱和与截止过程。就这样，开关管周而复始地重复上述过程，反复导通与截止，形成自激振荡进行工作。

这里特别说明一点，在开关管突然导通后，在开关变压器5—6 绕组中的电流不是突然增大的，因为5—6 绕组是一个电感量很大的线圈，在突然增大的电流作用下能产生较大的反向感应电流（略比原电流小），这个电流与原电流互相抵消，使从5—6绕组中流过的电流不能突然增长。随着导通时间加长，5—6绕组中流过的电流将越来越大。当然这是一个瞬间的过程。

在上图中开关管G12在导通期间，电流流过开关变压器5—6绕组，根据变压器原理可知,在次级2—1和2—4中也产生2正1负与2正4负的感应电动势，二极管D13和D19因反偏而截止，不向负载供电，5—6 绕组中流过的电流（电能）以磁场能的形式储存在开关变压器中。当开关管截止时，在次级2—1 和2—4 中产生的感应电动势反向，D13、D19 因正偏而导通，开关变压器初级5—6 绕组储存的磁能转换为电能泄放，经D13 和D19 高频整流，电容1C5 和1C0 平滑滤波后，得到输出电压，并向负载供电。由于2—1和2—4绕组匝数不同，整流滤波后输出电压也不同。辅助电源只有两路输出。一路是由D19、1C0 整流滤波输出+B=+12V 的电压，用作主开关电源产生脉冲及驱动电路的工作电压；另一路是由D13、1C5整流滤波输出SB=+5V的电压，经1C5、1L1 和1C6组成的“Π型”滤波器进一步滤波后，通过插接线输送到电脑主板上，作为电脑主板开机电路使用。因SB=+5V 是通过一根紫色线送到主板上的，所以也有人称为“紫5V”，又称“待机电源”.从变压器的工作原理来讲，输出电压的高低取决于开关变压器初级5—6 绕组中电流的大小和时间长短。5—6 绕组中电流越大，电流流过的时间越长，次级绕组获得的感应电压越高（参考图2-7）。反之，次级绕组获得的感应电压越低。因此，通过控制5—6绕组中电流流过的时间长短，就可以控制输出电压的高低。G12 进入饱和导通后，导通时间（即脉宽）的长短由脉宽控制电路来控制。也就是说，G12从导通转入截止，是由控制电路实现的。

控制电路由取样电路、比较放大电路、基准电压、脉宽调整元件等组成。取样比较电路根据输出电压的高低，与基准电压比较后输出不同的误差电压去控制脉宽调整电路，由脉宽调整电路来调节开关管的导通时间，实现输出电压的稳定。电路上主要采用了光电耦合器PC817和精密稳压器G10及脉宽调制三极管G11组成。脉宽调制由一只三极管G11 来完成。严格来讲，脉宽调制电路是由整个稳压控制电路组成的。当从误差放大电路来的控制电流增大时，三极管G11 导通增强，对开关管G12 控制极的反馈电压分压增强，G12提前截止，电流流过开关变压器5—6绕组的时间变短，从而使输出电压降低；当从误差放大电路来的控制电流减小时，三极管G11导通减弱，对开关管G12控制极的反馈电压分压减弱，G12导通时间加长，电流流过开关变压器5—6绕组的时间增长，从而使输出电压升高。整个稳压控制过程可简述如下：

当某种原因使SB=+5V升高时，SB↑→U RA↑→U KA↓→I KA↑→光耦中发光二极管发光↑→光敏管导通↑→G11基极电流↑→G11导通↑→G12提前截止→SB↓，从而实现稳压。

当某种原因使SB=+5V降低时，其稳压过程与上述相反。电源中的保护电路主要包括浪涌电流限制电路、尖峰吸收电路、过流保护电路和过压保护电路等

4.主要工作点的测试

5.故障检修

故障现象：通电后没有输出电压，但有输入电压。

故障部位：输入到输出这一段电路。

故障判断：可能是元器件没有焊接好或者有损坏，再有可能是元器件装接有误。

检修方法和步骤：先看元器件外表是否有损坏，看电路连接是否有误，然后用万用表一一测量元件是否能正常工作。

检修结果：输出端二极管有两个接反了，水泥电阻内部已被烧坏。经过更换和改正后电路能正常工作。

四、实习收获和体会：

经历了13周的焊接学基础实验，我觉得自己学到了很多东西，虽然大1的时候也在学习的时候学过焊接，但是那时候自己对焊接原理是完全不了解，到现在基本学习完了焊接学基础的理论教学再来做实验的我感觉轻松了，因为我懂得了很多焊接学的原理。这13周的焊接学实验我们总的来说学习了装接元器件，和对元器件的认识作用。也让我了解了开关电源的一些知识，通过这次实验，我对他的认识更加深刻了。每次体验实验之前老师总是给我们介绍实验需要注意的事项以及实验内容！通过老师的介绍和之后亲身的体验可以说我们对于每次实验的内容都有很好的理解和体会。