一种电子系统电源技术教学实验电路板

1.本发明属于教学仪器技术领域，尤其涉及一种电子系统电源技术教学实验电路板。


背景技术：

2.目前，电子系统电源技术是面向电子信息工程、通信工程专业学生开设的一门专业限选课。该课程注重理论与实验实践相结合，自开课以来，由于没有配套的硬件实验装置，该课程的实验课都是在实验室的计算机上进行上机仿真完成，对学生的动手能力，硬件调试等能力的培养不能达到工程技术应用型人才培养目标的要求。
3.通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有技术中课程的实验课都是在实验室的计算机上进行上机仿真完成，对学生的动手能力，硬件调试等能力的培养不能达到工程技术应用型人才培养目标的要求。


技术实现要素：

4.针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种电子系统电源技术教学实验电路板。
5.本发明是这样实现的，一种电子系统电源技术教学实验电路板，所述电子系统电源技术教学实验电路板设置有：
6.整流与滤波模块，安装在电路板上，通过变压器改变交流电的电压，利用半波整流电路、全波整流电路或桥式整流电路将正负变化的交流电压变为单向脉动电压；
7.利用可调滤波电路减少脉动的直流电压中的交流成分，保留直流成分，输出电压纹波系数降低，波形变得平滑，使可调负载得到脉动直流电；
8.线性直流稳压模块，安装在电路板上，与整流与滤波模块通过连接线连接，通过由三极管构成的误差放大器组成的线性直流稳压电路或由运放构成的误差放大器组成的线性直流稳压电路对变压整流后的输出电压进行稳定；
9.通过利用可调滤波电路减少脉动的直流电压中的交流成分，保留直流成分，输出电压纹波系数降低，波形变得平滑，使可调负载得到脉动直流电；
10.开关电源模块，安装在电路板上，与整流与滤波模块通过连接线连接，通过pwm产生电路产生功率元件的控制信号，通过buck变换器、boost变换器和buck-boost变换器对功率元件的控制信号进行变换；
11.利用可调滤波电路减少脉动的直流电压中的交流成分，保留直流成分，输出电压纹波系数降低，波形变得平滑，使可调负载得到脉动直流电。
12.进一步，所述整流与滤波模块中的变压器设置有：
13.变压模块，通过铁芯、初级线圈、次级线圈进行交流电的电压变换；
14.控温模块，通过在变压器壳体内部安装有冷却组件和升温组件，对变压器壳体内部的温度进行控制，使变压器内部的温度控制在合适的范围内；
15.连接电路控制模块，通过在变压器与外部电路连接的位置处，安装对应的气体继电器，控制变压器与外部电路的通断，满足使用要求；
16.温度检测模块，通过在变压器壳体内部安装有温度传感器，对变压器壳体内部的温度进行检测，为控温模块提供相应的数据参考。
17.进一步，所述温度检测模块设置有信号产生模块，信号产生模块将采集的温度电信号传递到温度电信号模数转换模块；
18.温度电信号模数转换模块通过对自变量和幅值离散化处理，将采集的温度电信号转换成数字信号；
19.温度电信号转换完成后，利用信号处理模块对转换完成后的数字信号进行滤波和频域变换；
20.信号处理完成后，将处理完成后的温度数字信号转换为模拟信号。
21.进一步，所述冷却组件设置有压缩模块，压缩模块通过压缩机将冷却介质输送到温度交换模块；
22.温度交换模块吸收变压器壳体内部的热量，并将温度高的介质输送到冷凝模块中；
23.冷凝模块通过管道将介质进行降温，并将降温后的介质输送到冷却介质储存罐中；
24.所述冷凝模块连接的管道为防霜管；
25.所述升温组件设置有加热模块，加热模块通过减震模块安装在变压器壳体上；
26.减震模块由减震弹簧组和支撑板构成，支撑板上中间位置设置有通孔，通孔中安装有通风模块。
27.进一步，所述整流与滤波模块、线性直流稳压模块和开关电源模块分别设置有可调功率负载，可调功率负载包括：
28.mcu微控制器模块，通过对温度检测模块检测的数据进行抗干扰处理，与设置的温度数据相比较，超过就报警并启动控温冷却，相应数据信息送显示模块实时显示；
29.温度检测模块，通过在可调功率负载内部安装有温度传感器，对可调功率负载的温度进行检测，为控温模块提供相应的数据参考；
30.显示模块，通过连接mcu微控制器模块，实时显示温度、报警信息；
31.报警模块，通过连接mcu微控制器模块，对报警信号进行输出；
32.控温模块，通过在可调功率负载内部安装冷却组件，对可调功率负载的温度进行控制，使可调功率负载的温度控制在合适的范围。
33.进一步，所述整流与滤波模块中的桥式整流电路设置有四个整流二极管，四个整流二极管构成菱形结构；
34.菱形结构中左右两端点通过导线连接，导线上连接有可调电阻；菱形结构中上下两端点分别通过导线与变压器连接；
35.当电压处于正半周期，菱形结构中第一对边二极管导通，第二对边二极管截止；
36.当电压处于负半周期时，菱形结构中第一对边二极管截止，第二对边二极管导通。
37.进一步，所述整流与滤波模块中的半波整流电路设置有一个整流二极管，整流二极管与负载电阻串联；整流二极管与负载电阻串联组成的电路连接变压器的次级线圈；
38.当电压处于正半周期时，变压器上端为正，变压器下端为负，整流二极管正向电压导通；
39.当电压处于负半周期时，变压器上端为负，变压器下端为正，整流二极管反向电压导通；
40.所述整流与滤波模块中的全波整流电路设置有两个整流二极管，将两个整流二极管构成电桥结构；
41.当电压处于正半周期时，由对边连接的二极管导引电流，自上而下输入到可调电阻中；
42.当电压处于负半周期时，由另外的对边连接的二极管导引电流，自上而下输入到可调电阻中。
43.本发明的另一目的在于提供一种半波、全波、桥式整流滤波实验设备，所述半波、全波、桥式整流滤波实验设备采用所述的电子系统电源技术教学实验电路板。
44.本发明的另一目的在于提供一种线性直流稳压电源电路实验设备，所述线性直流稳压电源电路实验设备采用所述的电子系统电源技术教学实验电路板。
45.本发明的另一目的在于提供一种buck、boost和buck-boost变换电路开关电源实验设备，所述buck、boost和buck-boost变换电路开关电源实验设备采用所述的电子系统电源技术教学实验电路板。
46.结合上述的技术方案和解决的技术问题，请从以下几方面分析本发明所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：
47.第一、针对上述现有技术存在的技术问题以及解决该问题的难度，紧密结合本发明的所要保护的技术方案以及研发过程中结果和数据等，详细、深刻地分析本发明技术方案如何解决的技术问题，解决问题之后带来的一些具备创造性的技术效果。具体描述如下：
48.本发明通过设置有整流与滤波模块，学生可通过选择不同的整流电路，观测实验数据，掌握不同整流电路的基本工作原理。本发明通过在整流与滤波模块、线性直流稳压模块和开关电源模块设置有可调功率负载，在实验过程中，可调功率负载会发烫，不小心会烫人，加上这个测控装置，可提高安全性。本发明电子系统电源技术教学实验电路板能够有效配合课程教学，使学生加深对理论知识的理解，训练学生综合运用所学的理论知识，掌握一定的设计方法和设计思想，能够有效培养学生的创新意识和动手能力。
49.第二，把技术方案看做一个整体或者从产品的角度，本发明所要保护的技术方案具备的技术效果和优点，具体描述如下：
50.本发明通过自制实验装置提高了电子系统电源技术课程学习质量。
附图说明
51.图1是本发明实施例提供的电子系统电源技术教学实验电路板结构示意图；
52.图2是本发明实施例提供的整流与滤波模块工作过程示意图；
53.图3是本发明实施例提供的线性直流稳压模块工作过程示意图；
54.图4是本发明实施例提供的开关电源模块工作过程示意图；
55.图中：1、电路板；2、整流与滤波模块；3、线性直流稳压模块；4、开关电源模块。
具体实施方式
56.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
57.一、解释说明实施例。为了使本领域技术人员充分了解本发明如何具体实现，该部分是对权利要求技术方案进行展开说明的解释说明实施例。
58.如图1所示，本发明实施例提供的电子系统电源技术教学实验电路板包括：
59.整流与滤波模块2，安装在电路板1上，通过变压器改变交流电的电压，利用半波整流电路、全波整流电路或桥式整流电路将正负变化的交流电压变为单向脉动电压；同时利用可调滤波电路减少脉动的直流电压中的交流成分，保留直流成分，输出电压纹波系数降低，波形变得平滑，使可调负载得到脉动直流电。通过设置有整流与滤波模块，学生可通过选择不同的整流电路，观测实验数据，掌握不同整流电路的基本工作原理。
60.线性直流稳压模块3，安装在电路板1上，与整流与滤波模块通过连接线连接，通过由三极管构成的误差放大器组成的线性直流稳压电路或由运放构成的误差放大器组成的线性直流稳压电路对变压整流后的输出电压进行稳定；通过利用可调滤波电路减少脉动的直流电压中的交流成分，保留直流成分，输出电压纹波系数降低，波形变得平滑，使可调负载得到脉动直流电。线性直流稳压模块3的输入电压由整流与滤波模块提供，误差放大器电路有两种类型可选择，学生可通过选择不同的电路，观测实验数据，掌握不同误差放大器电路的基本工作原理。
61.开关电源模块4，安装在电路板1上，与整流与滤波模块通过连接线连接，通过pwm产生电路产生功率元件的控制信号，通过buck变换器、boost变换器和buck-boost变换器对功率元件的控制信号进行变换，并利用可调滤波电路减少脉动的直流电压中的交流成分，保留直流成分，输出电压纹波系数降低，波形变得平滑，使可调负载得到脉动直流电。开关电源模块的输入电压由整流与滤波模块提供，开关电源的变换器电路有三种类型可选择，学生可通过选择不同的电路，观测实验数据，掌握不同变换器电路的基本工作原理。
62.本发明实施例提供的整流与滤波模块2、线性直流稳压模块3和开关电源模块4分别设置有可调功率负载，可调功率负载包括：
63.mcu微控制器模块，通过对温度检测模块检测的数据进行抗干扰处理，与设置的温度数据相比较，超过就报警并启动控温冷却，相应数据信息送显示模块实时显示。
64.温度检测模块，通过在可调功率负载内部安装有温度传感器，对可调功率负载的温度进行检测，为控温模块提供相应的数据参考。
65.显示模块，通过连接mcu微控制器模块，实时显示温度、报警等信息。
66.报警模块，通过连接mcu微控制器模块，对报警信号进行输出。
67.控温模块，通过在可调功率负载内部安装冷却组件，对可调功率负载的温度进行控制，使可调功率负载的温度控制在合适的范围。
68.本发明实施例提供的变压器设置有：
69.变压模块，通过铁芯、初级线圈、次级线圈进行交流电的电压变换。
70.控温模块，通过在变压器壳体内部安装有冷却组件和升温组件，对变压器壳体内部的温度进行控制，使变压器内部的温度控制在合适的范围内。
71.连接电路控制模块，通过在变压器与外部电路连接的位置处，安装对应的气体继电器，控制变压器与外部电路的通断，满足使用要求。
72.温度检测模块，通过在变压器壳体内部安装有温度传感器，对变压器壳体内部的温度进行检测，为控温模块提供相应的数据参考。
73.本发明实施例提供的温度检测模块设置有信号产生模块，信号产生模块将采集的温度电信号传递到温度电信号模数转换模块；
74.温度电信号模数转换模块通过对自变量和幅值离散化处理，将采集的温度电信号转换成数字信号；
75.温度电信号转换完成后，利用信号处理模块对转换完成后的数字信号进行滤波和频域变换；
76.信号处理完成后，将处理完成后的温度数字信号转换为模拟信号。
77.所述冷却组件设置有压缩模块，压缩模块通过压缩机将冷却介质输送到温度交换模块；
78.温度交换模块吸收变压器壳体内部的热量，并将温度高的介质输送到冷凝模块中；
79.冷凝模块通过管道将介质进行降温，并将降温后的介质输送到冷却介质储存罐中。
80.所述冷凝模块连接的管道为防霜管。
81.所述升温组件设置有加热模块，加热模块通过减震模块安装在变压器壳体上；
82.减震模块由减震弹簧组和支撑板构成，支撑板上中间位置设置有通孔，通孔中安装有通风模块。
83.本发明实施例提供的整流与滤波模块2中的桥式整流电路设置有四个整流二极管，四个整流二极管构成菱形结构；
84.菱形结构中左右两端点通过导线连接，导线上连接有可调电阻；菱形结构中上下两端点分别通过导线与变压器连接；
85.当电压处于正半周期，菱形结构中第一对边二极管导通，第二对边二极管截止；
86.当电压处于负半周期时，菱形结构中第一对边二极管截止，第二对边二极管导通。
87.本发明实施例提供的整流与滤波模块2中的半波整流电路设置有一个整流二极管，整流二极管与负载电阻串联；整流二极管与负载电阻串联组成的电路连接变压器的次级线圈；
88.当电压处于正半周期时，变压器上端为正，变压器下端为负，整流二极管正向电压导通；
89.当电压处于负半周期时，变压器上端为负，变压器下端为正，整流二极管反向电压导通。
90.本发明实施例提供的整流与滤波模块2中的全波整流电路设置有两个整流二极管，将两个整流二极管构成电桥结构；
91.当电压处于正半周期时，由对边连接的二极管导引电流，自上而下输入到可调电阻中；
92.当电压处于负半周期时，由另外的对边连接的二极管导引电流，自上而下输入到
可调电阻中。
93.二、应用实施例。为了证明本发明的技术方案的创造性和技术价值，该部分是对权利要求技术方案进行具体产品上或相关技术上的应用的应用实施例。
94.本发明实施例提供的电子系统电源技术教学实验电路板可开展整流滤波实验(包括半波、全波、桥式整流)；线性直流稳压电源电路实验(由三极管构成的误差放大器)；线性直流稳压电源电路实验(由运放构成的误差放大器)；buck变换电路开关电源实验；boost变换电路开关电源实验；buck-boost变换电路开关电源实验。同时本发明在实验过程中，在各模块之间或关键器件处设置观测点，用示波器测量并记录各观测点的波形，用电压表测量并记录各观测点的电压值等。
95.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。