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简易数控直流稳压电源设计.docx

发布时间：2022-05-29 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：0.26M 资料格式：docx 举报 版权申诉
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    调频TDA7088集成电路应用
    课 程 设 计 报 告 专 用 纸 1 引言 随着对系统更高效率和更低功耗的需求，电信与通信设备的技术更新推动电 源行业中直流/直流电源转换器向更高灵活性和智能化方向发展。整流系统由以 前的分立元件和集成电路控制发展为微机控制，从而使直流电源智能化，具有遥 测、遥信、遥控的三遥功能，基本实现了直流电源的无人值守设计的直流稳压电 源主要由单片机系统、键盘、数码管显示器、指示灯及报警电路、检测电路、D/A 转换电路、直流稳压电路等几部分，直流稳压电源是最常用的仪器设备。 2 简易数控直流稳压电源设计 2.1 设计任务和要求 设计并制作有一定输出电压调节范围和功能的数控直流稳压电源。基本要 求如下： 1．输出直流电压调节范围 3~15V，纹波小于 10mV 2．输出电流为止 500m A. 3．稳压系数小于 0.2。 4．直流电源内阻小于 0.5Ω。 5．输出直流电压能步进调节，步进值为 1V。 6．由“+”、“-”两键分别控制输出电压步进增的减。 2.2 设计方案 根据设计任务要求，数控直流稳压电源的工作原理框图如图 1 所示。主 要包括三大部分：数字控制部分、D/A 变换器及可调稳压电源。数字控制部 分用+、-按键控制一可逆二进制计数器，二进制计数器的输出输入到 D/A 变 换器，经 D/A 变换器转换成相应的电压，此电压经过放大到合适的电压值后， 去控制稳压电源的输出，使稳压电源的输出电压以 1V 的步进值增或减。 图 1 简易数控直流稳压电源框图 第 1页，共 8 页
    课 程 设 计 报 告 专 用 纸 2.3 电路设计 2.3.1 整流、滤波电路设计 首先确定整流电路结构为桥式电路；滤波选用电容滤波。电路如图 2 所示。 图 2 整流滤波电路 电路的输出电压 UI 应满足下式：U≥Uomax+（UI-UO）min+△UI 式中，Uomax 为稳压电源输出最大值；（UI-UO）min 为集成稳压器输入输 出最小电压差；URIP 为滤波器输出电压的纹波电压值（一般取 UO、（UI-UO）min 之和的确良 10%）；△UI 为电网波动引起的输入电压的变化（一般取 UO、（UI-UO） min、URIP 之和的 10%）。 对于集成三端稳压器，当（UI-UO）min=2~10V 时，具有较好的稳压特性。故滤 波器输出电压值：UI≥15+3+1.8+1.98≥22(V),取 UI=22V.根据 UI 可确定变压 器次级电压 U2。 U2=UI/ 1.1～1.2≈(20V) 在桥式整流电路中，变压器，变压器次级电流与滤波器输出 电流的关 系为：Ｉ2=(1.5～2)II≈(1.5～2)IO=1.5×0.5=0.75(A).取变压器的效率η＝ 0.8,则变压器的容量为 P=U2I2/η=20×0.75/0.8=18.75(W) 选择容量为 20W 的变压器。 因为流过桥式电路中每只整流三极管的电流为 ID=1∕2Imax=1/2IOmax=1/2×0.5=0.25(A) 每只整流二极管承受的最大反向电压为 10 1(  max 2 U 2   U RM 选用三极管 IN4001，其参数为：ID=1A，URM=100V。可见能满足要求。 (31 V %) 20   ) 一般滤波电容的设计原则是，取其放电时间常数 RLC 是其充电周期的确 2～5 倍。对于桥式整流电路，滤波电容 C 的充电周期等于交流周期的一半， 即 第 2页，共 8 页
    课 程 设 计 报 告 专 用 纸 RLC≥（2～5）T/2=2～5/2f, 由于ω＝2πf,故ωRLC≥(2～5)π,取ωRLC＝3π则 C=3π/ωRL 其中 RL=UI/II，所以滤波电容容量为 C＝3πII/2πfUI＝(3π×0.5)/ 2π ×50×22＝0.681×103(μF) 取 C=1000µF。电容耐压值应考虑电网电压最高、负载电流最小时的情况。 UCmax=1.1× 2 U2max=1.1× 2 ×20≈31.1(V) 综合考虑波电容可选择 C=1000µF，50V 的电解电容。另外为了滤除高频 干扰和改善电源的动态特性，一般在滤波电容两端并联一个 0.01～0.1µF 的高 频瓷片电容。 2.3.2 D/A 变换器 D/A 变换器设计若要使 UIN 步进变化，则需要一数模转换器完成。电路 如图 4 所示。 图 4 D/A 转换器电路 该电路的输入信号接四位二进制计数器的输出 端，设计数器输出高电 平为 UH≈+5V，输出 低电平 UL≈0V。则输出 电压表达式为 Uo1=-Rf〔UH/8R·D0+UH/4R·D1+UH/2R·D2+UH/R·D3〕 =-RfUH/23R〔23D3+22D2+21D1+20D0〕 设 Uo2=-Uo1(UIN).当 D3D2D1D0(Q3Q2Q1Q0)=1111 时,要求 UIN=12V，即： 12=RfUH/23R×15 当 UH=5V 时，Rf=1.28R.取 R=20KΩ,Rf 由 20KΩ电阻和电阻 3.5KΩ电位 第 3页，共 8 页
    课 程 设 计 报 告 专 用 纸 器串联组成。 2.3.3 可调稳压电路设计 为了满足稳压电源最大输出电流 500mA 的要求，可调稳压电路选用三端集成 稳压器 CW7805，该稳压器的最大输出电流可达 1.5A，稳压系数、输出电阻、纹 波大小等性能指标均能满足设计要求。要使稳压电源能在 5～15V 之间调节，可 采用图 3 所示电路。 设运算放大器为理想器件，所以 UN≈UP。又因为 图 3 可调稳压电路 UP=（R2/R1+R2）UIN，UN=（U0-R3/R3+R4）×3 所以，输出电压满足关系式 U0=UNI·（R·/R1+R2）+（R3/R3+R4）×3 令 R1=R4=0，R2=R3=1KΩ。则 U0=UIN+3。 由此可见，U0 与 Uin 之间成线性关系，当 UIN 变化时，输出电压也相应 改变。若要求输出电压步进增或减，UIN 步进增或减即可。 第 4页，共 8 页
    课 程 设 计 报 告 专 用 纸 2.3.4 数字控制电路设计 数字控制电路的核心是可逆二进制计数器。74LS193 就是双时钟 4 位二 进制同步可逆计数器。计数器数字输出的加/减控制是由“+”、“-”两面三刀 按键组成，按下“+”或“-”键，产生的输入脉冲输入到处 74LS193 的 CP+ 或 CP-端，以便控制 74LS193 的输出是作加计数还是作减计数。为了消除按 键的抖动脉冲，引起输出的误动作，分别在“+”、“-”控制口接入了由双集 成单稳态触发器 CD4538 组成的单脉冲发生器。每当按一次按键时，输出一个 100ms 左右的单脉冲。电路如图 5 所示。74LS193 及 CD4538 的功能表请查阅 有关资料。 2.3.5 辅助电源设计 图 5 可逆二进制计数器 要完成 D/A 转换及可调稳压器的正常工作，运算放大器 LM324 必须要求 正、负双电源供电。现选择±15V 供电电源。数字控制电路要求 5V 电源，可 选择 CW7805 集成三端稳压器实现。辅助电源原理图如图 6 所示。 第 5页，共 8 页
    课 程 设 计 报 告 专 用 纸 图 6 辅助电源电路图 2.4 调试要点 2.4.1 辅助电源的安装调试 在安装元件之前，尤其要注意电容元件的极性，注意三端稳压器的各端子 的功能及电路的连接。检查正确无误后，加入交流电源，测量各输出端直流 电压值。 2.4.2 单脉冲及计数器调试 加入 5V 电源，用万用表测量计数器输出端子，分别按动“+”键和“-” 键，观察计数器的状态变化。 2.4.3 D/A 变换器电路调试 将计数器的输出端 Q3～Q0 分别接到 D/A 转换器的数字输入端 D3～D0， 当 Q3～Q0=0000 时，调节 RW1，使运算放大器输出 UO2=0V 当 Q3～Q0=1111 时， 调节 10KΩ电位器，使 U02=10V。 2.4.4 可调稳压电源部分调试 将电路联接好，在运算放大器同相输入端加入一 0～10v 的直流电压，观 察输出稳压值的变化情况。 将上述各部分电路调节器试好后，将整个系统连接起来。 2.5 总电路图 第 6页，共 8 页
    1 2 A 1 A 2 B 1 B 1 u C 4 f 1 2 4 1 1 5 15 14 1 3 C D 4 5 3 8 379 1 2 R 1 2 1 5 0 K 2 + 5 V C D 4 5 3 8 + 5 V C P - C P + LD Rd Q3 Q2 Q1 Q0 R 1 5 1 0 K R 1 4 1 0 K 1 u C 3 f R 1 3 1 5 0 K + 5 V R 1 R 4 R 2 R 3 R E S 2 R E S 2 R E S 2 R E S 2 2 2 ~ 2 2 0 V 1 V - V + AC AC 3 D 1 - - - D 4 C 2 C 1 4 B R I D G E 1 课 程 设 计 报 告 专 用 纸 A B C D 2减 S 1增 S + 5 V 1 1 K R 5 32 2 0 K R 1 6 11 4 L M 3 2 4 1 L M 3 2 4 A 3 3 + 1 5 V R 1 0 1 0 K R w 1 1 0 0 Ω - 1 5 V R 9 1 0 欧 姆 R 1 1 32 11 4 L M 3 2 4 1 L M 3 2 4 A 1 4 R E S 2 R 8 - 1 5 V 11 A + 1 5 V R 7 R E S 2 4 L M 3 2 4 3 2 1 T ? 2 3 4 2 3 4 R 5 R E S 2 U o R 6 R E S 2 A B C D 第 7页，共 8 页
    课 程 设 计 报 告 专 用 纸 3 元件清单 4 心得体会 通过本次的课程设计，我们综合应用课本理论解决实际问题的能力得到了提 高；我觉得课程设计对我们的帮助很大，它需要我们将学过的理论知识与实际情 况的联系起来，加强我们对学过的知识的实际应用能力。在这次课程设计过程中， 我遇到了几个自己不能解决的问题，通过老师和同学的帮助最终把问题解决，因 此，我发现自己的电子知识还是有限的，而且我们所学的理论知识是很有用的， 没有坚实的知识基础，是不可能完成设计的。在设计的过程中还培养了我们的团 队精神，同学们共同协作，解决了许多人无法解决的问题，在今后的学习过程中 我们会更加团结和努力。 第 8页，共 8 页
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