数控直流稳压电源.docx

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1、1前言随着人们生活水平的不断提高，数字化控制无疑是人们追求的目标之一，它所给人 带来的方便也是不可否定的。其中数控直流稳压电源就是一个很好的典型例子，但人们 对它的要求也越来越高，要为现代人工作、科研，生活、提供更好的，更方便的设施就 需要从数字电子技术入手，一切向数字化，智能化方向发展，本文所介绍的数控直流稳 压电源与传统的稳压电源相比，具有操作方便，电压稳定度高的特点，其输出电压大小 采用数字显示，主要用于要求电源精度比较高的设备，或科研实验电源使用，并且 此设计，没有用到单片机，只用到了数字技术中的加法器，D/A转换器，译码显示等电 路，具有控制精度高，制作比较容易等优点。现在，各种电源

2、集成电路正获得迅速发展与广泛的应用，为电源的集成化、标准化 和小型化创造了条件。传统集成稳压器有许多种，主要可分成线性集成稳压器、开关集成稳压器和数控稳 压电源三大类。线性集成稳压器的优点是稳压性能好，输出纹波电压小，电路简单，成 本低。主要缺点是调整管的压降大，功耗高，稳压电源的效率低，开关电源被誉为高效节能电源，它代表着稳压电源的发展方向现已成为稳压电源的 主流产品。开关内部的调整工作在开关状态，本身消耗量低。数控稳压电源与传统的稳压电源电路相比，具有操作方便，电压稳压度高的特点， 目前用的较多的数控稳压电源主要由六部分组成：电压调整键，可逆计数器实现加减计 数，数显译码驱动，数模转换电路

3、，运算放大电路，各部分供电电压。而本设计正是要设计一个简易的数控直流稳压电源，我们选用三端可调式集成电路 LM317来作为主要芯片，来实现本设计。2总体设计方案2.1方案设计简易数控稳压电源至少包括：整流、滤波电路，可调稳压电路，D/A变换器，数字 控制电路，辅助电源设计。设计万案一：根据设计任务要求，可调稳压电源，8421拨码开关的输出输入到D/A变换器，经 D/A变换器转换成相应的电压，此电压经数控直流稳压电源的工作原理框图如图2.1所 示。主要包括三大部分：8421拨码控制部分、D/A变换器及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0.1V的步进值增或减。方

4、案一的原理如图2.1所示：图2.1设计方案一方框图方案一：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2.2所示。主要包括三 大部分：数字控制部分、放大器及可调稳压电源。数字控制部分用8421拨码控制、放 大器及可调稳压电源，8421输出输入到放大器，经放大器转换成相应的电压，此电压经 过放大到合适的电压值后，再经过放大电路去控制稳压电源的输出，使稳压电源的输出 电压以0.1V的步进值增或减。稳压电路图2.2设计方案二的方框图2.2方案比较与选择对于本设计题目，使用设计方案一就能够很好地满足设计要求，看起来简单明了， 且更加便于计算。所以，两个方案相比较之后，我认为方案一比较好。3.单

5、元模块设计3.1整流、滤波电路的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。桥式电路的整流相比半波整 流和全波整流效果更好，在实际生活中也更为常用，所以我们在此处选用桥式滤波。电 容我们选用的是电解电容，因为这样相较普通的电容滤波会更好。此处输入电压是生活 电压交流220V。电路如图3.1所示。图3.1 整流滤波电路3.2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 可调稳压器LM317,对我们要求的电路来说，选择LM317就能较好的实现电路要求和 功能。要使稳压电源能在09.9V之间调节，该稳压器的稳压系数、输出电阻、纹波 大小等性能指标均

6、能满足设计要求。可采用图3.2所示电路。图3.2 LM317构成的稳压电路3.3 D/A变换器设计若要使UIN步进变化，则需要一个数模转换器完成。此处运用了两个8421开关来 对电路进行控制，对应相应的电压值，并且分别对应数控稳压电源的各位和小数点后的 第一位。电路如图3.3所示。图3.3 DA转换电路图3.4数码开关的设计在此设计中需要两个数字控制电路分别接于DA转换电路的各位和小数点后的第一 位的相对应的8421拨码开关上，则可以实现对电压值的步进，加减。图3.4数字控制电路图3.5辅助电源设计在电子电路中，通常都需要电压稳定的直流电源供电。小功率稳压电源的组成 可以用下图表示，它是由电源

7、变压器，整流，滤波，和稳压电路等四部分组成。电源变压器是将交流电网220V的电压变为所需要的电压值。然后通过整流电路 将交流电压变为脉动的直流电压。由于此脉动的直流电压还含有较大的纹波，所以 必须通过滤波电路加以滤除，从而得到平滑的直流电压。但这样的电压还随电网电 压波动（一般有10%左右的波动），负载和温度的变化而变化。因而在整流，滤波 电路之后还需接稳压电路。稳压电路的作用是当电网电压波动，负载和温度变化是， 维持输出直流电压稳定。当负载要求功率较大，效率高是常采用开关稳压电源。要完成D/A转换及可调稳压器的正常工作，运算放大器TL085必须要求正、负 双电源供电。现选择12V、15V、1

8、.15V供电电源。数字控制电路要求5V电源，可 选择78127912集成三端稳压器实现。辅助电源原理图如图3.5所示。+15VU1 7:912图3.5辅助电源电路图3.6求差电路设计在此设计中需要一差分放大电路，反相输入和同向输入相结合的放大电路，实现 求差功能使得稳压后电路电压可为零，用TL084则可以实现。i i图3.6求差电路图3.7求和电路设计若要使输入电压Vo的可变范围是0到9.9V，步进0.1V，则需要一求和电路完成。此处运用了 TL084来对电路进行控制，将个位和小数点后的数值相加。电路如图3.7所图3.7 求和电路图4电路参数的估算在三端可调正稳压器LM317中，讨论R的取值计

9、算。稳压器在空载时电流最小，此1 95V时，为保证额定的输出电压值，R的取值应为R = 1一 = 125Q10mAR 19取值240O。实际上R的取值通常在120240O之间。由此可以写出上述电路的.一一一R输出电压值计算公式，即U=1.25x(1 + RW)+1adjRwLM317的输入电压范围为U+(U -U) U U+(U -U)omax i o min iomini o min在DCA0832电路中，经调试使输出电压更精确，R1取3.36K。，R9取2.9K Q , R , R , R , R 均取值 10 KQ, R , R , R , R 取值 10 KQ。 56782021222

10、3在求差电路中取值满足R18/R17 = RJ R15 =1的关系，输出电压可简化为V = 18 (v - V )o Ri 2i117输入电阻Ri是从输入点看进去的电阻，当电路中R = R，R = R时，利用虚短 17151816(V -v ) T 0和虚断(i = 0 )的概念。i =-i ,则输入电压 p ni21v -v = i R + (-i R ) = 2i R，因此输入电阻为 i15i1715 1517 1715 17R =n = 2 Ri i1715电阻输出电阻Ro很小，这可用理想运放的电路模型得到解释。在辅助电源电阻中估算中，为实现12V、15V、1.15V供电电源，78127

11、812集成三端稳压器实现，电路的输出电压Uj应满足下式.UNUomax+ (UI-UO)min+AUz 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：I 2=(1.52)1产(1.52)I=1.5 X0.5=0.75(A).取变压器的效率q = 0.8,则变压器的容量为1P=U I /n=20X0.75/0.8=18.75(W) 2 2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=1/2X0-5=0-25(A) 每只整流二极管承受的最大反向电压为URM =国 max = yi2 x 20 x (1 +10%) r

12、31(V)选用三极管IN4001，其参数为：Id=1A, Urm=100V。可见能满足要求。一般滤波电容的设计原则是，取其放电时间常数R C是其充电周期的确25倍。L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RCN(25) T/2=25/2f,L 由于 3 = 2nf,故 3RlC2(2 5)兀取 3RlC = 3n 则C=3h/wRl其中 R=U/I，所以滤波电容容量为 C=3nl/2nfU= (3nx0.5)/ 2nx50x22 =I I0.681x103(|jF)综合考虑波电容可选择C=4700uF, 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

13、滤波电容两端并联一个0.010.1仃的高频瓷片电容。qhhiiii5特殊元件的介绍5.1 8421拨码开关的介绍当8421开关输入全为低电平的时候，则有0000 0000对应于0.0,则8421拨码开 关对应的十进制的数值如下表2表5.1 8421拨码开关对应的十进制数小数点后 个位000000010010001101000101011001111000100100000.00.10.20.30.40.50.60.70.80.900011.01.11.21.31.41.51.61.71.81.900102.02.12.22.32.42.52.62.72.82.900113.03.13.23.3

14、3.43.53.63.73.83.901004.04.14.24.34.44.54.64.74.84.910015.05.15.25.35.45.55.65.75.85.901106.06.16.26.36.46.56.66.76.86.911017.07.17.27.37.47.57.67.77.87.910008.08.18.28.38.48.58.68.78.88.910019.09.19.29.39.49.59.69.79.89.95.2 DAC0832 集成块该DAC0832是8分辨率的D/A转换集成芯片。与微处理器完全兼容。这个DA芯片 以其价格低廉、接口简单、转换控制容易等优点，

15、在单片机应用系统中得到广泛的应用。 D/A转换器由8位输入锁存器、8位DAC寄存器、8位D/A转换电路及转换控制电路构成。 它的管脚图如下。CE WIj槌瓣gnilnucnn右面.liufi.CS：片选信号输入线(选通数据锁存器)，低电平有效；ILE：数据锁存允许控制信号输入线，高电平有效；XFER:数据传输控制信号输入线，低电平有效，负脉冲(脉宽应大于500ns)有图5.2.1 DAC0832的引脚图DAC0832具有以下功能：(1) WR1:数据锁存器写选通输入线，负脉冲(脉宽应大于500ns )有效。由ILE、CS、 WR1的逻辑组合产生LE1，当LE1为高电平时，数据锁存器状态随输入数

16、据线变换，LE1 的负跳变时将输入数据锁存；(2) WR2： DAC寄存器选通输入线，负脉冲(脉宽应大于500ns)有效。由WR1、XFER 的逻辑组合产生LE2，当LE2为高电平时，DAC寄存器的输出随寄存器的输入而变化，LE2 的负跳变时将数据锁存器的内容打入DAC寄存器并开始D/A转换。(3) D0D7： 8位数据输入线，TTL电平，有效时间应大于90ns(否则锁存器的数据会 出错)；(4)(5)(6)效；(7)(8)(9)(10)(11)(12)IOUT1 :电流输出端1，其值随DAC寄存器的内容线性变化；IOUT2:电流输出端2，其值与IOUT1值之和为一常数；Rfb:反馈信号输入线

17、，改变Rfb端外接电阻值可调整转换满量程精度;Vcc:电源输入端，Vcc的范围为+5V+15V；VREF：基准电压输入线，VREF的范围为-10V+10V；AGND :模拟信号地DGND :数字信号地(13)明”（V）图5.2.2 DAC0832典型应用下面是DAC0832的典型性能特性：图5.2.3数字输入与温度T（l AMUHT TEWFEHTUHE |弋卜图5.2.4增益和线性误差5.3 TL084集成块的介绍在设计过程中，当数模转换结束后，使用一个TL084集成块对电压进行。图5.3.1 为TL084集成块的实物图，图5.3.2为TL084集成块的管脚图：图5.3.1 TL084的实物

18、图图5.3.2 TL084的管脚图由引脚图可以看出，它是14脚双列直插式组件，如脚和脚位反相和同相输入端脚 为输出端脚和1脚为正、负电源。下列为TL084典型应用：5.4三段可调集成稳压器LM317的介绍Lm317是一种常用三端稳压IC，通过2个电阻的比值进行正电压稳压，可以追 加2个二极管构建IC保护电路，对于大电流的稳压要加散热片，要注意它背后的金属 面和输出口是相连的，设计及组装时应小心短路。这种单片集成电路是一种可调三端积 极的稳压器设计的供应超过1.5A的负载电流的输出电压可调超过1.2到37V。它采用 内部电流限制，热关断和安全区的补偿。图5.4.1 LM317实物图图5.4.2

19、LM317元件电路图C1为需要调节位于可观的距离电源滤波器。C2改善瞬态响应。特征:输出电流超过1.5A型，输出可调至1.2V和37V，内部热过载保护，内部短 路电流限制，TO - 220封装。其内部电路入如下：图5.4.3 LM317内部结构卜面是LM317的典型性能特性:图5.4.6压降图5.4. 7参考电压图5.4.8 LM317简单使用采用LM317集成稳压器设计的小功率直流电源，电路结构简单，效率高，成本低， 输出电压性能好，有着很好的应用前景。5.5 CW7812集成块的介绍图5.5.2是CW7812作为输出电压Vo固定的典型电路图，正常工作时，输入、输出电压差为2到3V。电路中靠

20、近引脚处接入电容CC2用来实现频率补偿，防止稳压器 产生高频自激振荡和抑制电路引入的高频干扰，C3是电解电容，以减小稳压电源输出端 由输入电源引入的低频干扰。D是保护二极管，当输入端短路时，给输出电容器以个 放电通路，防止C3两端电压作用于调整管be结，造成调整管be结击穿而损坏。3图5.5.1底部视图图5.5.2三端稳压器的典型接法图5.5.3 CW7812实物图由三端固定输出稳压器的CW7812和理想运算放大器构成的稳压电路如图5.19所示图5.5.4输出电压可调的稳压电路图5.5.4为输出电压可调的稳压电路，它由稳压器7812和电压跟随器A组成。该电路用A将稳压器于取样电阻隔离。图中电压

21、跟随器A的输出电压等于其输入电压V，o即满足匕=匕，也就是电阻R1与%上部分的电压的之和为7812的输出电压七，当调节R的动端位置时，输出电压随之变化，器调节范围为： pV= R1 + % + R V ;Vo min R + R xx o max电子设备中常使用电压固定的集成稳压器。堂 R+R vR xx1由于它只有输入、输出和公共引出端，故称之为三端稳压器。6系统功能与调试介绍1. 系统功能本系统通过整流、滤波、稳压以实现提供稳定性较高的辅助电源，输出电流可达到 500mA以上，可通过8421拨码开关在09.9V内直接调节，便能够得到稳定的直流 稳压电源。且带负载能力强，使其为一种简单、易操

22、作、成本低、性能可靠的数控 直流稳压电源。2. 调试介绍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. 8421数码开关调试加入5V电源，用万用表测量计数器输出端子，分别按动“ + ”键和“-”键，观 察输出的状态变化。3. D/A变换器电路调试、将计数器的输出端Q0Q3分别接到D/A转换器的数字输入端D0D3，当Q3 Q0=0000时，调节RW1，使运算放大器输出U02=0V;当Q3Q0=1111时，调节10KQ 电位器，使U02=10V。4. 可调稳压电源部分调试将电路

23、联接好，在运算放大器同相输入端加上010v的直流电压，观察输出稳 压值的变化情况。将以上各部分电路调试好后，将整个系统连接起来进行整体调试。7.设计总结和体会通过此次的课程设计，我学到了很多知识，跨越了传统方式下的教与学的体制束缚， 在设计的过程中，通过查资料和搜集有关的文献，培养了自学能力和动手能力。并且由 原先的被动的接受知识转换为主动的寻求知识，这可以说是学习方法上的一个很大的突 破。在以往的传统的学习模式下，我们可能会记住很多的书本知识，但是通过这次课程 设计，我们学会了如何将学到的知识转化为自己的东西，学会了怎么更好的处理知识和 实践相结合的问题。在设计的过程中，我也学到了做任何事情

24、所要有的态度和心态，首先我明白了做学 问要一丝不苟，对于出现的任何问题和偏差都不要轻视，要通过正确的途径去解决，在 做事情的过程中要有耐心和毅力，不要一遇到困难就打退堂鼓，只要坚持下去就可以找 到思路去解决问题的。在设计过程中，我发现自己以往存在许多的不足，通过查阅资料 后，对我掌握的知识有了更加系统的整理，以往的一些疑问也在这次设计中得到了解决。在设计过程中，我明白了团队合作的重要性。在工作中要学会与人合作的态度，认 真听取别人的意见，这样做起事情来就可以事倍功半。一个团队的力量在这个时候就体 现出来了。这次设计让我知道了分组的意义，不仅是要让我们好好讨论，还要学会如何 合作。我们大家一起找

25、资料，一起讨论设计方案，一起定下最后的设计方案，然后一起 学习各个芯片来完成功能器件的设计，直到最后得到现在的设计。总之，此次设计的过程中，我收获了很多。此次设计的完成的经验对我将来的人生 之路有着非常重要的意义。8谢辞本次课程设计在老师的悉心指导和严格要求下业已完成，从课题选择到具体的写作 过程，无不凝聚着老师的心血和汗水，在我们的设计期间，老师为我们提供了种种专业 知识上的指导和一些富于创造性的建议，没有这样的帮助和关怀，我们不会这么顺利的 完成毕业论文。在此向老师表示深深的感谢和崇高的敬意。同时，在论文写作过程中，我还参考了有关的书籍和论文，在这里一并向有关的作 者表示谢意。我还要感谢同

26、组的各位同学，在毕业设计的这段时间里，你们给了我很多的启发， 提出了很多宝贵的意见，对于你们帮助和支持，在此我表示深深地感谢。参考文献1 李洋.现代电子设计与创新M中国电力出版社2007年7月:2 付植桐.电工电子实验实训教程M.重庆大学出版社，2005年1月:3 章忠全.电子技术基础（实验与课程设计）M中国电力出版社，2004年7月:4 徐国华.模拟及数字电子技术实验教程M北京航天航空大学出版社，2004年8月西南交通大学出版社，2006年6月:5 徐祥征傅钦翠.电工电子测试技术基础M:6 吴慎山.电子线路设计与实践7 安真菊.电子技术课程设计M 电子工业出版社2005年9月M 机械工业出版社2007年1月机械工业出版社2007年1月高等教育出版社2005年6月科学出版社 2005年4月:8 清源科技.电路原理图与PCB设计及仿真M9 臧春华.电子线路设计与应用M10彭军.电子线路设计与制作M11康华光.电子技术基础（第五版）.M高等教育出版社，2005年7月附录：电路原理图图一，辅助电源