简易数控直流稳压电源设计.doc
简易数控直流稳压电源设计一、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 515V，纹波小于 10mV2 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 0.5。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。二、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三、电路设计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： UU omax+（U I-UO）min+U I 式中，U omax 为稳压电源输出最大值；（U I-UO）min 为集成稳压器输入输出最小电压差；U RIP 为滤波器输出电压的纹波电压值（一般取 UO、 （U I-UO）min 之和的确良10%） ； U I为电网波动引起的输入电压的变化（一般取 UO、 （U I-UO）min 、U RIP 之和的 10%） 。对于集成三端稳压器，当（U I-UO）min=210V 时，具有较好的稳压特性。故滤波器输出电压值：U I15+3+1.8+1.9822(V), 取 UI=22V.根据 UI 可确定变压器次级电压 U 2。U2=UI/ 1.11.2(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： 2=(1.52)I I(1.52)I O=1.5×0.5=0.75(A).取变压器的效率 0.8,则变压器的容量为P=U2I2/=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=12Imax=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 )(31%0(2max2VURM选用三极管 IN4001，其参数为：I D=1A，U RM=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 RLC 是其充电周期的确 25 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RLC（25）T/2=25/2f,由于 2f,故 RLC(25),取 RLC3 则C=3/RL其中 RL=UI/II，所以滤波电容容量为 C3I I/2fUI(3×0.5)/ 2×50×220.681×10 3(F)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× U2max=1.1× ×2031.1(V)22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 0.010.1µ F 的高频瓷片电容。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 515V 之间调节，可采用图 3 所示电路。图 3 可调稳压电路设运算放大器为理想器件，所以 UNUP。又因为UP=（R2/R1+R2）UIN，UN=（U0-R3/R3+R4）×5 所以，输出电压满足关系式U0=UNI·（R·/R1+R2）+（R3/R3+R4）×5令 R1=R4=0，R2=R3=1K。则 U0=UIN+5。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。3D/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 UL0V。则输出 电压表达式为Uo1=-RfU H/8R·D0+UH/4R·D1+UH/2R·D2+UH/R·D3=-RfUH/23R2 3D3+22D2+21D1+20D0设 Uo2=-Uo1(UIN).当 D3D2D1D0(Q3Q2Q1Q0)=1111 时,要求 UIN=10V，即：10=RfUH/23R×15当 UH=5V 时，R f=1.067R.取 R=20K,R f由 20K 电阻和电阻 10K 电位器串联组成。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。图 5 可逆二进制计数器5辅助电源设计要完成 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。图 6 辅助电源电路图四、调试要点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。3D/A 变换器电路调试、将计数器的输出端 Q3Q0 分别接到 D/A 转换器的数字输入端 D3D0，当Q3Q0=0000 时，调节 RW1，使运算放大器输出 UO2=0V 当 Q3Q0=1111 时，调节10K 电位器，使 U02=10V。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 010v 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进行通调。
