数控直流电源.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流数控直流电源.精品文档.编号： 智能电子设计与制作实训(论文)说明书题 目： 数字直流电源设计 院 （系）： 信息与通信学院 专 业： 电子信息工程 学生姓名： 学 号： 指导教师： 2011年12月20日摘 要电源技术尤其是数控电源技术是一门实践性很强的工程技术，服务于各行各业。当今电源技术融合了电气、电子、系统集成、控制理论、材料等诸多学科领域。随着计算机和通讯技术发展而来的现代信息技术革命，给电力电子技术提供了广阔前景，同时也给电源提出了更高的要求。随着数控电源在电子装置中普遍使用，普通电源在工作时产生的误差，会影响整个系统的精确度。电

2、源在使用时可能会造成很多不良后果，世界各国纷纷对电源产品提出了不同要求并制定了一系列产品精度标准。只有满足产品标准，才能进入市场。随着经济全球化发展，满足国际标准的产品才能获得进出的通行证。数控电源是从80年代才真正发展起来，期间系统电力电子理论开始建立。这些理论为其后的发展提供了一个良好基础。在以后一段时间里，数控电源技术有了长足发展。从组成上，数控电源可分为器件，主电路与控制等三部分。目前在电力电子器件方面，几乎都为旋组开关调节电压，调节精度不高，而且经常跳变，使用麻烦。数字化电源模块是针对传统智能电源模块的不足提出的，数字化能够减少生产过程中的不确定因素和人为参与的环节数，有效地解决电源

3、模块中诸如可靠性、智能化和产品一致性等工程问题，极大地提高生产效率和产品的可维护性。关键字：数控；电源；数字化 AbstractPower supply technology especially digital power supply technology is a very practical engineering technology, service in all walks of life. Modern power supply technology integration of the electrical, electronic, system integration, c

4、ontrol theory, material and many other fields. With the development of computer and communication technology and modern information technology revolution, to power electronic technology to provide a broad prospects, but also give power put forward higher requirements. Along with the numerical contro

5、l power supply in the electronic device in common use, average power generated errors at work, will affect the overall system accuracy. Power supply in use may cause many adverse consequences, countries around the world about the power products put forward different requirements and developed a rang

6、e of products standards of accuracy. Only meet product standard, ability enters the market. With the development of economic globalization, meet the international standard products to get in and out of the pass. CNC power is from 80 time to develop truly, during system power electronic theory began

7、to build. These theories for subsequent development provides a good foundation. In the later period of time, with the rapid development of digital power supply technology. From the composition, power can be divided into the device, the main circuit and the control part three. The current in the powe

8、r electronic devices, almost all of rotary switch voltage regulator, adjustable accuracy is not high, and often jump, use the trouble. Digital power supply module is the traditional intelligent power module put forward, digital will reduce the uncertainty factors and human involvement in the number

9、of links, effectively solving the power module such as reliability, intelligent and consistency of product engineering problems, greatly improve the production efficiency and the product maintainability.Keyword: Numerical control technology；Power supply；Digitization目录摘 要2Abstract3引言51 系统设计51.1 器件部分5

10、1.2 主电路部分61.3 控制部分62 芯片介绍62.1 芯片CD4017介绍62.2 芯片LM7812介绍82.3 芯片LM317介绍103 系统调试123.1 调试所用的基本仪器123.3 器件电路调试123.2 主电路调试123.3 控制部分的调试133.4 整体功能实现134 实训总结13谢 词14参考文献：15附录一 电路原理图16附录二 电路PCB图17引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,其中数控制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

11、需要从数字电子技术入手，一切向数字化，智能化方向发展。电源采用数字控制，具有以下明显优点：1） 易于采用先进的控制方法和智能控制策略，使电源模块的智能化程度更高，性能更完美。2） 控制灵活，系统升级方便，甚至可以在线修改控制方法，而不必改动硬件线路。3） 系统维护方便。4） 系统一致性好，成本低，生产制造方便。5） 控制系统的可靠性提高，易于标准化。6） 易组成高可靠性的多模块逆变电源并联运行系统。1 系统设计系统原理图如附录一所示。系统分为器件、主电路和控制三部分。1.1 器件部分我们运用串联电阻分压控制分配电压的大小。如图1所示。图1 器件部分电路图1.2 主电路部分主电路我们选用的是CD

12、4017：十进制计数器/脉冲分配器。主电路部分如图2所示。图2 主电路部分电路图电路中的IC1、IC2为CD4017十进制计数/分频器，按动开关S1、S2可实现脉冲的输入。每按动一次S1或S2，IC1或IC2的Q0Q4输出端的高电平便向前跳进一位，使对应的半导体三极管导通，将对应的R2R11电阻接入IC1的脚与地之间，IC1的输出电压Vout将跳变一个档位。为便于指示Vout的大小，在IC2、IC3的Q0Q4输出端接有发光二极管LED1LED10。 1.3 控制部分用简单的轻触按键来实现电压的选择和复位。如图2所示。当电源接通后，IC2、IC3的Q0输出端均置于高电平，此时，只有VT1、VT6

13、导通，R2被接入电路，Vout为3V。按动S1则可使Vout在3、6、9、12V及15V各档之间进行调节。若IC2的Q0端为高电平，按动S2则可使Vout在3.5、4、4.5、5V及5.5V各档之间进行调节。因此每按动一次S1，Vout步进3V；每按动一次S2，Vout步进0.5V。开关S3、S4为回零按钮，按动它们后，可使输出电压回到最低一档。2 芯片介绍2.1 芯片CD4017介绍CD4017 是5 位Johnson 计数器，具有10 个译码输出端，CP、CR、INH 输入端。时钟输入端的斯密特触发器具有脉冲整形功能，对输入时钟脉冲上升和下降时间无限制。INH 为低电平时，计数器在时钟上升

14、沿计数；反之，计数功能无效。CR 为高电平时，计数器清零。Johnson 计数器，提供了快速操作、2 输入译码选通和无毛刺译码输出。防锁选通，保证了正确的计数顺序。译码输出一般为低电平，只有在对应时钟周期内保持高电平。在每10 个时钟输入周期CO 信号完成一次进位，并用作多级计数链的下级脉动时钟。CD4017的管脚分布如图3所示。图3 CD4017管脚分布推荐工作条件：电源电压范围：3V-15V输入电压范围：0V-VDD工作温度范围M 类：55-125E 类：40-85极限值：电源电压：-0.5V-18V输入电压：-0.5V-VDD 十0.5V输入电流：10mA贮存温度：-65-150引出端功

15、能符号CO：进位脉冲输出CP：时钟输入端CR：清除端INH：禁止端Q0-Q9 计数脉冲输出端VDD：正电源VSS：地真值表：如表1所示。表1 CD4017真值表输入输出CPINHCRQ0-Q9COHQ0计数脉冲为Q0-Q4时：CO=LLL计数HLLL保持计数脉冲为Q5-Q9时：CO=LHLLL2.2 芯片LM7812介绍lm7812是指三段稳压集成电路IC芯片元器件，适用于各种电源稳压电路，输出稳定性好、使用方便、输出过流、过热自动保护。电气特性 (MC7812)(LM7812)(参照测试电路 ,0C TJ 125C, IO =500mA, VI =19V, CI=0.33F, CO=0.1F

16、, 除非另有说明)如表2所示。表2 LM7812电气特性Parameter 参数Symbol 符号Conditions 条件MC7812 LM7812单位最小典型最大Output Voltage 输出电压VOTJ =+2511.51212.5V5.0mA IO1.0A, PO15W VI =14.5V to 27V11.41212.6Line Regulation 线性调整率 (Note1)ReglineTJ =+25VI =14.5V to 30V-10240mVVI =16V to 22V-3.0120Load Regulation 负载调整率 (Note1)RegloadTJ =+25I

17、O =5mA to 1.5A-11240mVIO =250mA to 750mA-5.0120Quiescent Current 静态电流IQTJ =+25-5.18.0mAQuiescent Current Change 静态电流变化IQIO =5mA to 1.0A-0.10.5mAVI =14.5V to 30V-0.51.0Output Voltage Drift 输出电压漂移VO/TIO =5mA-1-mV/Output Noise Voltage 输出噪声电压VNf =10Hz to 100KHz, TA =+25-76-V/VoRipple Rejection 纹波抑制RRf =

18、120Hz VI =15V to 25V5571-dBDropout Voltage 电压差VDropIO =1A, TJ=+25-2-VOutput Resistance 输出电阻rOf =1KHz-18-mShort Circuit Current 短路电流ISCVI =35V, TA=+25-230-mAPeak Current 峰值电流IPKTJ =+25-2.2-A三端稳压集成电路极限参数：如表3所示。表3 LM7812极限参数Parameter 参数Symbol 符号Value单位Input Voltage输入电压(for VO =5V to 18V)VI35V(for VO =2

19、4V)VI40VThermal Resistance Junction-Cases 热阻(结到壳) (TO-220)RJC5/WThermal Resistance Junction-Air热阻(结到空气) (TO-220)RJA65/WOperating Temperature Range工作温度范围TOPR0 +125Storage Temperature Range储存温度范围TSTG-65 +1502.3 芯片LM317介绍LM317作为输出电压可变的集成三端稳压块，是一种使用方便、应用广泛的集成稳压块。317系列稳压块的型号很多：例如LM317HVH、W317L等。电子爱好者经常用3

20、17稳压块制作输出电压可变的稳压电源。稳压电源的输出电压可用下式计算，Vo=1.25（1+R2/R1）。仅仅从公式本身看，R1、R2的电阻值可以随意设定。然而作为稳压电源的输出电压计算公式，R1和R2的阻值是不能随意设定的。首先317稳压块的输出电压变化范围是Vo=1.25V37V（高输出电压的317稳压块如LM317HVA、LM317HVK等，其输出电压变化范围是Vo=1.25V45V），所以R2/R1的比值范围只能是028.6。其次是317稳压块都有一个最小稳定工作电流，有的资料称为最小输出电流，也有的资料称为最小泄放电流。最小稳定工作电流的值一般为1.5mA。由于317稳压块的生产厂家不

21、同、型号不同，其最小稳定工作电流也不相同，但一般不大于5mA。当317稳压块的输出电流小于其最小稳定工作电流时，317稳压块就不能正常工作。当317稳压块的输出电流大于其最小稳定工作电流时，317稳压块就可以输出稳定的直流电压。如果用317稳压块制作稳压电源时（如图4所示），没有注意317稳压块的最小稳定工作电流，那么你制作的稳压电源可能会出现下述不正常现象：稳压电源输出的有载电压和空载电压差别较大。图4 LM317示例电路在应用中，为了电路的稳定工作，在一般情况下，还需要接二极管作为保护电路，防止电路中的电容放电时的高压把317烧坏。要解决317稳压块最小稳定工作电流的问题，可以通过设定R1

22、和R2阻值的大小，而使317稳压块空载时输出的电流大于或等于其最小稳定工作电流，从而保证317稳压块在空载时能够稳定地工作。此时，只要保证Vo/（R1+R2）1.5mA，就可以保证317稳压块在空载时能够稳定地工作。上式中的1.5mA为317稳压块的最小稳定工作电流。当然，只要能保证317稳压块在空载时能够稳定地工作，Vo/（R1+R2）的值也可以设定为大于1.5mA的任意值。经计算可知R1的最大取值为R10.83K。又因为R2/R1的最大值为28.6。所以R2的最大取值为R223.74K。在使用317稳压块的输出电压计算公式计算其输出电压时，必须保证R10.83K，R223.74K两个不等式

23、同时成立，才能保证317稳压块在空载时能够稳定地工作。当然在317稳压块的输出端并联泄流电阻R（如表4所示），也可以为317稳压块提供最小稳定工作电流。但是，由于并联的泄流电阻不能随输出电压的变化而变化，如果要保证317稳压块在输出电压为1.25V时，其输出电流大于其最小稳定工作电流，则在317稳压块的输出电压为37V时，流过泄流电阻的电流就太大了，这样不仅浪费了电能，而且增加了317稳压块的负担，不是一种妥当的办法。表4 LM317绝对最大额定值参数符号额定值单位lnput-OutputVoltageDifferenceVI-VO40VLeadTemperatureTLEAD230CPowe

24、rDissipationPDInternallimited-OperatingTemperatureRangeTOPR0+125CStorageTemperatureRangeTSTG-65+150C我们运用的是LM317T。LM317T：可调线性稳压器输出电流：1.5A(最小值)，2.2A（典型值）输入输出电压差（VIVO）：40Vdc(最大值)输出可调电压范围：1.237V线性调整率(TA=+25C)：0.01%/V（典型值）负载调整率(TA=+25C):5.0mVVO 5.0 V，0.1% VOVO 5.0 V参考电压Vref：1.25V（典型值）封装类型：TO220引脚数：3工作温度：

25、55C to +150C电流输出：1.5A电压输入：4.2 40 V工作温度：0C 125C特征频率：100（MHz）集电极最大允许耗散功率 ：100（W）集电极允许电流：100（V）3 系统调试3.1 调试所用的基本仪器 此次实训所用的调试仪器有：万用表 一个；15V交流输出电源 1个。3.3 器件电路调试 打开万用表，确定其电力充足，能够清晰显示数字。然后调到点阻挡，测量分压电阻好坏。3.2 主电路调试 给系统加电源通电，按动按键，观察指示灯，看计数器芯片是否实现计数累加功能。3.3 控制部分的调试 给系统加电源通电，把万用表调到电压档，测量输出电压，然后用调节电位器阻值大小，观察输出电压

26、是否变化。3.4 整体功能实现 给系统加电后，使用万用表测量发光二极管两端的电压，调节电位器，使电压值与二极管对应的数字一致，达到设计要求。4 实训总结这次实训设计，我们组共有三人：陈昱州，孔庆林和李文杰。我们三人共同努力完成了这次实训。在实训期间，我们分工合作，相互学习讨论，发挥自己的所长，学习补足自己的缺陷。在系统调试时，开始没有成功，然后我们就一起讨论，运用我们所学的知识分析论证电路的个部分功能，查找出错原因。最终我们终于发现并纠正了错误。通过此次实训，我们对理论知识有了更深入的了解，动手能力也有了提高，更重要的是我们从中学习到的团结合作的精神。最后这次实训给我很深的感悟，每次学期的实训

27、是为了提高我们的动手能力的，如果只是照搬别人做过的成功组品提高不了自己的动手能力的，参考别人的成功作品可以但最好加入自己的想法和创新，否则做得再好的作品还是别人的构思。如果是参考别人的作品的基础上加入自己的构思设计的话，即使调试中遇到很多问题，但是在更改电路和思考程序时就能把自己的专业知识加深同时提高自己的动手能力。另外我们做实训的电子作品的时候一定要细心、耐心，碰到困难时冷静处理，我们身边有很多可以请教的人，比如老师，学长，学姐，科协的同学。一次就成功的作品是很少的，我们要经得起失败，耐心的做板，调板，调试，经过困难洗礼的果实才是最甘甜的。谢 辞感谢学院给我们这次宝贵的实训经验，同时也要感谢

28、老师对我们的细心指导。此次实训让我学到了一些在课堂中所学不到的东西.让我学会了如何与人相处，学会了面对困难,学会了独立思考问题，从中收获了毅力，收获了一份坚持。在本次课程设计结束之际，向所有付出辛勤汗水的指导老师致谢！老师的帮助，让我们这次难忘的实训有了圆满的成功。参考文献：1 黄继昌 .数字集成电路应用M.北京:中国电力出版社,20082 孙余凯，吴宁山，项琦明等.巧用4017数字计数器实用电路180例M.北京:电子工业出版社,2003 3 何希才.新型稳压电源及应用实例M.北京：电子工业出版社.20044 李金平 沈明山 姜余祥 电子系统设计M.北京:电子工业出版社，20075 童白诗 华成英.模拟电子技术基础M.北京:高等教育出版社,2004.6 阎石.数字电子技术基础 M .北京:高等教育出版社, 1998.附录一 电路原理图附录二 电路PCB图