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1、63 簡(jiǎn)易數(shù)控直流穩(wěn)壓電源6.3.1 設(shè)計(jì)任務(wù)和要求設(shè)計(jì)并制作有一定輸出電壓調(diào)節(jié)范圍和功能的數(shù)控直流穩(wěn)壓電源?;疽笕缦拢狠敵鲋绷麟妷赫{(diào)節(jié)范圍515V,紋波小于10mV。輸出電流為500mA。穩(wěn)壓系數(shù)小于0.2。直流電源內(nèi)阻小于0.5。輸出直流電壓能步進(jìn)調(diào)節(jié),步進(jìn)值為1V。由“+”、 “-”兩鍵分別控制輸出電壓步進(jìn)增減。6.3.2 設(shè)計(jì)方案根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)要求,數(shù)控直流穩(wěn)壓電源的工作原理框圖如圖6.3.1所示。圖6.3.1 簡(jiǎn)易數(shù)控直流穩(wěn)壓電源框圖該圖主要包括三大部分:數(shù)字控制部分、模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換部分(D/A變換器)及可調(diào)穩(wěn)壓電源。數(shù)字控制部分+、-按鍵控制可逆二進(jìn)制計(jì)數(shù)器,二進(jìn)制計(jì)數(shù)器的輸出輸
2、入到D/A變換器,經(jīng)D/A器轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓,此電壓經(jīng)過(guò)放大到合適的電壓之后,去控制穩(wěn)壓電源的輸出,使穩(wěn)壓電源的輸出電壓以1V的步進(jìn)值增或減。6.3.3 電路設(shè)計(jì)1整流、濾波電路設(shè)計(jì)首先確定整流電路結(jié)構(gòu)為橋式電路;濾波選用電容濾波。電路如圖6.3.2所示。圖6.3.2 整流濾波電路為了使穩(wěn)壓電源能夠正常工作,濾波電路的輸出電壓應(yīng)滿足下式:式中,是穩(wěn)壓電源輸出最大值;是集成穩(wěn)壓器輸入輸出最小電壓差;是濾波器輸出電壓的紋波電壓值(一般取、之和的10%);是電網(wǎng)波動(dòng)引起的輸出電壓的變化(一般取、之和的10%)。對(duì)于集成的三端穩(wěn)壓器,當(dāng)時(shí),具有較好的穩(wěn)壓輸出特性。故濾波器輸出電壓值:,取。根據(jù)可確定變
3、壓器次級(jí)電壓,即 在橋式整流電路中,變壓器次級(jí)電流與濾波器輸出電流的關(guān)系為:。取變壓器的效率,則變壓器的容量為。選擇容量為的變壓器。因?yàn)榱鬟^(guò)橋式電路中每只整流二極管的電流為。每只整流二極管承受的最大反向電壓為。選用二極管1N4001,其參數(shù)為:??梢娔軡M足要求。一般濾波電容的設(shè)計(jì)原則是,取其放電時(shí)間常數(shù)是其充電周期的25倍。對(duì)于橋式整流電路,濾波電容C的充電周期等于交流電源周期的一半,即由于,故,取,則,其中,所以濾波電容容量:,取。電容耐壓值應(yīng)考慮電網(wǎng)電壓最高、負(fù)載電流最小時(shí)的情況綜合考慮濾波電容,可選擇,的電解電容。另外為了濾除高頻干擾和改善電源的動(dòng)態(tài)特性,一般在濾波電容兩端并聯(lián)一0.01
4、0.19F的高頻瓷片電容。2可調(diào)穩(wěn)壓電路設(shè)計(jì)為了滿足穩(wěn)壓電源最大輸出電流500mA的要求,可調(diào)穩(wěn)壓電路選用三端集成穩(wěn)壓器CW7805組成,該穩(wěn)壓器的最大輸出電流可達(dá)1.5A,穩(wěn)壓系數(shù)、輸出電阻、紋波大小等性能指標(biāo)均能滿足設(shè)計(jì)要求。要使穩(wěn)壓電源能在515V之間調(diào)節(jié),可采用圖6.3.3所示電路。運(yùn)算放大器為理想器件,所以。因?yàn)椋?。所以,輸出電壓滿足關(guān)系式令。則。由此可見,與之間成線性關(guān)系,當(dāng)變化時(shí),輸出電壓也相應(yīng)改變。若要求輸出電壓步進(jìn)增或減,步進(jìn)增或減即可。圖6.3.3 可調(diào)穩(wěn)壓電路3DA變換器設(shè)計(jì)若要使步進(jìn)變化,則需要一數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器完成。電路如圖6.3.4。圖6.3.4 DA轉(zhuǎn)換器電路該電路
5、的輸入信號(hào)接四位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器的輸出端,設(shè)計(jì)數(shù)器輸出高電平為,輸出低電平。由于運(yùn)算放大器的虛短作用,根據(jù)反相加法器輸入電流求和的特性,不難得出輸出電壓表達(dá)式為: 設(shè)。當(dāng)時(shí),要求,即,所以在時(shí),。取,由固定電阻和電位器串聯(lián)組成。4.數(shù)字控制電路設(shè)計(jì)數(shù)字控制電路的核心是一可逆二進(jìn)制計(jì)數(shù)器。74LSl93就是雙時(shí)鐘4位二進(jìn)制同步可逆計(jì)數(shù)器。計(jì)數(shù)器數(shù)字輸出的加減控制是由“+”、“-”兩按鍵組成,按下“+”或“-”按鍵,產(chǎn)生的輸入脈沖輸入到74LSl93的或端,以便控制74LSl93的輸出是作加計(jì)數(shù)還是作減計(jì)數(shù)。為了消除按鍵的抖動(dòng)脈沖,引起輸出的誤動(dòng)作,分別在“+”、“-”控制口接入了由雙集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器
6、CD4538組成的單脈沖發(fā)生器。每當(dāng)按下一次按鍵時(shí),輸出一個(gè)lOOms左右的單脈沖。電路如圖6.3.5所示。圖6.3.5 可逆二進(jìn)制計(jì)數(shù)器5輔助電源設(shè)計(jì)要完成DA轉(zhuǎn)換及可調(diào)穩(wěn)壓器的正常工作,運(yùn)算放大器LM324必須要求正、負(fù)雙電源供電?,F(xiàn)選擇土15V供電電源。數(shù)字控制電路要求5V電源,可選擇由CW7805集成三端穩(wěn)壓器組成的電源實(shí)現(xiàn)。6.3.4 調(diào)試要點(diǎn)1輔助電源的安裝調(diào)試在安裝元件之前,尤其要注意電容元件的極性,注意三端穩(wěn)壓器的各端子的功能及電路的連接。檢查正確無(wú)誤后,加入交流電源,測(cè)量各輸出端直流電壓值。2單脈沖及計(jì)數(shù)器調(diào)試加入5V電源,用萬(wàn)用表測(cè)量計(jì)數(shù)器輸出端子,分別按動(dòng)“+”鍵和“-”鍵,觀察計(jì)數(shù)器的狀態(tài)變化。 3DA變換器電路調(diào)試將計(jì)數(shù)器的輸出端分別連接到DA轉(zhuǎn)換器的數(shù)字輸入端,在,調(diào)節(jié),使運(yùn)算放大器輸出
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