簡易數(shù)控直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計

1、63 簡易數(shù)控直流穩(wěn)壓電源6.3.1 設(shè)計任務(wù)和要求設(shè)計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)計方案根據(jù)設(shè)計任務(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)制計數(shù)器，二進(jìn)制計數(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1整流、濾波電路設(shè)計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)波動引起的輸出電壓的變化（一般取、之和的10%）。對于集成的三端穩(wěn)壓器，當(dāng)時，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、壓器次級電壓，即 在橋式整流電路中，變壓器次級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。因為流過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：。可見能滿足要求。一般濾波電容的設(shè)計原則是，取其放電時間常數(shù)是其充電周期的25倍。對于橋式整流電路，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。運算放大器為理想器件，所以。因為，。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，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、的輸入信號接四位二進(jìn)制計數(shù)器的輸出端，設(shè)計數(shù)器輸出高電平為，輸出低電平。由于運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，要求，即，所以在時，。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)計數(shù)字控制電路的核心是一可逆二進(jìn)制計數(shù)器。74LSl93就是雙時鐘4位二進(jìn)制同步可逆計數(shù)器。計數(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的輸出是作加計數(shù)還是作減計數(shù)。為了消除按鍵的抖動脈沖，引起輸出的誤動作，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，輸出一個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)制計數(shù)器5輔助電源設(shè)計要完成DA轉(zhuǎn)換及可調(diào)穩(wěn)壓器的正常工作，運算放大器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)壓器組成的電源實現(xiàn)。6.3.4 調(diào)試要點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。檢查正確無誤后，加入交流電源，測量各輸出端直流電壓值。2單脈沖及計數(shù)器調(diào)試加入5V電源，用萬用表測量計數(shù)器輸出端子，分別按動“+”鍵和“-”鍵，觀察計數(shù)器的狀態(tài)變化。 3DA變換器電路調(diào)試將計數(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)，使運算放大器輸出