一種可調(diào)式數(shù)字直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)

1、一種可調(diào)式數(shù)字直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)作者：周鼎，葛健，劉磊 2006-5-22一 任務(wù)設(shè)計(jì)并制作交流變換為直流的穩(wěn)定電源。一、 基本要求在輸入電壓220V、50HZ、電壓變換范圍1520的條件下：a: 輸出電壓可調(diào)范圍為9V12Vb: 最大輸出電流為1.5Ac: 紋波電壓（峰峰值）<=220mv(最低輸出電壓下，滿載)d: 效率>=40%（輸出電壓9V、輸入電壓220V下，滿載）e: 具有過(guò)流以及短路保護(hù)功能三：發(fā)揮部分（1） 擴(kuò)充功能a:短路排除故障后，自動(dòng)恢復(fù)為正常狀態(tài)b:短路保護(hù)c:過(guò)熱保護(hù)（2） 擴(kuò)大輸出電壓調(diào)節(jié)范圍（3） 用數(shù)字顯示輸出電壓摘要：在業(yè)余條件下進(jìn)行電子制作，擁有

2、一個(gè)可調(diào)節(jié)輸出電壓的穩(wěn)壓電源是非常有用的，市面上所售的成品可調(diào)穩(wěn)壓電源價(jià)格一般都在百元以上，外表看上去是挺好看的，但對(duì)于業(yè)余電子愛(ài)好者來(lái)說(shuō)，實(shí)用是最主要的。本文介紹的這款可調(diào)穩(wěn)壓電源，輸出電壓范圍為9到12V，最大輸電流為1A，這些參數(shù)對(duì)于業(yè)余制作中的調(diào)試用電源基本能滿足要求。報(bào)告部分一、 方案認(rèn)證與比較在進(jìn)行電路的設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們采用的是模塊化思想，將整個(gè)電路分成幾個(gè)分立的模塊來(lái)分析、制作，最后再進(jìn)行組裝、調(diào)試。方案一：采用單級(jí)開(kāi)關(guān)電源，由220V交流整流后，經(jīng)開(kāi)關(guān)電源穩(wěn)壓輸出，但是由于這種方式產(chǎn)生的直流電壓紋波比較大，無(wú)法得到穩(wěn)定的電壓輸出，不符合我們的要求。 方案二：我們將從濾波電路輸出

3、的電壓接到線性穩(wěn)壓電路（如下圖所示）線性穩(wěn)壓電路的輸出值可調(diào)，為912V的直流輸出。此方案的優(yōu)點(diǎn)是：電路簡(jiǎn)單、很容易調(diào)試，但是效率比較低，其輸入端一般為15V左右的電壓，而輸出只有912V，壓降較大，功率損耗比較嚴(yán)重，無(wú)法實(shí)現(xiàn)效率40的目的。方案三：以方案二為基礎(chǔ)，在線性穩(wěn)壓電路前加入DC-DC變換器，采用脈寬調(diào)制（PWM）技術(shù)，并采用恒壓差控制技術(shù)，如右圖所示在這種情況下，由DC-DC變換器來(lái)完成從不穩(wěn)定的直流電壓到穩(wěn)定的直流電壓的轉(zhuǎn)變，由于采用脈寬調(diào)制技術(shù)和恒壓差控制技術(shù)，使得線性穩(wěn)壓電路兩端壓差減小，電路消耗大幅度下降，解決了方案二重的效率低下的問(wèn)題。其次，由于使用脈寬調(diào)制技術(shù)，使得電路

4、有了過(guò)流、過(guò)熱、自動(dòng)恢復(fù)等功能。 本電路從功能上分成五個(gè)模塊，下面是對(duì)具體的電路模塊進(jìn)行的說(shuō)明1. 交直流轉(zhuǎn)換電路模塊 本電路的目的在于從50HZ、220V的交流電壓中得到直流電壓。電路如圖所示 當(dāng)輸入220V交流電壓時(shí)，首先通過(guò)變壓器降至25V左右交流電壓。整流部分選用了全波橋式整流電路，輸出為32V的直流電壓。2. DC-DC轉(zhuǎn)換電路模塊 使用此電路的目的在于最大限度地降低模塊的功耗，同時(shí)，為下一級(jí)提供一個(gè)穩(wěn)定的直流電壓。它的電路圖如下： DC-DC電路為有核心芯片TL494作控制的單端PWM降壓型開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電路。圖中R10與C5決定開(kāi)關(guān)電源的開(kāi)關(guān)頻率。電阻R8作為限流保護(hù)電阻用。其片內(nèi)誤差

5、放大器（EA1）的同相輸入端（腳2）通過(guò)5.1千歐電阻（R7）接入反饋信號(hào)，從后級(jí)線性穩(wěn)壓電路得到分壓。開(kāi)關(guān)管采用PNP型大功率晶體管。 工作原理：在恒定頻率的PWM通斷中，控制開(kāi)關(guān)通斷狀態(tài)的控制信號(hào)是通過(guò)一個(gè)控制電壓UVOM 與鋸齒波相比較而產(chǎn)生的。控制電壓則是通過(guò)偏差（即實(shí)際輸出電壓與其整定值之間的差值）獲得的。鋸齒波的峰值固定不變，其重復(fù)頻率就是開(kāi)關(guān)的通斷頻率。在PWM控制中，這以頻率保持不變，頻率范圍為幾千赫到幾百千赫。當(dāng)放大的偏差信號(hào)電平高于鋸齒波的電平時(shí)，比較器輸出高電平，這以高電平的控制信號(hào)導(dǎo)致開(kāi)關(guān)導(dǎo)通，否則，開(kāi)關(guān)處于關(guān)斷狀態(tài)。當(dāng)后級(jí)反饋電壓高于TL494的基準(zhǔn)電壓5V時(shí)，片內(nèi)誤

6、差放大器EA1輸出電壓增加，將導(dǎo)致外接晶體管T和TL494內(nèi)部T1,T2管的導(dǎo)通時(shí)間變短，使輸出電壓下降到與基準(zhǔn)電壓基本相等，從而維持輸出電壓穩(wěn)定，反之亦然。 參數(shù)計(jì)算：由R10=39千歐，C50.01uF,得振蕩頻率fosc=28.2kHZ為保證電流連續(xù)，電感取值不能太小，但也不能太大。計(jì)算如下： Lmin=(UI-UO) )/(2×I0)TON =(35-10)/(2×1.5)×0.00002=167uH C>U0×Toff/(8×l×f×U0) =15×10×0.000001/(8×

7、0.001×30×1000×0.1) =6.25uF Iop=ILP=(UI-UO)/(2×L)×0.00002+1.5=1.75A3. 線性穩(wěn)壓電路模塊 本電路的目的是在第一級(jí)穩(wěn)壓的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)線性高精度穩(wěn)壓，降低紋波，提高電壓調(diào)整率和負(fù)載調(diào)整率，最終達(dá)到題目的指標(biāo)要求。原理如下圖所示： 此電路繼承了DC-DC變換器的輸出電壓。在本電路中，首先輸入電壓在精密穩(wěn)壓源上產(chǎn)生一個(gè)穩(wěn)定的參考電壓，接到由運(yùn)放組成的比較電路的正端輸入腳。輸出電壓經(jīng)過(guò)電阻分壓之后反饋至運(yùn)放的負(fù)輸入端。運(yùn)放的輸出電壓控制達(dá)林頓管的發(fā)射極電壓，得到所需的高度穩(wěn)定的直流電壓。 參

8、數(shù)計(jì)算: U0=Uref×(Rx+R5+R6)/(R5+R6)RX=3千歐 ，R5=1千歐 ，Uref=6V,則當(dāng)R6=0.67千歐時(shí) U0=(2.5×6)/(1+0.67)=9V當(dāng)R6=0.25千歐時(shí) U0=(2.5×6)/(1+0.25)=12V4. 恒壓差控制模塊 在DC-DC轉(zhuǎn)換電路和線性穩(wěn)壓電路間采用恒壓差控制，即：通過(guò)反饋，時(shí)DC-DC變換電路輸出電壓與線性穩(wěn)壓輸出電壓差值恒定，這樣，既可保證線性穩(wěn)壓電路所需的電壓差，又降低了線性穩(wěn)壓電路低壓輸出的損耗，提高穩(wěn)壓模塊的整體效率。而且，在整個(gè)模塊輸入電壓發(fā)生較大幅度變化時(shí)也能夠進(jìn)行高精度的穩(wěn)壓，紋波也會(huì)因

9、此大大降低。 在這一模塊電路中，還接有軟啟動(dòng)電路，在開(kāi)關(guān)機(jī)時(shí)，對(duì)產(chǎn)生過(guò)沖現(xiàn)象有相當(dāng)大程度上的抑制。同時(shí)，通過(guò)控制DC-DC變換器的脈寬，可實(shí)現(xiàn)過(guò)熱，過(guò)流保護(hù)。這一部分的電路整合到了第3模塊中5顯示模塊： 為簡(jiǎn)化電路，顯示模塊使用了單片A/D轉(zhuǎn)換集成電路（ICL7107），其中ICL7107是一塊美國(guó)INTERSIL公司生產(chǎn)的三位半雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器，采用雙列直插式封裝。標(biāo)準(zhǔn)工作時(shí)的電壓為+5V、-5V，芯片自動(dòng)進(jìn)行一系列的數(shù)值轉(zhuǎn)換后，直接驅(qū)動(dòng)共陽(yáng)極LED數(shù)碼顯示管（該電路使用TOS-5101BR數(shù)碼管），以BCD碼方式在LED上顯示，可顯示3位測(cè)量電壓，電壓范圍可精確到0.1%。下圖為數(shù)字顯

10、示電壓表原理圖： 芯片的33，34腳接基準(zhǔn)電容，27，28，29腳組成積分電路。38，39腳的電阻和電容共同構(gòu)成IC內(nèi)部振蕩器的RC電路。該電路的時(shí)鐘頻率為45KHZ。30，31腳為模擬量輸入端，兩腳間的電容為輸入濾波電容。31腳外接的電阻為限流分壓電阻。該電路35腳接地，36腳作為基準(zhǔn)電壓輸入，也稱作定標(biāo)系數(shù)調(diào)節(jié)電壓，36腳電壓至關(guān)重要。我們可以通過(guò)公式 N=1000Vi/Vref+來(lái)計(jì)算它的定標(biāo)系數(shù)。N表示數(shù)碼管顯示值，Vi表示31腳輸入電壓的變化值。ICL7107的20腳為負(fù)極性指示。（制作時(shí)ICL7107應(yīng)使用IC插座，一切做好后再插IC）.附表：所需元器件清單以及價(jià)格表 元件 參數(shù)值C1（極性電容）2.2uFC110.01uFC120.47uC130.22uC2 C100.1uC310uFC40.001uFC5 C6100uFC7(極性電容)100uFC8（極性電容）33uFC9100PICL7107SL1.0mH 2ANPNMJE3055NPN9013PNPTIP32AR10.47KR11 R20 R211KR160.1R173K