《数控直流稳压电源》PPT课件.ppt

数控直流电源,一、设计任务与要求,1、设计任务 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。,2、基本要求 1、输出直流电压调节范围015V，纹波小于20mV。 2、输出电流0500mA。,一、设计任务与要求,3、输出直流电压能步进调节，步进值为1V。 4、由“+”、“-”两键控制输出电压步进值的增或减。 5、用数码管显示输出电压值，当输出电压为15V时，数码管显示为“15”。,一、设计任务与要求,1、直流稳压电源框图,电源 变压器,整流 电路,滤波 电路,稳压 电路,+ uO ,220V 50Hz,数控电源电路与普通直流电源电路区别在于稳压电路部分！,+ uI ,二、设计的基本原理,2、稳压电路工作原理,采用串联型稳压电路，其原理图为,二、设计的基本原理,调 整 管,取 样 电 路,比 较 放 大 器,基 准 电 压 电 路,输出电压为：,二、设计的基本原理,显然， UO与UZ成线性关系，若UZ是数控的，则UO就可以是数控的。故基准电源电路可用数控基准电源电路代替。,3、数控基准电源,数控基准电源的原理框图,二、设计的基本原理,此处，UO代替稳压管电压UZ 。,数控基准电源的工作原理,二、设计的基本原理,产生记数的脉冲信号，实现电压步进值的增或减。“+”键控制步进增，“”键控制步进减。,对单脉冲产生电路的信号进行 “+”或“”计数，或从预置数端直接输入所需的数值。,将计数器输出的数字量转换成模拟量UO ，控制稳压电源的输出。,将计数器的输出译码，显示当前稳压电源的输出。,三、具体设计 、总框图,、单元电路设计,1、数控基准电源 1、单脉冲产生电路 单脉冲通常可以用按键产生，实际的电路有多种形式，可以由门电路构成，也可以由集成单脉冲触发器构成。,三、具体设计,单脉冲产生电路1 （1）工作原理 按键闭合：C充电，充=R1C 按键断开：C放电，放=R2C G：施密特触发器，有VT+、VT- 则uC与uO的波形为：,即按键一下，输出一个负脉冲。 注意：R1电阻必须有，否则电容C容易损坏。,、单元电路设计 1、数控基准电源,（2）R、C及VCC值估算 VCC估算： 必须UR2 VT+,、单元电路设计 1、数控基准电源,VT+可根据选用的施密特触发器型号，从手册上查得。其值与施密特触发器的工作电源电压VDD有关。 一般VDD、VCC取自同一个电源，根据实验室提供的稳压电源确定，如5V、10V、12V、15V等。,因,故,设：充电开始到uC=VT+所需时间为tW。 则：,故：,、单元电路设计 1、数控基准电源,R、C估算： 按键闭合后，必须能使电容C充电到VT+以上，从而使施密特触发器输出翻转。,tW必须小于手按键时间。,其中,R、C估算：,一般 取C=0.1F ； 查得VT+； 由公式计算R1、 R2 （可取R1=R2 ）； 单脉冲产生电路2可自己看指导书。,设：手按键时间为1ms； 则,、单元电路设计 1、数控基准电源,2、可逆计数器 可逆计数器可直接用74LS192/74LS193实现。为使D/A转换方便起见，选用十六进制的 74LS193。 、 74LS193逻辑符号及引脚功能,、单元电路设计 1、数控基准电源,、 与前后电路连接,74LS193,、单元电路设计 1、数控基准电源,“+”按键产生步进,“”按键产生步进,分别接4个双掷开关,用于置数,分别接D/A转换器的4个输入端。,3、D/A转换电路 D/A转换电路有多种型号，我们选用最常用的DAC0832 D/A转换芯片为例，说明D/A转换电路的设计。 、 内部结构,、单元电路设计 1、数控基准电源,、单元电路设计 1、数控基准电源,、单元电路设计 1、数控基准电源,VREF ：参考电压输入端，电压范围为10V； Iout1： D/A转换器电流输出端，接外部运放的反相输入端 ； Iout2： D/A转换器电流输出端，接外部运放的同相输入端； RF： 反馈电阻端，内部已有与倒T型网络匹配的电阻R。接外部运放的输出端。,、 DAC0832基本工作方式 双缓冲方式 ： 两级寄存器均工作在输入锁存状态，即,、单元电路设计 1、数控基准电源,、 DAC0832基本工作方式 单缓冲方式 ： 一级寄存器锁存，另一级直通 。,、单元电路设计 1、数控基准电源,、 DAC0832基本工作方式 完全直通方式 ： 两级寄存器均工作在直通状态，即,、单元电路设计 1、数控基准电源,、 D/A转换电路的连接及参数设置 连接方式 ：采用完全直通方式。,、单元电路设计 1、数控基准电源,也可自选反馈电阻，接在UO与IOUT1之间。,、 D/A转换电路的连接及参数设置 VREF设置 ：,、单元电路设计 1、数控基准电源,8位 D/A转换器的输出电压为：,因计数器输出只有4位，只能接D/A转换器中D0D7的4位，故输出电压与输入端的选择有关。,、单元电路设计 1、数控基准电源,若选低4位，则：,步进值为：,若取步进值为：,应取合适的VREF及步进值。,考虑:,则应取,若取步进值为：,则应取,若选高4位，则：,步进值为：,若取步进值为：,则应取,若取步进值为：,则应取,、 D/A转换电路的连接及参数设置 数控基准电源输出电压范围：,、单元电路设计 1、数控基准电源,若选低4位，则：D=0000000000001111,因,故,若选高4位，则：,D=0000000011110000,故,、 D/A转换电路的外接运放选取 根据运放的最大输出电压、输出电流选择,、单元电路设计 1、数控基准电源,若选低4位,运放的最大输出电压为：,若选高4位,、单元电路设计 1、数控基准电源,若选低4位,若选高4位,运放的最大输出电流为：,、 D/A转换电路的外接运放选取,、 输入电压UI的确定,、单元电路设计 2、稳压电路,由模电知识：,因设计指标：,一般,故,考虑电源电压波动10%，则：,即,取,、 调整管参数选择（三个极限参数）,、单元电路设计 2、稳压电路,由模电知识：,设计指标：,选管子，使,注意管子类型，PNP还是NPN。,、 运放的选取,、单元电路设计 2、稳压电路,运放输出电流：,设计指标：,运放输出电压：,运放电源电压： 必须大于运放的输出电压。,、单元电路设计 2、稳压电路,基准电源的运放要求： 若选高4位,显然，满足比较放大器的要求，就可以满足基准电源的要求，故运放可选用同一种。,比较放大器的运放要求：,、 运放的选取,、 取样电路R1、R2的选取,、单元电路设计 2、稳压电路,输出电压：,设计指标：,步进值：,步进值：,则：,、 取样电路R1、R2的选取,、单元电路设计 2、稳压电路,则,若,若,则,R1、R2比例越大，调整越困难，故应选择合适的 。,实际电路中，R1可用一个固定电阻和一个可调电阻串联，以便于调整比例。,、 纹波小于20mV的设置,、单元电路设计 2、稳压电路,产生纹波的原因有两个：,变化，或,变化。,纹波为D最大时的UO。故,选低4位,选高4位,、 纹波小于20mV的设置,、单元电路设计 2、稳压电路,选低4位,选高4位,A、,、 纹波小于20mV的设置,、单元电路设计 2、稳压电路,即D/A转换器VREF端接的电压值必须在,范围内，才能使纹波小于20mV。,变化，,不变时：,A、,怎么实现？,、 纹波小于20mV的设置,、单元电路设计 2、稳压电路,选低4位,选高4位,、 纹波小于20mV的设置,、单元电路设计 2、稳压电路,即取样电路电阻比值必须在,范围内，才能使纹波小于20mV。,变化，,不变时：,1、译码显示电路框图,、单元电路设计 3、译码显示电路,译码显示电路框图,2、十六进制/BCD码转换电路,、单元电路设计 3、译码显示电路,、列真值表,2、十六进制/BCD码转换电路,、单元电路设计 3、译码显示电路,、卡诺图化简,2、十六进制/BCD码转换电路,、单元电路设计 3、译码显示电路,、卡诺图化简,、画电路图（略）,、单元电路设计 、元器件选取规则,1、选电源 电路中需用稳压电源的有：VCC、VDD、VREF 、UI，这些值应根据计算结果，结合实验室稳压电源的允许值选取，然后再计算其它参数值。 VCC、VDD尽量选择相同的值，从而减少使用电源个数，VREF尽量选整数,以使调整方便，误差少。 2、选运放 实验室提供了两种运放芯片LM353、LM342，查手册了解参数，确定引脚功能，搞清电源数值，按运放的电源电压必须大于输出电压的要求选择。 3、选电阻 实验室提供的电阻均是标称值的，应根据计算结果，选择相近值的电阻，不够部分加电位器调节。,将每一个单元电路经过Multisim仿真后，再做实际电路。,、Multisim 仿真,分别焊接单元电路，然后将各模块组装。 1、整体结构布局和元器件的安置 首先应该考虑电气性能上的合理性，其次要尽可能注意整齐美观，具体应注意以下几点： （1）整体结构布局要合理，要根据电路板的面积合理布置元器件的密度。 （2）元器件的安置要便于调试、测量和更换。电路图中相邻的元器件，在安装时原则上也应就近安装。不同级的元件不要混置在一起，输入级和输出级之间不要靠近，以免引起级与级之间的寄生耦合，使干扰和噪声增大。,组装,（3）对于有磁场产生相互影响和干扰的元器件，应该尽可能分开或采取自身屏蔽。 （4）发热元器件的安置要尽可能靠近电路板的边缘，以利于散热，必要时加装散热器。为保证电路稳定工作，对温度敏感的元器件要远离发热元件。 （5）元器件的标志安装时应该一律向外，以便检查。元器件在电路板上的位置方向原则上应横平竖直。接插集成电路时首先应认清管脚排列方向，所有集成电路的插入方向应保持一致，集成电路上有缺口的或有小孔标志的一端一般在左侧。,组装,2、正确布线 电子电路合理布线，不仅影响其外观，而且是影响电子电路性能的重要因素之一。电路中常见的自激振荡，往往是由于布线不合理所致。因此，为保证电子电路工作的稳定可靠，在电路安装时布线应注意以下几点： （1）所有布线应直线排列，并做到横平竖直，以减小分布参数对电路的影响。走线要尽可能短，信号线不可迂回，尽量减少形成闭合回路。信号线之间、信号线与电源线之间不要平行，以防寄生耦合而引起电路自激。 （2）布线应贴近电路板，不应悬空，更不应跨接在元件上面，走线之间应避免相互重叠，电源线不要紧靠有源元件的引脚。,组装,（3）为使布线整洁美观，并便于测量和检查，要尽可能选择不同颜色的线，电源线的正负极和地线的颜色要有规律。 （4）布线时一般先布置电源线和地线，再布信号线。布线时要根据电路原理图或装配图，从输入到输出逐级布线，切忌东接一根西接一根没有规律，这样容易形成错线和漏线。 （5）地线是所有信号共同使用的通路，一般地线较长，为减小信号通过公共阻抗的耦合，故地线要选择较粗的导线。,组装,3、焊接工艺,组装,4、所需工具 1）、小剪刀； 2）、小螺丝刀； 3）、镊子钳； 4）、45W电烙铁。 每组一套。 购买地点：信息楼410房间 购买时间：本周四（7月2日）上午9：00 也可自己在其它地方购买，只要符合要求即可。,组装,1、调试各单元电路,调试,1、调试单脉冲电路，按键一下产生一个矩形波。 2、测试可逆计数器是否可正常工作： 计数器给一个矩形波，输出数字加1（或减1）；,调试,3、调试D/A转换器电路,可在电路中增加3个电位器RP1、RP2、RP3，如图。,、零点校准 RP3：调零电位器。 当输入00000000时， 若vO0，调节RP3，使vO=0。 若运放无调零部分就不用接RP3。,给数字量，用万用表测试输出模拟电压。,、校准调节,调试,3、调试D/A转换器电路,、校准调节,、增益校准 RP2：调放大倍数电位器。 当输入11111111时，,若vO9.96V，调RP2，使(RF+RP2)增大，放大倍数提高，使vO=9.96V。,调试,、校准调节,、增益校准 RP1：