一种简单可调稳压电源的制作.doc

第ChpNum章 一种简单可调稳压电源的制作1 本设计的特点和目的本设计利用常用的数字电路芯片（如计数器、译码器、DA转换器等）和常用的模拟电路元件（二极管、三极管、理想运算放大器等）设计了0-9.9V输出电压可调的直流电源。通过完成本设计，使读者掌握扎实的PCB制作、焊接、电路故障排除等基本技能，培养学生对数字电子技术、模拟电子技术的综合应用的能力，使学生对电路系统的设计指标、方案选择和元件选型有更深的理解和认识，为将来从事更复杂、更高级的电子系统设计打下基础。2 产品简介 本作品输入电压为220V的生活用电，输出电压0-9.9V可调，最大输出电流可达2A。输出电压通过两个LED7段数码管显示，一个显示个位，一个显示小数点后一位，数码管显示电压即为输出电压。通过两个按键（一个增加键，一个减小键）可调节输出电压的值，每点动按键一次输出电压升高/降低0.1V。电压的输出采用多种规格的连接器，可为各种日用电子产品（如手机、MP3、数码相框、交换机等）提供平稳的直流电。本稳压源输出电压比较准确，数码管显示的电压与输出电压最大误差小于或等于0.1V；输出功率强劲，最大输出功率可达40W;输入交流电压在“195V- 240V”时仍可正常工作。3 电路原理 如图ChpNum-1所示，电路大致可以划分为以下几个部分：变压整流、小功率稳压、按键消抖、可逆计数、译码显示、DA转换、电压求和、大功率达林顿管射极跟随器输出等。220V交流电先经过变压线圈降压成两组有效值为18V的低压交流电，整流后经过小功率稳压电路得到三个稳定的直流电压供电路中的芯片工作，三个电压分别为：+15、-15V和+5V。小功率稳压输出电流能力有限，不宜作为电源的输出电流的来源，只是为控制电路提供稳定电压，特别是为DA芯片提供稳定的参考电压。按键开关先经过消抖电路产生稳定的跳沿信号，按键脉冲触发低位双向可逆计数器。两个十进制计数器一个控制小数的0.1位电压，一个控制整数的个位电压。译码及LED显示电路实时显示当前计数值。DA转换电路对计数值进行转换，0.1位电压DA转换器输入的十进制数字信号每加1，输出电压增加0.1V;1位电压DA转换器输入的十进制数字信号每增加1，输出增加1V。电压求和电路将两个DA转换器输出的电压相加之后输出到达林顿管的基极控制输出电压。达林顿管射极跟随器的作用是将18V整流后的电压调整成用户设定的电压，并具备较强的电流输出能力。图ChpNum-1 电路原理框图如图ChpNum-2中的电路原理图所示，220V交流电经变压线圈T1转换成两组共地的18V(有效值)交流电输出，两条非地线间的电压为36V。将两条非地线经过1个桥式整流，得到的36V全波整流电压，高电位端送入7805、7815的1脚，低电位端送入7915的1脚，将变压器地线与所有稳压芯片的2脚相连，再在稳压芯片的输入输出端接上滤波电容，就可在7805、7815、7915的3脚分别得到+5V、+15V、-15V的稳压输出了。为保证每次按键只产生一个跳沿，触发计数器一次，需要对按键产生的信号去抖动。硬件去抖动可以采用阻容滤波法亦可采用RS触发器，其中RS触发器法工作更稳点，调试更容易。用两个交叉相连的与非门即可实现一个RS触发器。本例中，按键S2/S3先接到74LS00构建的RS触发器消抖，具体接法如电路原理图所示。按键产生的触发信号消抖动后输入0.1位的可逆计数器，一个触发递增，一个触发递减。计数芯片采用十进制计数器74LS192,0.1位计数器的进位输出及借位输出分别连接到个位计数器的加计数端和减计数端。两级计数器总计数范围为0099（十进制数），对应输出电压（09.9V）。个位及0.1位计数输出分别连入74LS248集成译码器，74L248为四线-七线译码器/驱动器，内部输出带上拉电阻，它把从计数器传送来的二十进制的8421码转换成十进制码，并驱动共阴数码管显示数码。图ChpNum-2 电路原理图计数器输出同时连接到数模转换器，数模转换电路采用两块DAC0832集成电路，它是一个位数/模转换器。由于计数器输出4位，而DA转换器输入为8位，我们对小数0.1位和整数个位分别作了处理。小数位0832高位数字输入端接小数位计数器，低四位接地；整数位0832输入端采用高低相连方式（即D0与D7相连作为最高位，D1与D6相连作为次高位，D2与D5相连作为次低位，D3与D4相连作为最低位），再将个位计数器与0832的高四位相连。由于DA0832是电流输出，且不包含运算放大器，所以需要外接一个运算放大器NE5534相配，构成完整的DAC。通过调节与参考电压输入脚连接的可变电阻，可使小数0.1位的DA输出模拟电压范围为00.9V，整数个位的DAC输出模拟电压范围为09V。两个DA通道产生的电压信号通过加法器相加，得到目标电压,但此加法器输出脚驱动能力有限，不宜作为最终的电源输出。本例中用到所有运放采用低噪声高速率优质运放NE5534,该运放具有调零端，对直流电路特别有利，通过细心调节调零端，可以使电路的每一步输出电压精准地映射到期望值。加法器输出端接运放NE5534构建的电压跟随器来提高目标电压的驱动能力，5534输出连接到射极跟随器的基极以控制电源的最后输出电压。射极跟随器采用两个大功率三极管构建，连接成达林顿管，集电极接到18V全波整流输出端（即7815的输入端，而不是连接到7815的输出端），基极受5534构建的电压跟随器输出脚控制（即U6的6脚），发射极作为电压输出端。此结构可确保电路的输出电压/电流达到设计要求。为提高本作品的易用性，本作品的输出电压接口采用4种规格的常用直流电源插口。此外，还设计了电源极性转换开关S1，通过此开关，可以将输出电源的极性倒置。4 制作及调试4.1 元件清单 表ChpNum-1 元件清单元件参数名称封装数量电阻510R1AXIAL0.31个1kR9、R10AXIAL0.32个10kR2、R3、R4、R5、AXIAL0.34个1MR6、R7、R8AXIAL0.33个可调电阻10kRR1、RR2、RR3、RR4、RR5、RR6TO-1266个电解电容470uFC1、C2、C3、C4、C5RAD0.15个二极管1N4007D1、D2、D3、D4DIODE0.44个发光二极管D5RAD0.11个与非门74LS00U0DIP141片计数器74LS192U1、U2DIP162片译码器74LS48U3、U4DIP162片数码管一位/共阴2个数模转换芯片DAC0832U5、U6DIP202片运放NE5534U7、U8、U9、U10DIP84片稳压芯片7805U11TO-2201片7815U12TO-2201片7915U13TO-2201片变压器双输出18V/50WT11个三极管3DD15DQ1、Q2TO-32个铜板15*20cm1张按键S2、S3TO-1262个开关S11个电源线1根4.2 PCB制作与调试 由于本例芯片较多，需要连接的线也就很多，用万能板很难做出美观可靠的电路，建议读者用热转印PCB板实现。为提高成功率，可考虑采用单面板；如果实验条件好，亦可做双面板。在采用单面PCB板时，元件均可采用直插器件，但布线需要格外耐心仔细。首先是先要考虑好如何放置元件，只有元件的放置位置合理布线才可能简单；齐次，若自动布线布不通，应考虑手工布线，耐心调整、尝试；再次，若个别地方手工布线亦难以布通，应考虑手工设置跳线点，跳线宜美观、有序。 连接好线路之后，检查各元件工作是否完好，若遇到问题，应先检查电源电压再逐级向后检查。各级基本功能实现后就可以对精度进行调整了。具体方法如下：（1）点动按键将数码管显示电压调节到0.0，调节RR3使小数位输出电压为0（U7的6脚输出电压为0）；调节RR4使个位输出电压为0（U8的6脚输出电压为0）。调节RR5使得加法器输出电压为0(U9的6脚输出电压为0)，调节RR5使得最终输出电压为0。（2）点动按钮将数码管显示电压调节到0.9，调