简易数控直流稳压电源设计研究材料

1、简易数控直流稳压电源设计一、设计任务和要求 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。基本要求如下：1 输出直流电压调节范围515v，纹波小于10mv2 输出电流为止500m a.3 稳压系数小于0.2。4 直流电源内阻小于0.5。5 输出直流电压能步进调节，步进值为1v。6 由“+”、“-”两键分别控制输出电压步进增的减。二、设计方案根据设计任务要求，数控直流稳压电源的工作原理框图如图1所示。主要包括三大部分：数字控制部分、d/a变换器及可调稳压电源。数字控制部分用+、-按键控制一可逆二进制计数器，二进制计数器的输出输入到d/a变换器，经d/a变换器转换成相应的电压，此电压经

2、过放大到合适的电压值后，去控制稳压电源的输出，使稳压电源的输出电压以1v的步进值增或减。图1简易数控直流稳压电源框图三、电路设计1整流、滤波电路设计首先确定整流电路结构为桥式电路；滤波选用电容滤波。电路如图2所示。图2 整流滤波电路电路的输出电压ui应满足下式：uuomax+（ui-uo）min+ui 式中，uomax为稳压电源输出最大值；（ui-uo）min为集成稳压器输入输出最小电压差；urip为滤波器输出电压的纹波电压值（一般取uo、（ui-uo）min之和的确良10%）；ui为电网波动引起的输入电压的变化（一般取uo、（ui-uo）min、urip之和的10%）。对于集成三端稳压器，当

3、（ui-uo）min=210v时，具有较好的稳压特性。故滤波器输出电压值：ui15+3+1.8+1.9822(v),取ui=22v.根据ui可确定变压器次级电压 u2。u2=ui/1.11.2(20v)在桥式整流电路中，变压器，变压器次级电流与滤波器输出电流的关系为：2=(1.52)ii(1.52)io=1.5×0.5=0.75(a).取变压器的效率0.8,则变压器的容量为 p=u2i2/=20×0.75/0.8=18.75(w)选择容量为20w的变压器。因为流过桥式电路中每只整流三极管的电流为 id=12imax=1/2iomax=1/2×0.5=0.25(a)

4、 每只整流二极管承受的最大反向电压为选用三极管in4001，其参数为：id=1a，urm=100v。可见能满足要求。一般滤波电容的设计原则是，取其放电时间常数rlc是其充电周期的确25倍。对于桥式整流电路，滤波电容c的充电周期等于交流周期的一半，即rlc（25）t/2=25/2f,由于2f,故rlc(25),取rlc3则c=3/rl其中rl=ui/ii，所以滤波电容容量为c3ii/2fui(3×0.5)/ 2×50×220.681×103(f)取c=1000µf。电容耐压值应考虑电网电压最高、负载电流最小时的情况。ucmax=1.1×

5、u2max=1.1××2031.1(v)综合考虑波电容可选择c=1000µf，50v的电解电容。另外为了滤除高频干扰和改善电源的动态特性，一般在滤波电容两端并联一个0.010.1µf的高频瓷片电容。2可调稳压电路设计为了满足稳压电源最大输出电流500ma的要求，可调稳压电路选用三端集成稳压器cw7805，该稳压器的最大输出电流可达 1.5a，稳压系数、输出电阻、纹波大小等性能指标均能满足设计要求。要使稳压电源能在515v之间调节，可采用图3所示电路。图 3 可调稳压电路设运算放大器为理想器件，所以unup。又因为up=（r2/r1+r2）uin，un=（

6、u0-r3/r3+r4）×5 所以，输出电压满足关系式u0=uni·（r·/r1+r2）+（r3/r3+r4）×5令r1=r4=0，r2=r3=1k。则u0=uin+5。由此可见，u0与uin之间成线性关系，当uin变化时，输出电压也相应改变。若要求输出电压步进增或减，uin步进增或减即可。3d/a变换器设计若要使uin步进变化，则需要一数模转换器完成。电路如图4所示。图4 d/a 转换器电路该电路的输入信号接四位二进制计数器的输出 端，设计数器输出高电平为uh+5v，输出 低电平ul0v。则输出 电压表达式为uo1=-rfuh/8r·d0+u

7、h/4r·d1+uh/2r·d2+uh/r·d3 =-rfuh/23r23d3+22d2+21d1+20d0设uo2=-uo1(uin).当d3d2d1d0(q3q2q1q0)=1111时,要求uin=10v，即： 10=rfuh/23r×15当uh=5v时，rf=1.067r.取r=20k,rf由 20k电阻和电阻10k电位器串联组成。4数字控制电路设计数字控制电路的核心是可逆二进制计数器。74ls193就是双时钟4位二进制同步可逆计数器。计数器数字输出的加/减控制是由“+”、“-”两面三刀按键组成，按下“+”或“-”键，产生的输入脉冲输入到处74ls

8、193的cp+或cp-端，以便控制74ls193的输出是作加计数还是作减计数。为了消除按键的抖动脉冲，引起输出的误动作，分别在“+”、“-”控制口接入了由双集成单稳态触发器cd4538组成的单脉冲发生器。每当按一次按键时，输出一个100ms 左右的单脉冲。电路如图5所示。74ls193及cd4538的功能表请查阅有关资料。图5 可逆二进制计数器5辅助电源设计要完成d/a转换及可调稳压器的正常工作，运算放大器lm324必须要求正、负双电源供电。现选择±15v供电电源。数字控制电路要求5v电源，可选择cw7805集成三端稳压器实现。辅助电源原理图如图6所示。图6 辅助电源电路图四、调试要点1辅助电源的安装调试在安装元件之前，尤其要注意电容元件的极性，注意三端稳压器的各端子的功能及电路的连接。检查正确无误后，加入交流电源，测量各输出端直流电压值。2单脉冲及计数器调试加入5v电源，用万用表测量计数器输出端子，分别按动“+”键和“-”键，观察计数器的状态变化。3d/a变换器电路调试、将计数器的输出端q3q0分别接到d/a转换器的数字输入端d3d0，当q3q0=0000时，调节r