简易数控直流稳压电源研发设计

1、课程设计报告专用纸第6页，共8页1引言随着对系统更高效率和更低功耗的需求，电信与通信设备的技术更新推动电 源行业中直流/直流电源转换器向更高灵活性和智能化方向发展。整流系统由以 前的分立元件和集成电路控制发展为微机控制，从而使直流电源智能化，具有遥测、遥信、遥控的三遥功能，基本实现了直流电源的无人值守设计的直流稳压电 源主要由单片机系统、键盘、数码管显示器、指示灯及报警电路、检测电路、D/A 转换电路、直流稳压电路等几部分，直流稳压电源是最常用的仪器设备。2简易数控直流稳压电源设计2.1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

2、范围315V,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 Qo5. 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。2.2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。矚慫润 厲钐瘗睞枥庑赖。減

3、"-捋健酩專二<图1简易数控直流稳压电源框图2.3电路设计2.3.1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。式中，Umax为稳压电源输出最大值；（U-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、（ U-U。）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（ U-U。） min、URip之和的10%。聞創沟燴鐺險爱氇谴净。对于集成三端稳压器，当（U-U。）min=210V时，具有较好的稳压特性。故滤 波器输出电压值：U > 15+3+1.8+1.98

4、 >22（V）,取UI=22V.根据UI可确定变压 器次级电压 U2。U 2=U/ 1.11.2（20V）残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟。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：1 2=（1.5 2）I I" （1.5 2）I O=1.5 X 0.5=0.75（A）.取变压器的效率 n = 0.8,则变压器的容量为 酽锕极額閉镇桧猪訣锥。P=U 2I2/ n =20X 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彈贸摄尔霁毙攬砖卤庑。D=1 / 2I maX=1/2I OmaX=1/2 X 0.5=0.25

5、(A)每只整流二极管承受的最大反向电压为U RM - 2U max = 2 汇 20 汇（1 +10%）畑 31（V）选用三极管IN4001，其参数为：Id=1A, U=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RC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，艮卩謀荞抟箧飆鐸怼类蒋薔。R_C>（ 2 5） T/2=2 5/2f,由于3 = 2n f,故3 FtC> （2 5） n ,取3 R_C= 3 n贝U C=3 n / co R其中FL=UI/I i，所以滤波电容容量为 C= 3n I i/2 n fUi =

6、（3 n X 0.5）/ 2 n3X 50 X 22= 0.681 X 10 （卩F）厦礴恳蹒骈時盡继價骚。取C=1000u F。电容耐压值应考虑电网电压最高、负载电流最小时的情况。 UCma=1.1 X ,2U2ma=1.1 X 2 X 20" 31.1（V）综合考虑波电容可选择 C=1000u F,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0.010.1 H的高 频瓷片电容。茕桢广鳓鯡选块网羈泪。2.3.2 D/A 变换器D/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

7、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 U" 0V。则输出 电压表达式为鹅娅尽損鹤惨歷茏鴛賴。U01=-Rf UH/8R D+U4R D+UH/2R D+UH/R D33210=-R fUH/2 R2D+2D+2D+2D设 U2=-Uo1（Uin）.当 BDDDb（Q3QQQ）=1111 时，要求 Un=12V,即：籟丛妈羥为贍债蛏练淨。312=RfUH/2 RX 15当U=5V时，Rf=1.28R.取R=20K ,Rf由20K Q电阻和电阻3.5K Q电位器串联组成。預頌圣鉉儐歲龈讶骅籴。233 可调稳压电路设计为了满足稳压电源

8、最大输出电流 500mA勺要求，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。渗釤呛俨匀谔鱉调硯錦。图3可调稳压电路设运算放大器为理想器件，所以UP又因为UP=( R2/R1+R2 UIN，UN=( U0-R3/R3+R4 X 3 所以，输出电压满足关系式U0=UNI- (R- /R1+R2) + (R3/R3+R4 X 3 令 R仁R4=0 R2=R3=1Q。则 U0=UIN+3由此可见，U0与Uin之间成线性关系，当UIN变化时，输出电压也

9、相应改变。若要求输出电压步进增或减，UIN步进增或减即可。铙誅卧泻噦圣骋贶頂廡。234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 74LS193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。7

10、4LS193及CD4538的功能表请查阅有关资料。擁締凤袜备訊顎轮烂蔷。图5可逆二进制计数器2.3.5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。现选择土 15V供电电源。数字控制电路要求 5V电源，可 选择CW780集成三端稳压器实现。辅助电源原理图如图 6所示。贓熱俣阃歲匱阊邺镓騷。图6辅助电源电路图2.4调试要点2.4.1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。坛搏乡囂忏蒌鍥铃氈淚。2.4.2单脉冲及计数器调试加

11、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。2.4.3 D/A变换器电路调试将计数器的输出端 Q3-Q0分别接到D/A转换器的数字输入端D3DO, 当QAQ0=0000寸，调节RW1使运算放大器输出 UO2=0Vi Q3-Q0=1111时， 调节10KQ电位器，使 U02=10V蜡變黲癟報伥铉锚鈰赘。2.4.4可调稳压电源部分调试将电路联接好，在运算放大器同相输入端加入一 010v的直流电压，观 察输出稳压值的变化情况。将上述各部分电路调节器试好后，将整个系统连接起来。2.5总电路图1K3元件清单LM3ARES23T?11+15VLM3 34ES2

12、R R5ES2R R6ES2第7页，共8页课程设计报告专用纸1Part TypeDesignatorI21KR531ufC3A1uf04520KR16674LS19374LS19371000Rw1a150KR129150KR13100RIDGD1-D411CD4538CD453612COMCW70O5'13LM324LM324I14LM324I15R910欧姆R1010KtvR111?RES2R619RES2R120RES2R221RES2R322RES2RB23RES2R7r24RES2R425-220V926减S227S14心得体会通过本次的课程设计，我们综合应用课本理论解决实际问

13、题的能力得到了提 高；我觉得课程设计对我们的帮助很大，它需要我们将学过的理论知识与实际情 况的联系起来，加强我们对学过的知识的实际应用能力。在这次课程设计过程中， 我遇到了几个自己不能解决的问题， 通过老师和同学的帮助最终把问题解决， 因 此，我发现自己的电子知识还是有限的，而且我们所学的理论知识是很有用的， 没有坚实的知识基础，是不可能完成设计的。在设计的过程中还培养了我们的团 队精神，同学们共同协作，解决了许多人无法解决的问题，在今后的学习过程中 我们会更加团结和努力。買鯛鴯譖昙膚遙闫撷凄。调频TDA7088集成电路应用核心器件是一块 TDA7088集成电路、调频收音机中从天线接收、振荡器

14、、混频器、AFC（频率自动控制）电路、中频放大器（中频频率为70kHz）、中频限幅器、中频滤波器、鉴频器、 低频静噪电路、音频输出等全部功能。綾镝鯛駕櫬鹕踪韦辚糴。自动搜索调频收音机与普通调频收音机的主要区别就在于它们的调台方式不同。自动搜索调频收音机采用电调谐方式选择电台，省去了可变电容器，设置了搜索”和复位”两个轻触式按钮。使用时只要按下搜索按钮， 收音机就会自动搜索电台，当它搜索到一个电台后， 会准确地调谐并停止下来。如果想换一个电台， 只需再次按下搜索按钮，收音机就会继续向频率高端搜索电台。当调谐到频率最高端后， 就需要按下复位按钮， 让收音机本振频率回到 最低端才能重新开始搜索电台。

15、这种自动搜索调频收音机使用方便，调谐准确，由于不使用可变电容器，所以使用寿命长 （可变电容器容易损坏），它的缺点是没有频率指示。驅踬髏彦浃绥譎饴憂锦。一、电路的工作原理图1是自动搜索调频收音机的电原理图。其核心器件是一块TDA7088集成电路，这块集成电路中包含了调频收音机中从天线接收、振荡器、混频器、AFC（频率自动控制）电路、中频放大器（中频频率为70kHz）、中频限幅器、中频滤波器、鉴频器、低频静噪电路、音频 输出等全部功能，还专门设有搜索调谐电路、信号检测电路及频率锁定环路。猫虿驢绘燈鮒诛髅貺庑。取代可变电容器的是变容二极管，它是一种特殊的二极管。它的PN结电容随着PN结上的偏压（反向

16、电压）变化而改变。偏压增大，PN结变厚，PN结电容变小；偏压降低，PN结变薄，则PN结电容增大。因此改变 PN结上的偏压，就可以改变 PN结的电容。电路中 变容二极管接在本机振荡电路上，就可以改变振荡频率。因为集成电路中很难集成较大容量的电容器，所以集成电路外接的电容器较多。TDA7088集成电路的1脚接的电容器 C1为静噪电容；3脚外接环路滤波元件；6脚上的C4 为中频反馈电容；7脚上的C5为低通电容器；8脚为中频输出端；9脚为中频输入端；10 脚上的C7为中频限幅放大器的低通电容；15脚为搜索调谐输入端，C12为滤波电容器；16脚为电调谐、AFC输出端。调频收音机的耳机线兼作天线， 电台信

17、号送入集成电路的第 11脚和12脚，电感L2、 电容器C8、C9、C10构成输入回路。电路的频率由 L1、C3及变容二极管 VD1决定。混频 后产生的70kHz中频信号经集成电路内的中频放大器、中频限幅器、中频滤波器、鉴频器后变为音频信号，由集成电路的第 2脚输出，送到音量电位器上，再由电容器 C15送到由 三极管VT1、VT2等组成的低频放大电路中进行放大， 推动耳机发声。连接耳机插座的电感 器L3、L4是为了防止天线的信号被耳机旁路而设置的。发光二极管和电阻器R6组成电源显示电路。电容器 C18和C19为电源滤波电路。电容器 C17是用来改善音质的。二、电路的制作图2是自动搜索调频收音机的元件安装示意图。首先将16脚的双列微型扁平封装的集成电路TDA7088焊在电路板中的敷铜面上。由于集成电路管脚间隙很小，焊接时一定要十分小心。可先将集成电路的管脚和电路板上的焊点镀锡，把电烙铁头上的焊锡甩掉后，将集成电路对准电路板上的焊接处（集成电路的1脚处在耳机插座的一方），用不带焊锡的电烙铁进行焊接。其次将4根跨线、5只电阻器、2只电感器焊到电路板上。再依次将17只电容器、2只电解电容器、2只三极管、变容二极管、2只线圈、电位器、耳机插座、轻触开关、发光二极管焊到电路板上。注意发光二极管 的高低要与机壳相配合。最后用导线连接电池接触