直流稳流电源的制作

1、 合肥学院第七届电子设计竞赛设计题目： 直流稳压电源 系 别： 电子信息与电气工程系 年级专业： 09级电气信息类 小组成员： 李崇崇 0905071036 刘剑锋 0905071029 何 芳 0905075029 2011年3月14日直流稳流电源的制作 摘要：利用lm317的稳压特性配合电器元件实现输出稳定电流。首先，从单片机输出一个数字信号，控制x9241（可控电阻）通过改变x9241的输出电阻，来达到改变最终到负载的电压的目的。为提高精度减小系统误差，在电路中又增加了自动调节模块：用模数转换器对电流源输出电压进行采样，输入单片机，与参照电压进行比较，进而对其输入到x9241上的电信号进

2、行微调。 关键词：lm317、x9242、单片机、数控、直流电源正文：一、任务设计并制作直流稳流电源。输入交流200240V，50Hz；输出直流电压10V。二、要求1、基本要求（1）输出电流范围：200mA1A；（2）改变负载电阻，输出电压在10V以内变化时，要求输出电流变化的绝对值输出电流值的1+5 mA； （3）纹波电流1mA；（4）自制电源。2、发挥部分（1）可设置并显示输出电流给定值，要求输出电流与给定值偏差的绝对值给定值的1+10 mA；（2）具有“+”、“-”步进调整功能，步进10mA；输出电流范围为20mA1000mA，步进1mA；（3）设计、制作测量并显示输出电流的装置 (可同

3、时或交替显示电流的给定值和实测值)，测量误差的绝对值测量值的0.1+3个字；（4）改变负载电阻，输出电压在10V以内变化时，要求输出电流变化的绝对值输出电流值的0.1+1 mA；（5）纹波电流0.2mA；（6）其他。目前，比较常用的是稳压电源，而对稳流电源的生产、使用都比较少，但稳流电源在工程技术和测量领域内有重要的实际作用，而已有的电流源大都价格昂贵。基于此我们设计了一种直流稳流电源，其输出电流范围为200mA1A，可步进调整输出电流。输出电压小于10V。三设计思路：3.1稳压部分将220V，50HZ交流电经过变压器改变电压，然后送入整流电路、滤波电路，然后送入1号lm317。在lm317的

4、输出端和调整端会有一个稳定电压。变压整流电路图 稳压流程图和对应的电压输出波形图3.2稳流部分把1号lm317的输出端和调整端通过电阻器件并接到另一个2号lm317的输入端上，2号lm317调整端接地，输出端接大电阻。电路简图如下图.。稳流简图由图可知，2号里面lm317的输出与调整端电压恒定设为U，Iadj的大小由lm317属性决定故可知I2=U/R2+IadjVRx=(I2-Iadj) RxVR1=U-VRx=U(R2-Rx)/R2I1=VR1/R1=U(Rx-R2)/R1R2于是，根据基尔霍夫电流定律可得，流经负载的电流Iout为Iout=I1-Ix=U(R2-Rx)/R1R2-(I2-

5、Iadj)由上面的结果可看出，公式中自变量只有Rx，其余都为定值，输出到负载的电流，是一个与负载电阻大小无关的物理量。所以可以输出稳定电流。控制部分由上面公式我们知道输出电压，可以通过Rx的大小来调节，对于Rx的原件选择，我们提出三种方案：1用电位器、2用电阻箱、3用x9241集成电路。首先我们想到的是电位器，因为其小巧、使用方便、价格便宜，但是由于我们要做的稳流电源有一项要求是能实现电流“+”“-”步进调整功能，步进10mA电位器的精度显然不够，放弃选用。于是又想到，可以使用变阻箱，变阻箱可以提供比较准确的需要的电阻值，但是使用电阻箱也有许多硬伤。首先，变阻箱体积相对来说有些大；其二，如果输

6、出一个给定的电流，那么首先得要计算所需要的电阻值，使用起来会很不方便；其三，不能实现电流的步进。当然，这些不足都可以设法改进，例如可以改造一个，电源所需要的阻值在箱内设定好的变阻箱，这样可以直接旋转旋钮到自定义刻度上来达到控制目的，但这样会极大加大设计难度，而且不易实现，所以也只有放弃。后来又查阅资料发现有数字电位器x9241可以实现电阻可控。X9241 引脚排列图x9241 是4 个数字控制电位器为一体的单块 CMOS集成电路。每个数字电位器由 63 个电阻串联而成。可以由单片机给出数字信号来控制x9241的输出电阻，而且单片机在后面也会用到，只要把原本电路中的可变电阻改为x9241就可以了

7、。具体来说就是：首先通过小键盘输入所要的电流，（我们设计的是通过键盘对数字进行增减，而非直接输入数字）到单片机，由单片机对x9241控制，使之输出预定电阻Rx，由Rx进而控制电流源电路，得到额定电流。数字电位器X9241与PIC单片机的接口电路3.3显示部分输出部分要用到模数转换器，首先从设计采样电路从电流源去的电信号，通过模数转换器A/D转换为数字信号，输入单片机（与x9241的使用过程相反）再由单片机控制数码管显示电流值。程序流程图3.4自动校准部分以上的电路可以基本实现电流的稳流、可调和步进等功能，但会有一定的系统误差。改进方法：把模数转换器得到的数字信号，经过单片机计算，对实测值与给定

8、值进行比较，如果误差较大，单片机自动对x9241输出做出相应调节，进而改变x9241的输出电阻，此过程由植入单片机的程序自动执行。电路各模块关系图3.5其他为进一步减小纹波，需在电流源电路中加入抑制高频信号的瓷片电容如104，和抑制低频信号的电解电容等，如下页图稳流部分加入电容的电路图四、测试仪器与测试方法测量电源产生的电流大小，可以选用示波器，先测量加在电源上的电阻上的电压，然后除以测试负载的电阻，得到实际电流值。同理测纹波，也可以先测出纹波电压，然后用纹波值除以测试电阻，求得纹波电流值。五、总结：本篇文章在理论上论证了直流电源制作的可行性，设计的直流电源可以实现题目要求：输出电流稳定、与给定值偏差较小、纹波较小可以步进调整输出电流。参考文献：康华光，模拟电子技术，第五版，北京高等教育出版社，2006年1逄玉台等，X9241的原理及应用，微电子技术，2006年22期29卷高恭娴 聂睿瑞，一种基于单