一种可调式数字直流稳压电源的设计

1、一种可调式数字直流稳压电源的设计作者：周鼎，葛健，刘磊 2006-5-22一 任务设计并制作交流变换为直流的稳定电源。一、 基本要求在输入电压220V、50HZ、电压变换范围1520的条件下：a: 输出电压可调范围为9V12Vb: 最大输出电流为1.5Ac: 纹波电压（峰峰值）<=220mv(最低输出电压下，满载)d: 效率>=40%（输出电压9V、输入电压220V下，满载）e: 具有过流以及短路保护功能三：发挥部分（1） 扩充功能a:短路排除故障后，自动恢复为正常状态b:短路保护c:过热保护（2） 扩大输出电压调节范围（3） 用数字显示输出电压摘要：在业余条件下进行电子制作，拥有

2、一个可调节输出电压的稳压电源是非常有用的，市面上所售的成品可调稳压电源价格一般都在百元以上，外表看上去是挺好看的，但对于业余电子爱好者来说，实用是最主要的。本文介绍的这款可调稳压电源，输出电压范围为9到12V，最大输电流为1A，这些参数对于业余制作中的调试用电源基本能满足要求。报告部分一、 方案认证与比较在进行电路的设计过程中，我们采用的是模块化思想，将整个电路分成几个分立的模块来分析、制作，最后再进行组装、调试。方案一：采用单级开关电源，由220V交流整流后，经开关电源稳压输出，但是由于这种方式产生的直流电压纹波比较大，无法得到稳定的电压输出，不符合我们的要求。 方案二：我们将从滤波电路输出

3、的电压接到线性稳压电路（如下图所示）线性稳压电路的输出值可调，为912V的直流输出。此方案的优点是：电路简单、很容易调试，但是效率比较低，其输入端一般为15V左右的电压，而输出只有912V，压降较大，功率损耗比较严重，无法实现效率40的目的。方案三：以方案二为基础，在线性稳压电路前加入DC-DC变换器，采用脉宽调制（PWM）技术，并采用恒压差控制技术，如右图所示在这种情况下，由DC-DC变换器来完成从不稳定的直流电压到稳定的直流电压的转变，由于采用脉宽调制技术和恒压差控制技术，使得线性稳压电路两端压差减小，电路消耗大幅度下降，解决了方案二重的效率低下的问题。其次，由于使用脉宽调制技术，使得电路

4、有了过流、过热、自动恢复等功能。 本电路从功能上分成五个模块，下面是对具体的电路模块进行的说明1. 交直流转换电路模块 本电路的目的在于从50HZ、220V的交流电压中得到直流电压。电路如图所示 当输入220V交流电压时，首先通过变压器降至25V左右交流电压。整流部分选用了全波桥式整流电路，输出为32V的直流电压。2. DC-DC转换电路模块 使用此电路的目的在于最大限度地降低模块的功耗，同时，为下一级提供一个稳定的直流电压。它的电路图如下： DC-DC电路为有核心芯片TL494作控制的单端PWM降压型开关稳压电路。图中R10与C5决定开关电源的开关频率。电阻R8作为限流保护电阻用。其片内误差

5、放大器（EA1）的同相输入端（脚2）通过5.1千欧电阻（R7）接入反馈信号，从后级线性稳压电路得到分压。开关管采用PNP型大功率晶体管。 工作原理：在恒定频率的PWM通断中，控制开关通断状态的控制信号是通过一个控制电压UVOM 与锯齿波相比较而产生的。控制电压则是通过偏差（即实际输出电压与其整定值之间的差值）获得的。锯齿波的峰值固定不变，其重复频率就是开关的通断频率。在PWM控制中，这以频率保持不变，频率范围为几千赫到几百千赫。当放大的偏差信号电平高于锯齿波的电平时，比较器输出高电平，这以高电平的控制信号导致开关导通，否则，开关处于关断状态。当后级反馈电压高于TL494的基准电压5V时，片内误

6、差放大器EA1输出电压增加，将导致外接晶体管T和TL494内部T1,T2管的导通时间变短，使输出电压下降到与基准电压基本相等，从而维持输出电压稳定，反之亦然。 参数计算：由R10=39千欧，C50.01uF,得振荡频率fosc=28.2kHZ为保证电流连续，电感取值不能太小，但也不能太大。计算如下： Lmin=(UI-UO) )/(2×I0)TON =(35-10)/(2×1.5)×0.00002=167uH C>U0×Toff/(8×l×f×U0) =15×10×0.000001/(8×

7、0.001×30×1000×0.1) =6.25uF Iop=ILP=(UI-UO)/(2×L)×0.00002+1.5=1.75A3. 线性稳压电路模块 本电路的目的是在第一级稳压的基础上实现线性高精度稳压，降低纹波，提高电压调整率和负载调整率，最终达到题目的指标要求。原理如下图所示： 此电路继承了DC-DC变换器的输出电压。在本电路中，首先输入电压在精密稳压源上产生一个稳定的参考电压，接到由运放组成的比较电路的正端输入脚。输出电压经过电阻分压之后反馈至运放的负输入端。运放的输出电压控制达林顿管的发射极电压，得到所需的高度稳定的直流电压。 参

8、数计算: U0=Uref×(Rx+R5+R6)/(R5+R6)RX=3千欧 ，R5=1千欧 ，Uref=6V,则当R6=0.67千欧时 U0=(2.5×6)/(1+0.67)=9V当R6=0.25千欧时 U0=(2.5×6)/(1+0.25)=12V4. 恒压差控制模块 在DC-DC转换电路和线性稳压电路间采用恒压差控制，即：通过反馈，时DC-DC变换电路输出电压与线性稳压输出电压差值恒定，这样，既可保证线性稳压电路所需的电压差，又降低了线性稳压电路低压输出的损耗，提高稳压模块的整体效率。而且，在整个模块输入电压发生较大幅度变化时也能够进行高精度的稳压，纹波也会因

9、此大大降低。 在这一模块电路中，还接有软启动电路，在开关机时，对产生过冲现象有相当大程度上的抑制。同时，通过控制DC-DC变换器的脉宽，可实现过热，过流保护。这一部分的电路整合到了第3模块中5显示模块： 为简化电路，显示模块使用了单片A/D转换集成电路（ICL7107），其中ICL7107是一块美国INTERSIL公司生产的三位半双积分式A/D转换器，采用双列直插式封装。标准工作时的电压为+5V、-5V，芯片自动进行一系列的数值转换后，直接驱动共阳极LED数码显示管（该电路使用TOS-5101BR数码管），以BCD码方式在LED上显示，可显示3位测量电压，电压范围可精确到0.1%。下图为数字显

10、示电压表原理图： 芯片的33，34脚接基准电容，27，28，29脚组成积分电路。38，39脚的电阻和电容共同构成IC内部振荡器的RC电路。该电路的时钟频率为45KHZ。30，31脚为模拟量输入端，两脚间的电容为输入滤波电容。31脚外接的电阻为限流分压电阻。该电路35脚接地，36脚作为基准电压输入，也称作定标系数调节电压，36脚电压至关重要。我们可以通过公式 N=1000Vi/Vref+来计算它的定标系数。N表示数码管显示值，Vi表示31脚输入电压的变化值。ICL7107的20脚为负极性指示。（制作时ICL7107应使用IC插座，一切做好后再插IC）.附表：所需元器件清单以及价格表 元件 参数值C1（极性电容）2.2uFC110.01uFC120.47uC130.22uC2 C100.1uC310uFC40.001uFC5 C6100uFC7(极性电容)100uFC8（极性电容）33uFC9100PICL7107SL1.0mH 2ANPNMJE3055NPN9013PNPTIP32AR10.47KR11 R20 R211KR160.1R173K