簡易數(shù)控直流電源的設(shè)計(jì)

1、簡易數(shù)控直流電源的設(shè)計(jì)摘 要屯子系統(tǒng)的正常運(yùn)行離不開穩(wěn)定的屯源，除了在某些特定場合下采用太陽能電 池或化學(xué)電池作電源外，多數(shù)電路的直流電是由電網(wǎng)的交流電轉(zhuǎn)換來的，能長期、 連續(xù)地工作，給人們生產(chǎn)生活帶來了極大的方便。但是當(dāng)前的大部分穩(wěn)壓電源輸出 電壓不穩(wěn)定，給設(shè)備造成致命傷害或謀動作，影響設(shè)備的使用壽命、加速設(shè)備 的老化。本文所研究的數(shù)控直流電源具有輸出電壓穩(wěn)定、工作可靠，范圍可調(diào)、 成本較低等特點(diǎn)。木課題主要對簡易數(shù)控直流電源電路的硬件設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)的描述。首先、本文概述了數(shù)控電源的背景、發(fā)展?fàn)顩r及其設(shè)計(jì)要求。其次、本文講述了簡易數(shù)控電源系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案及其論證。再次、本文介紹了本課題用到

2、的集成電路的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及外圍引腳功能。最后、本文簡述了整流濾波屯路、數(shù)字控制電路、d/a轉(zhuǎn)換器及穩(wěn)壓調(diào)節(jié)電路 的設(shè)計(jì)方法，并設(shè)計(jì)出整體電路。關(guān)鍵詞：整流濾波電路，數(shù)字控制電路，d/a轉(zhuǎn)換器，穩(wěn)壓調(diào)節(jié)電路the design of simple digital control dc powerauthor: xxx tutor: xxxabstractthe normal operation of electronic systems can not do without a stable power supply, except in certain specific situations or

3、 chemical batteries powered by solar batteries for power, most of the dc circuit is converted to ac power, and long-term, continuous work, to produce the life of people has has brought great convenience.but most of the current power supply output voltage is unstable, causing fatal injuries to the de

4、vice, or malfunction, the service life of equipment and accelerate device aging. nc studied in this paper has the output voltage dc power supply, reliable, adjustable range, lower cost and so on.the main subject of the dc power supply circuit for easy cnc hardware design is described in detail.first

5、, the paper outlines the numerical power of the background, development and design requirements.secondly, this article describes a simple digital controlled power system design and its overall argument.again, this paper introduces the integrated circuit used this topic the internal structure and the

6、 peripheral pin function.finally, this paper describes the rectifier filter circuit, digital control circuit, d / a converter and voltage regulation circuit design, and design the whole circuit.keywords： rectifier filter circuit, digital control circuit, d / a converters1緒論31課題背景11.2國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r11.3設(shè)計(jì)課題的

7、技術(shù)要求22設(shè)計(jì)方案論證22.1系統(tǒng)的工作原理22.2各部分電路的作用33各單元電路設(shè)計(jì)43.1整流濾波電路設(shè)計(jì)43.2數(shù)字控制電路設(shè)計(jì)73.2.1芯片介紹73.2.2數(shù)字控制電路設(shè)計(jì)93.3d/a變換器103.3lm324放大器介紹103.3.2 d/a轉(zhuǎn)換器功能及其組成113.4可調(diào)穩(wěn)壓電路的設(shè)計(jì)123.4.1集成三端穩(wěn)壓器123.4.2可調(diào)穩(wěn)壓電路工作原理及其設(shè)計(jì)133.5輔助電源設(shè)計(jì)144總體電路設(shè)計(jì)15結(jié)論17致謝18參考文獻(xiàn)191緒論1.1課題背景電源技術(shù)尤其是數(shù)控電源技術(shù)是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的工程技術(shù)，服務(wù)于各行各 業(yè)。電力電子技術(shù)是電能的最佳應(yīng)用技術(shù)z-o隨著計(jì)算機(jī)和通訊技術(shù)發(fā)展而

8、來的 現(xiàn)代信息技術(shù)革命，給電力電了技術(shù)提供了廣闊的發(fā)展而景，同時(shí)也給電源提出了 更高的要求。普通電源在工作吋產(chǎn)生的誤差，可能會影響整個(gè)系統(tǒng)的精確度，世界 各國紛紛對電源產(chǎn)甜提出了不同要求，并制定了一系列的產(chǎn)品精度標(biāo)準(zhǔn)。只有滿足 產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，才能夠進(jìn)入市場。隨著經(jīng)濟(jì)全球化的發(fā)展，滿足國際標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品才能獲 得進(jìn)出的通行證。數(shù)控電源是從80年代才真正的發(fā)展起來的，期間系統(tǒng)的電力電 了理論開始建立。這些理論為其后來的發(fā)展提供了一個(gè)良好的基礎(chǔ)。在以后的一段 時(shí)間里，數(shù)控屯源技術(shù)有了長足的發(fā)展。但其產(chǎn)品存在數(shù)控程度達(dá)不到要求、分辨 率不高、功率密度比較低、可靠性較差的缺點(diǎn)。因此數(shù)控電源主要的發(fā)展方向，是 針

9、對上述缺點(diǎn)不斷加以改善。單片機(jī)技術(shù)及電壓轉(zhuǎn)換模塊的出現(xiàn)為精確數(shù)控電源的 發(fā)展捉供了冇利的條件。隨著新的變換技術(shù)和控制理論的不斷發(fā)展，各種類型專用 集成電路、數(shù)字信號處理器件的研制應(yīng)用，數(shù)控電源的發(fā)展也極為迅速。到90年 代，己出現(xiàn)了數(shù)控精度達(dá)到0.05v的數(shù)控屯源，功率密度達(dá)到每立方英寸50w的 數(shù)控電源。數(shù)控電源口前的發(fā)展，主要朝著更高的數(shù)控精度和分辨率及更好的動態(tài) 特性、更好的環(huán)保性能、智能化與高可靠性、更廣泛的應(yīng)用等方向發(fā)展。1.2國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r1955年美國的科學(xué)家羅那（gh.royer）首先研制成功了利用磁芯的飽和 來進(jìn)行激振蕩的晶體管直流變換器。此后，利用這一技術(shù)的各種形式的精益

10、求精直流變換器不斷地被研制和涌現(xiàn)出來，從而取代了早期采用的壽命短、可 靠性差、轉(zhuǎn)換效率低的旋轉(zhuǎn)和機(jī)械振子示換流設(shè)備。60年代，由于微電子技 術(shù)的快速發(fā)展，高反壓的晶體管出現(xiàn)了，從此直流變換器就可以直接由市電經(jīng) 整流、濾波后輸入，不再需要工頻變壓器降壓了，從而極大地?cái)U(kuò)大了它的應(yīng)用 范圍，并在此基礎(chǔ)上誕生了無工頻降壓變壓器的開關(guān)電源。省掉了工頻變壓器， 又使穩(wěn)壓電源的體積和重量大為減小，穩(wěn)壓電源才真正做到了效率高、體積小、 重量輕。70年代以后，與這種技術(shù)有關(guān)的高頻，高反壓的功率晶體管、高頻電容、 開關(guān)二極管、開關(guān)變壓器的鐵芯等元件也不斷地研制和生產(chǎn)出來，使無工頻變 壓器開關(guān)穩(wěn)壓電源得到了飛速的發(fā)

11、展，并且被廣泛地應(yīng)用于電子計(jì)算機(jī)、通信、 航天、彩色電視機(jī)等領(lǐng)域，從而使無工頻變壓器穩(wěn)壓電源成為各種電源的佼佼 者。近年來，我國數(shù)控可調(diào)穩(wěn)壓電源也隨著數(shù)字時(shí)代的步伐前進(jìn)，數(shù)控可調(diào)穩(wěn)壓電 源以其數(shù)控可調(diào)、使用方便、長期投入費(fèi)用低等的特點(diǎn)深受人們的喜愛。隨著集成 芯片的不斷發(fā)展，電源的設(shè)計(jì)也變得簡單了，不用一步一步地去連接復(fù)雜的電路， 各部分的電路都集成在各部分的功能模塊中，然后將其封裝起來，構(gòu)成模塊整體， 這樣，電源的設(shè)計(jì)、制作以及故障維修也相對比較簡單了。1.3設(shè)計(jì)課題的技術(shù)要求木課題的技術(shù)要求主要如下：1、輸出直流電壓調(diào)節(jié)范圍5-15v,紋波小于15mvo2、輸出電流為500ma。3、輸出直

12、流電壓能步進(jìn)調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)值為iv,由“尸、兩鍵分別控制輸出電 壓步進(jìn)增和減。2設(shè)計(jì)方案論證2.1系統(tǒng)的工作原理木次設(shè)計(jì)主要采用了整流濾波電路、可逆二進(jìn)制計(jì)數(shù)器、d/a變換器、及穩(wěn)壓 調(diào)節(jié)屯路來進(jìn)行設(shè)計(jì)。通過按增或減按鈕產(chǎn)生脈沖信號，脈沖信號進(jìn)入可逆計(jì)數(shù)器 之后會產(chǎn)生數(shù)字信號輸入d/a變換器轉(zhuǎn)變成模擬信號t/創(chuàng),輸送進(jìn)入穩(wěn)壓調(diào)節(jié)電路 由于e和c/川成線性比例關(guān)系所以需要整流濾波電路來提供直流電壓5以使電路 穩(wěn)定，而最終的輸出電壓s與匕¥的關(guān)系為u嚴(yán)w 可得出最終的宜流電壓。其 原理示意圖如圖2.1所示。圖2.1電路結(jié)構(gòu)總體框圖2.2各部分電路的作用1、整流濾波電路：整流電路將交流電壓變換

13、成脈動的直流屯壓。再經(jīng)濾波電 路濾除較大的紋波成分，輸出紋波較小的直流電壓5。2、數(shù)字控制電路：它由單脈沖產(chǎn)生和可逆計(jì)數(shù)器組成的，當(dāng)輸入脈沖信號的 時(shí)候，通過可逆計(jì)數(shù)器將脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號。3、d/a變換器：主要作用就是將可逆二進(jìn)制計(jì)數(shù)器傳來的數(shù)字信號轉(zhuǎn)變?yōu)槟?擬信號，然后輸入到穩(wěn)壓電路。4、穩(wěn)壓調(diào)節(jié)電路：根根據(jù)要求在一定的范圍內(nèi)輸出穩(wěn)定可靠的直流電壓，供 外設(shè)備使用。5、輔助電源電路：出于本次設(shè)計(jì)各部分電路需要不少外在的穩(wěn)壓電源提供電 壓，如d/a轉(zhuǎn)換器，穩(wěn)壓電路和數(shù)字控制電路都需要外在的直流電源供電，因此木電路主要是實(shí)現(xiàn)+15v,15v,和+5v的電源設(shè)計(jì)確保對各個(gè)部分的電路提供電壓。

14、3各單元電路設(shè)計(jì)3.1整流濾波電路設(shè)計(jì)木次整流濾波電路設(shè)計(jì)主要采用的是橋式整流、電容濾波電路來實(shí)現(xiàn)。如下圖3.1所示為整流濾波屯路結(jié)構(gòu)原理圖。圖3整流濾波電路圖由圖3可看出，電路中采用四個(gè)二極管，互相接成橋式結(jié)構(gòu)。利用二極管的 電流導(dǎo)向作用，在交流輸入電壓/的正半周內(nèi)，二極管di、d3導(dǎo)通，d2、d4截 止，在負(fù)載rl上得到上正下負(fù)的輸出電壓；在負(fù)半周內(nèi)，正好相反，di、d3截止， d2、d4導(dǎo)通，流過負(fù)載rl的電流方向與正半周一致。因此，利用變壓器的一個(gè) 副邊繞組和四個(gè)二極管，使得在交流電源的正、負(fù)半周內(nèi)，整流電路的負(fù)載上都冇 方向不變的脈動直流電壓和電流。電壓應(yīng)滿足公式3.1：5 

15、7; /叭 +（s - t/0）min + urjp +（3.1）式屮，/喚為穩(wěn)壓電源輸岀最大值；（6-/）罰為集成穩(wěn)壓器輸入輸岀最小 電壓差；u財(cái)為濾波器輸出電壓的紋波電壓值（一般 ?。?u。）罰z和的 10%） ； /為電網(wǎng)波動引起的輸入電壓的變化（一般?。?-匕）品，urwz 和的10%）。對于集成三端穩(wěn)壓器：（6-/）翻=2107具冇較好的穩(wěn)壓輸出特性.故濾波器輸出電壓值為：u、>15 + 2 + 1.8 + 1.98>22r取uj = 22v o根據(jù)s可確定變壓器次級電壓/為：u, = = -20k-(1.1 1.2) 1.1在橋式整流電路中，變壓器次級電流與濾波器輸出

16、電流的關(guān)系為：12 =(1.5-2)z1 = 1.5 x 0.5 = 0.75/取變壓器的效率n=o.8,則變壓器的容量為：p = u2x = 20x 必= 18.75(0)0.8選擇容量為20w的變壓器.因?yàn)榱鬟^橋式電路中毎只二極管的電流為id = 0.5z0max =0.5x0.5 = 0.25(a)每只整流二極管承受的最大反向電壓為urk1 =1.414t/2max =1.414x20x(l + 10%)-31(v)選用二極管in4001,其參數(shù)為：id =l(?f), urm = 100( d，可見能滿足 耍求。整流電路輸出的直流電壓脈動較大，一般不能滿足實(shí)際需耍，必須用濾波電路 濾除

17、交流分量，得到平滑的直流屯壓。在小功率直流屯源中，常用的濾波屯路有屯 容濾波、r型濾波和n濾波。在整流電路輸出端與負(fù)載之間并聯(lián)一只大容量的電容, 即可構(gòu)成最簡單的電容濾波器。其工作原理是利用電容兩端的電壓在電路狀態(tài)改變 時(shí)不能躍變的特性。加了一只電容后，二極管導(dǎo)通時(shí)，一方而給負(fù)載rl供電，一 方面對電容c充電。在忽略二極管止向壓降后，充電時(shí)，充電時(shí)間常數(shù)i=2rdc, 其中/?d為二極管的正向?qū)娮瑁渲捣浅Ｐ?，充電電壓uc與上升的正弦電壓6 一致，u嚴(yán)當(dāng)如充到/的最大值時(shí)，/開始下降，且下降速率逐漸加 快。當(dāng)|/|<乂時(shí)，四個(gè)二極管均截止，電容c經(jīng)負(fù)載心放電，放電時(shí)間常數(shù)為t 放電=

18、&c,故放電較慢，直到負(fù)半周。在負(fù)半周，當(dāng)u2>uc吋，另外二個(gè)二極管 (vd2、vd4)導(dǎo)通，再次給電容c充電，當(dāng)充到/的最大值時(shí)，/開始下降，且下降速率逐漸加快。當(dāng)|tz2|<(/c時(shí)，四個(gè)二極管再次截止，電容c經(jīng)負(fù)載放 電，重復(fù)上述過程。有電容濾波后，負(fù)載兩端輸出電壓波形如圖3.2所示。0圖3.2電容濾波波形圖3.2數(shù)字控制電路設(shè)計(jì)數(shù)字控制電路就是當(dāng)想調(diào)節(jié)數(shù)控直流電源的電壓時(shí)輸入脈沖，然后將脈沖信號 轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。再將數(shù)字信號經(jīng)過d/a 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成模擬信號進(jìn)而改變電壓。 木次設(shè)計(jì)的簡易數(shù)控電源由于要使電壓在5到15v屮間調(diào)節(jié)，因此數(shù)字控制電路顯 得尤為重要。數(shù)字控

19、制電路一般都是采用二進(jìn)制計(jì)數(shù)器進(jìn)行構(gòu)成，在本次設(shè)計(jì)中我 釆用了 74ls193芯片進(jìn)行電路組成。3.2.1芯片介紹1、74ls193的引腳圖及其各引腳的功能74ls193引腳圖如圖3.3所示。圖3.3 74ls193引腳圖齊個(gè)引腳功能介紹：cpg：計(jì)數(shù)芯片時(shí)鐘脈沖輸入；cpd：倒計(jì)時(shí)時(shí)鐘脈沖輸入；mr：異步主復(fù) 位（清除）輸入；pl :異步并行負(fù)載（低電平）輸入；pn：并行數(shù)據(jù)輸入；qn : 觸發(fā)器輸曲tcd：終端倒計(jì)時(shí)（借）輸曲tcu :終端數(shù)最多輸出。74ls193是雙時(shí)鐘4位二進(jìn)制同步可逆計(jì)數(shù)器。74ls193的特點(diǎn)是冇兩個(gè)時(shí) 鐘脈沖（計(jì)數(shù)脈沖）輸入端cpu和cpd。在mr=o、pl=1

20、的條件下，作加計(jì)數(shù)時(shí), 令cpd=1,計(jì)數(shù)脈沖從cpu輸入；作減計(jì)數(shù)時(shí),令cpu=l，計(jì)數(shù)脈沖從cpd輸入。 此外，74ls193的清除端是異步的，當(dāng)清除端為高電平吋，不管吋釗端狀態(tài)如何， 即可完成清除功能。74ls193的預(yù)置是異步的，當(dāng)置入控制端為低電平時(shí)，不管時(shí) 鐘的狀態(tài)如何，輸出端與預(yù)制端的狀態(tài)一致。74ls193的計(jì)數(shù)是同步的，靠cpd、 cpu同時(shí)加載四個(gè)觸發(fā)器上而實(shí)現(xiàn)的，在cpd、cpu上升沿作用下輸出端同時(shí)變化, 從而消除了異步計(jì)數(shù)器中出現(xiàn)的計(jì)數(shù)尖峰。當(dāng)進(jìn)行加計(jì)數(shù)或者減計(jì)數(shù)吋可分別利用 cpd或cpu，此時(shí)另一個(gè)吋鐘應(yīng)為高電平。當(dāng)計(jì)數(shù)上溢出吋，進(jìn)位輸出端輸出一個(gè) 低電平脈沖；當(dāng)

21、計(jì)數(shù)下溢出時(shí)，錯(cuò)位輸出端輸出一個(gè)低電平脈沖，其寬度為cpd低 電平部分的低電平脈沖。2、cd4538的功用與特點(diǎn)cd4538是一款雙通道，精密獨(dú)立觸發(fā)和復(fù)位控制芯片。該設(shè)備是可以觸發(fā)單 穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器并可使其復(fù)位，并在內(nèi)部控制輸入鎖存。兩個(gè)觸發(fā)器輸入允許上升 沿或下降沿觸發(fā)。復(fù)位輸入活躍，同時(shí)，為了避免引發(fā)低活性。精確控制輸出脈沖 寬度己達(dá)到使用線性cmos技術(shù)。脈沖持續(xù)時(shí)間和準(zhǔn)確性取決于rx和cx的外部 元件。由于該設(shè)備不允許定時(shí)電容通過對休眠狀態(tài)的時(shí)間針放電?；谶@個(gè)原因， 沒冇外部保護(hù)電阻是需要時(shí)間與針系列靜電放電保護(hù)的投入上提供所冇引腳。cd4538由兩個(gè)高精度可重觸發(fā)地單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器組

22、成。該器件工作吋，需外接 一個(gè)電阻rx和一個(gè)電容cx,調(diào)節(jié)rx和cx數(shù)值，可得到兩個(gè)不同寬度地單穩(wěn)態(tài) 脈沖。傳輸延遲時(shí)間不受rx和cx變化地彩響。cd4538捉供了 16引線多層陶瓷 雙列直插（d）、熔封陶瓷雙列直插（j）、塑料雙列直插（p）和陶瓷片狀載體（c） 4種封裝形式。其屯源屯壓范圍是3v15v,輸入電壓范圍是0vvdd，工作溫度 范圍是-40125°c。其引腳如圖3.4所不。t1a116215 廠314 -astxprt.1i t .rjxprrr1z t512樂（xtj*.1 1 1ti" ig71 1 r10-89 圖3.4 cd4538引腳圖ntxpi7 j

23、wxprt6* rqa、qb為單穩(wěn)態(tài)止脈沖觸發(fā)器輸出端，6、0則為單穩(wěn)態(tài)負(fù)脈沖觸發(fā)器輸 出端，aa、ab、ba、bb為輸入信號。3.2.2數(shù)字控制電路設(shè)計(jì)數(shù)字控制電路的核心是一可逆二進(jìn)制計(jì)數(shù)器,74ls 193就是雙時(shí)鐘4位二進(jìn)制同 步可逆計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)器數(shù)字輸出的加/減控制是由兩按鍵組成，當(dāng)需要某個(gè)電 壓時(shí)按下加或減按鍵，cd4538產(chǎn)生的輸入脈沖輸入到74ls193的cpd或cpu端， 以便控制74ls193的輸出是作加計(jì)數(shù)還是減計(jì)數(shù)，為了消除按鍵的抖動脈沖，分別 在控制口接入了由雙集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器cd4538組成的單脈沖發(fā)生器，每當(dāng) 按下一次按鍵時(shí)，輸出一個(gè)100ms左右的單脈沖，該單脈沖

24、送入74ls193后產(chǎn)生的 數(shù)字信號由qoq3輸出該數(shù)字信號到后續(xù)電路d/a變換器的輸入端dod34。其原 理圖如圖3.5所示。圖3.5數(shù)字控制電路原理圖3.3 d/a變換器3.3.1 lm324放大器介紹lm324系列器件為價(jià)格便宜的帶冇真差動輸入的四運(yùn)算放人器。與單電源 應(yīng)用場合的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)算放大器相比，它們有一些顯著優(yōu)點(diǎn)。該四放大器可以工作 在低到3.0伏或者高到32伏的電源下共模輸入范圍包拈負(fù)電源，因而消除了 在許多應(yīng)用場合屮采用外部偏置元件的必要性。其引腳如圖3.6所示。輸出1輸入1回輸出4工| vee? gnd輸入4輸入3 習(xí)輸出3圖3.6 lm324放人器lm324與其他放大器相比具

25、有以下特點(diǎn)：1 短路保護(hù)輸出；2.真差動輸入級；3.可單電源工作：3v-32v； 4.低偏置 電流：最大loona； 5.每封裝含四個(gè)運(yùn)算放大器；6.具有內(nèi)部補(bǔ)償?shù)墓δ埽?. 共模范圍擴(kuò)展到負(fù)電源；8行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的引腳排列；9輸入端具冇靜電保護(hù)功能。 因此，木次設(shè)計(jì)選用了 lm324便于設(shè)計(jì)的簡便。3.3.2 d/a轉(zhuǎn)換器功能及其組成d/a轉(zhuǎn)換器一種將二進(jìn)制數(shù)字量形式的離散信號轉(zhuǎn)換成以標(biāo)準(zhǔn)量(或參考 量)為基準(zhǔn)的模擬量的轉(zhuǎn)換器。當(dāng)數(shù)字信號進(jìn)入電路之后，經(jīng)過放大器處理之 后轉(zhuǎn)化為模擬信號，d/a轉(zhuǎn)換器基本上由4個(gè)部分組成，即權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)、運(yùn)算放 大器、基準(zhǔn)電源和模擬開關(guān)，具體電路圖如圖3.7所示。由穩(wěn)

26、壓電路可以了解5與t/血成線性關(guān)系，因此若要t/例步進(jìn)變化，則需要數(shù) 字/模擬轉(zhuǎn)換器來完成，由電路圖可以知道電路的輸入信號接四位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器的輸 出端，設(shè)計(jì)數(shù)器輸出高電平為vh = +57，輸出低電平ul = ou，此電路接成反向加法 器，其輸出電壓為如公式3.2所示。% = rf (vu d. /sr + vh d /4r + vu d2/2r + vh djr)(3.2)= /?frw(23p3 +22p2 +2'd +2°d()/2 吹設(shè) % 叫(5)，當(dāng) did2dmq3q2qq() = l 時(shí)，要求 uin =0v ,即:10 = 15尺匕/2吹,所以在 vh =+

27、5r 時(shí)，7?r =1.0677?,取 r=20kq,心由 20ko 固定 電阻和10kq電位器吊聯(lián)組成。3.4可調(diào)穩(wěn)壓電路的設(shè)計(jì)3.4.1集成三端穩(wěn)壓器本次所釆用的集成三端穩(wěn)壓器型號為cw7805, cw7805的三端同定正輸岀、 負(fù)輸出集成穩(wěn)壓器采用單片集成技術(shù)將電路齊單元及電阻取樣網(wǎng)絡(luò)都集中在一塊 芯片上，夠成只冇三個(gè)引出端，不需外接元件就能獲得固定輸出電壓，足夠大的輸 擊電流而性能穩(wěn)定，使用方便的固定正電源和負(fù)電源。該器件可廣泛用于邏輯系統(tǒng)、 電子儀器儀表、高保真電子系統(tǒng)及其它需要穩(wěn)定電壓源的各種電子設(shè)備中。其主 要特點(diǎn)是：1輸出能力可達(dá)lao內(nèi)含短路限流保護(hù)、過壓保護(hù)和過熱保護(hù)。采用

28、帶隙 基準(zhǔn)源結(jié)構(gòu)，器件的溫度漂移小，噪聲低。2采用to-220型三引線單列塑料封裝。不需外接元件，使用方便。cw7805的工作各種參數(shù)如表3.1：表3cw7805工作參數(shù)參數(shù)名稱符號/單位cw7805輸岀電壓固定+5最小輸入電壓與輸出電壓差(s -嘰(?)2-3最人輸入電壓u 鬧（?）35最大輸出電流（41.53.4.2可調(diào)穩(wěn)壓電路工作原理及其設(shè)計(jì)當(dāng)電網(wǎng)電壓或負(fù)載電流發(fā)生變化時(shí)，濾波電路輸出的直流電壓的幅值也將隨之 變化，因此，穩(wěn)壓電路的作用是使整流濾波后的盲流電壓基本上不隨交流電網(wǎng)電壓 和負(fù)載的變化而變化。利用二極管的單向?qū)щ娦越M成整流電路，可將交流電壓變?yōu)?單向脈動屯壓。本次為便于分析整流

29、電路，把整流二極管當(dāng)作理想元件，即認(rèn)為 它的正向?qū)娮铻榱悖聪螂娮铻闊o窮大。但在實(shí)際應(yīng)用屮，應(yīng)考慮到二極管 有內(nèi)阻，整流后所得波形，其輸出幅度會減少0.6iv,當(dāng)整流電路輸入電壓大時(shí)， 這部分壓降可以忽略。但輸入電壓小時(shí)，例如輸入為3v,則輸出只冇2v多，需要 考慮二極管止向壓降的影響。曲圖3.8可知道，為了滿足穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)的最大輸岀電流500ma的要求，可調(diào) 穩(wěn)壓電路選用集成三端穩(wěn)壓器cw7805組成，該穩(wěn)壓器的組大輸出電流可達(dá)1.5a, 穩(wěn)壓系數(shù)、輸出電阻、紋波大小等性能指標(biāo)均能滿足設(shè)計(jì)要求。u1圖3.8穩(wěn)壓電路加木框圖uo設(shè)運(yùn)算放大器為理想器件，則有:g + 心)（危+心）所以，輸

30、出電壓滿足如下關(guān)系式：u0 = u,nr1 + %（尺+7?2）（他+出）令& =人斗=0,7?3 =他=1kq，貝|j得至ij公式3.3(3.3)由此可見，與卩例成線性關(guān)系，當(dāng)t/刖變化時(shí)，輸出電壓也相應(yīng)改變，若要 求輸出電壓進(jìn)增或減，t/川步進(jìn)增或減即可。3.5輔助電源設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)的數(shù)控直流穩(wěn)壓電源需耍不少外在的穩(wěn)壓電源捉供電壓，如d/a轉(zhuǎn)換 器，穩(wěn)壓電路和數(shù)字控制電路都需要外在的直流電源供電，因此木次設(shè)計(jì)的輔助電 源主要實(shí)現(xiàn)+15v, -15v,和+5v以便于對各個(gè)部分的電路提供電壓。如d/a轉(zhuǎn)換 器所需的±157,數(shù)字控制電路所需的+5v和穩(wěn)壓電路所需的±1

31、57。對于輔助電 源的設(shè)計(jì)我主要采用了整流濾波電路和cw7805、cw7815、cw7915集成三端穩(wěn)壓 器進(jìn)行實(shí)現(xiàn)說】。其電路如圖3.9所示。圖3.9輔助電源電路圖通過整流濾波電路將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)壓直流電，然后通過三端集成穩(wěn)壓器cw7805、cw7815、cw7915獲得固定輸出電壓，進(jìn)而對d/a轉(zhuǎn)換器，穩(wěn)壓電路和 數(shù)字控制電路各個(gè)部分所需要的固定電壓進(jìn)行定點(diǎn)輸送。4總體電路設(shè)計(jì)將上述齊單元電路連接起來就會得到整體電路原理圖如圖4所示。圖4.1整體電路圖圖4.1中將輔助電源的各部分電壓相應(yīng)的接入到整體電路中所需要的對應(yīng)的電 壓屮去，因此，當(dāng)想調(diào)節(jié)數(shù)控直流穩(wěn)壓電源的電壓值吋，按動如圖屮的s1或

32、者s2 經(jīng)過cd4538單脈沖產(chǎn)生器產(chǎn)生脈沖進(jìn)入到74ls193中產(chǎn)生了數(shù)字信號,由74ls193 的qo. ql q2、qs引腳將信號輸送到d（）、dr d2. d3進(jìn)而通過d/a轉(zhuǎn)換電路將數(shù)字信 號轉(zhuǎn)化為模擬信號卩爪,由于穩(wěn)壓電路屮的5與成線性關(guān)系，因此促進(jìn)s也改 變，要使5改變就要通過整流濾波電路將交流電轉(zhuǎn)變成需要的直流電壓，以完成電路的穩(wěn)定。由前文公式3.3可知最終的所得的電壓u嚴(yán)通過5的改變可完成木次設(shè)計(jì)的要求使穩(wěn)壓直流電源能在5-15v z間改變。完成了輸出直流電壓能 步進(jìn)調(diào)節(jié)，出“+"、兩鍵分別控制輸出電壓步進(jìn)增和減。在木次設(shè)計(jì)過程中，對紋波沒有提出非常的嚴(yán)格耍求，所以

33、常用的集成電路就 可以滿足要求，整個(gè)電路簡單可靠，選用低價(jià)格通用元器件具有較高的性價(jià)比。系 統(tǒng)成本低。木文的各個(gè)部分分別闡述了簡易數(shù)控直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)思路和電路組成部 件的功能和作用。簡易數(shù)控直流穩(wěn)壓電源選用了整流濾波電路、數(shù)字控制電路、d/a 轉(zhuǎn)換電路和穩(wěn)壓電路。整流濾波電路采用的是橋式整流、電容濾波進(jìn)行設(shè)計(jì)的，數(shù) 字控制電路采用了 74ls193芯片來進(jìn)行實(shí)現(xiàn)的，d/a轉(zhuǎn)換電路采用了 lm324放大 器實(shí)現(xiàn)的，穩(wěn)壓電路則主要由cw7805穩(wěn)壓器構(gòu)成的，最后由于各個(gè)屯路還需要 直流穩(wěn)壓電源來提供固定電壓，因此我又設(shè)計(jì)了由整流濾波電路和cw7805、 cw7815. cw7915組成了輔助電源來實(shí)現(xiàn)本次的設(shè)計(jì)課題。因此本次設(shè)計(jì)所實(shí)現(xiàn) 的直流穩(wěn)壓數(shù)控電源具冇操作簡便，便丁實(shí)現(xiàn)5至15v的電壓傳換。在木次設(shè)計(jì)的過程中，我發(fā)現(xiàn)很多的問題，給我的感覺就是很難，很不順手， 看似很簡單的屯路，要動手把它設(shè)計(jì)出來卻冇各種的問題，還冇資