數(shù)控檔位直流穩(wěn)壓電源課程設(shè)計(jì)報(bào)告

廣西民族大學(xué)課程設(shè)計(jì)報(bào)告設(shè)計(jì)題目：數(shù)控檔位直流穩(wěn)壓電源目錄1任務(wù)指標(biāo)…………22方案選擇…………23被選方案原理圖及闡述………..154制作調(diào)試要點(diǎn)…………………..215數(shù)據(jù)分析………..226結(jié)論……………...241任務(wù)指標(biāo)

在220V交流（交流電壓在變化范圍是-15%~+15%，即187~253V）輸入下，輸出范圍為3~15V的可調(diào)穩(wěn)壓電源，分為八個(gè)檔位，分別為可調(diào)檔范圍包括（3V~15V）可調(diào)檔、第一檔3V檔、第二檔4.5V檔、第三檔5V檔、第四檔6V檔、第五檔9V檔、第六檔12V檔、第七檔15V檔,并用數(shù)字控制的方式來(lái)調(diào)節(jié)檔位。2方案選擇（1）首先先了解下電源的種類：可分為A線性電源B開(kāi)關(guān)電源。那做哪類呢，下面比較它們優(yōu)缺點(diǎn)在做選擇。A線性電源（Linearpowersupply）是先將交流電經(jīng)過(guò)變壓器降低電壓幅值，再經(jīng)過(guò)整流電路整流后，得到脈沖直流電，后經(jīng)濾波得到帶有微小波紋電壓的直流電壓。要達(dá)到高精度的直流電壓，必須經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓電路進(jìn)行穩(wěn)壓。線性電源與開(kāi)關(guān)電源對(duì)比:線性電源的電壓反饋電路是工作在線性狀態(tài)，開(kāi)關(guān)電源是指用于電壓調(diào)整的管子工作在飽和和截至區(qū)即開(kāi)關(guān)狀態(tài)的。線性電源一般是將輸出電壓取樣然后與參考電壓送入比較電壓放大器，此電壓放大器的輸出作為電壓調(diào)整管的輸入，用以控制調(diào)整管使其結(jié)電壓隨輸入的變化而變化，從而調(diào)整其輸出電壓，但開(kāi)關(guān)電源是通過(guò)改變調(diào)整管的開(kāi)和關(guān)的時(shí)間即占空比來(lái)改變輸出電壓的！從其主要特點(diǎn)上看：線性電源技術(shù)很成熟，制作成本較低，可以達(dá)到很高的穩(wěn)定度，波紋也很小，而且沒(méi)有開(kāi)關(guān)電源具有的干擾與噪音，但其體積相對(duì)開(kāi)關(guān)電源來(lái)說(shuō)，比較龐大，且輸入電壓范圍要求高；而開(kāi)關(guān)電源與之相反。歸納：線性電源：三極管工作在放大狀態(tài)，性能最好，無(wú)諧波，但是效率低開(kāi)關(guān)電源：工作在截止和飽和導(dǎo)通狀態(tài)，但是性能不好，有噪音。本次我們選擇線性電源。線性電源一般原理框圖如下：圖2-1（2）整流濾波方案我們用的是哪種變壓器呢？根據(jù)我們的變壓器選擇合適的整流方案。一般來(lái)講分為半波和全波整流整流。常見(jiàn)整流電路如圖2-2圖2-3圖2-4所示：圖2-2圖2-3圖2-4圖2-4所示的整流方案效率低，一般不用。由于本次課程設(shè)計(jì)變壓器為雙20V供電，可以選用圖2-2所示整流方案如圖2-2所示的電解電容需多大呢。容量和耐壓需足夠大。大于交流電壓輸入的最大值。耐壓>20X也就是需大于35V，比較接近實(shí)驗(yàn)室常用的耐壓50V的電解電容。我認(rèn)為C大小應(yīng)為20000uF/R，R為等效電阻，輸入為20XV約為28V，電流取1.5A~3A，R=28/3,約為9，所以C最小20000/9，約為2222，所以為性能和安全考慮，取規(guī)格為4700Uf。有了整流濾波方案了，緊接著探討電源調(diào)整方案。電源調(diào)整方案如圖2-52-62-7所示：圖2-5圖2-6圖2-7鑒于本次課程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)條件，選擇圖2-5所示的用LM317方案比較合適。當(dāng)我們選擇了如圖2-5所示的電路進(jìn)行電源調(diào)整后，又如何調(diào)整輸出電壓呢？又如何實(shí)現(xiàn)檔位的轉(zhuǎn)換呢？可有如下方案如圖2-82-92-10：圖2-8Vout=1.25X(1+R2/R1)此外還可以使用機(jī)械開(kāi)關(guān)，和電子開(kāi)關(guān)確定不同的R2，實(shí)現(xiàn)檔位的調(diào)節(jié)。使用機(jī)械檔位開(kāi)關(guān)：圖2-9使用電子開(kāi)關(guān)：圖2-10選用調(diào)整R2的器件有：A電位器B精調(diào)微調(diào)C其他本次課程設(shè)計(jì)使用電位器做第零檔（3-15V）的R2，其他檔位的實(shí)現(xiàn)可用精調(diào)微調(diào)。方案到了這里模擬板已經(jīng)呼之欲出了，可是如何實(shí)現(xiàn)數(shù)控呢，為了電路簡(jiǎn)單可靠，可選用一種芯片單8通道數(shù)字控制模擬電子開(kāi)關(guān)HCF4051,和十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器74LS192搭配實(shí)現(xiàn)檔位轉(zhuǎn)換與開(kāi)關(guān)導(dǎo)通?？捎脧?fù)位開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生上升沿脈沖，觸發(fā)74ls192進(jìn)行加減計(jì)數(shù)，輸出可接到4051的輸入端，4051可根據(jù)輸入不同的高低電平實(shí)現(xiàn)選擇導(dǎo)通。在這里要注意4051有一定的內(nèi)阻。這樣數(shù)控板大概也出來(lái)了。由于模擬板上面的芯片需要供給5V左右的電壓才能正常工作。所以考慮模擬板上面設(shè)計(jì)一個(gè)可以實(shí)現(xiàn)5V穩(wěn)壓輸出的電路。7805正常輸出5V的所需的工作電壓正好滿足我們所用的變壓器的獨(dú)立輸出經(jīng)過(guò)整流后的電壓，這樣就考慮使用7805進(jìn)行電源調(diào)整，整流可使用圓形整流橋。還有幾個(gè)值得注意重要參數(shù)：變壓器電壓調(diào)整率額定輸出電壓:變壓器原副邊繞組存在著銅阻，當(dāng)變壓器處于室溫狀態(tài)不工作時(shí)，繞組沒(méi)有溫升，銅阻也較小。讓變壓器處于設(shè)計(jì)時(shí)的工作環(huán)境下，給其加電讓其工作，由于銅阻的存在，繞組將消耗一定的功率而發(fā)熱，繞組的溫度將升高。溫度的升高使得銅阻增大，繞組的溫度將進(jìn)一步升高。如果變壓器的設(shè)計(jì)是合理的，用戶使用的環(huán)境是符合要求的，則經(jīng)過(guò)一段時(shí)間(通常要2小時(shí))，變壓器達(dá)到一定的熱態(tài)后，銅阻不再增加，繞組的溫度將不再升高，此時(shí)變壓器的輸出電壓為U，這一電壓即為額定電壓。額定輸出電壓定義為：變壓器在設(shè)計(jì)的環(huán)境溫度和負(fù)載條件下并處于穩(wěn)態(tài)時(shí)的輸出電壓。室溫下給變壓器帶上相同的負(fù)載時(shí)，輸出電壓比額定電壓要高，所以室溫下測(cè)量的輸出電壓不是額定電壓。電壓調(diào)整率：電壓調(diào)整率定義為：當(dāng)輸入電壓不變，負(fù)載電流從零變化到額定值時(shí)，輸出電壓的相對(duì)變化，通常用百分?jǐn)?shù)表示。dU=(Uo-U)/UoUo:空載時(shí)輸出電壓U:變壓器熱平衡后的滿載電壓，即設(shè)計(jì)電壓。顯然，電壓調(diào)整率只是對(duì)所設(shè)計(jì)的額定負(fù)載而言的，不隨負(fù)載的改變而改變，換句話說(shuō)，設(shè)計(jì)時(shí)只考慮額定負(fù)載狀態(tài)那個(gè)點(diǎn)。當(dāng)負(fù)載輕時(shí)(小于額定負(fù)載)，輸出電壓高于設(shè)計(jì)值，負(fù)載重時(shí)，輸出電壓低于設(shè)計(jì)值。電壓調(diào)整率的確定：不同的負(fù)載對(duì)dU有不同的要求。對(duì)穩(wěn)壓要求不高或者負(fù)載較輕的使用場(chǎng)合，如普通的電子電路，dU可取大些，以降低成本，但最大不要超過(guò)30%。對(duì)有穩(wěn)壓要求的場(chǎng)合，dU應(yīng)小些，因?yàn)閐U越大，加載瞬間輸出電流與穩(wěn)態(tài)時(shí)輸出電流差值越大，這對(duì)沒(méi)有穩(wěn)壓控制而又要求電流恒定的器件來(lái)說(shuō)非常不利，如示波器、顯像管燈絲。為保證它們的壽命，為其供電的變壓器的dU值應(yīng)小于10%。如果你還不能確定，對(duì)于小功率變壓器，可根據(jù)功率從下表中選擇。功率調(diào)整率<15W30%15—35W30%—20%35W—100W20%—10%當(dāng)功率較大或輸出電流較大時(shí)，調(diào)整率還要小，否則線包的溫度將超過(guò)設(shè)計(jì)溫度，時(shí)間一長(zhǎng)，就會(huì)使變壓器燒毀。電壓調(diào)整率較大時(shí)，可以用較小的鐵心達(dá)到較大的功率，降低成本，代價(jià)是電性能變差。空載時(shí)電壓的升高：負(fù)載較輕或空載時(shí)，副邊電壓將升高，下表給出了典型值的升高百分比。dU0.7I0.5I0.3I空載30%+10+17+26+4320%+6.1+11.1+16+2510%+8+5.1+6.6+115%+1.1+2.5+3.2+5.3由上可見(jiàn)，電壓調(diào)整率是變壓器的一個(gè)重要指標(biāo)，在變壓器設(shè)計(jì)中起著重要的制約作用且不可省略。當(dāng)你沒(méi)有提供時(shí)，變壓器生產(chǎn)企業(yè)用的是默認(rèn)值。3被選方案原理圖及其闡述：這樣模擬板和數(shù)控板就大致設(shè)計(jì)出了。模擬板電路圖如圖3-1，數(shù)控板如圖3-2。圖3-1圖3-2模擬板的電路原理圖的原理闡述：變壓器輸出經(jīng)過(guò)二極管D1和D2整流后，電壓變?yōu)橹绷麟妷?，電壓?0V，有經(jīng)過(guò)退耦電容C1C2和C4C5后被濾波退耦。C3在電路中構(gòu)成積分電路，可以消除抖動(dòng)。D3D4可以對(duì)LM317起到保護(hù)作用。經(jīng)過(guò)LM317后Vout=1.25X(1+R2/R1)經(jīng)過(guò)理論計(jì)算和實(shí)踐檢驗(yàn)，圖3-1中的R2取480歐姆，可以完成設(shè)計(jì)的任務(wù)。D5LED是電源指示燈，經(jīng)過(guò)電阻R1到地，由于D5正端電壓約為28V，發(fā)光LED發(fā)光正常約為2-3mA，所以R1可以接10K。有效值獨(dú)立低電壓輸出經(jīng)過(guò)圓橋D6進(jìn)行橋式整流后，約為輸入的1.2倍，這樣的話7805的輸入電壓高于7V小于20V，是7805輸出為5V的直流電壓的要求的范圍內(nèi)，7805輸出為5V,這里同樣需要退耦電容C6C7C8C9濾波退耦最后輸出較為滿意的穩(wěn)定5V輸出。輸出供給如圖3-2所示的數(shù)控板上的4051和192所用芯片用。數(shù)控板部分原理闡述：如圖3-2所示電源與復(fù)位開(kāi)關(guān)及電阻可組合產(chǎn)生觸發(fā)192的上升沿脈沖。為了方便論述引入了192的管腳圖，如3-3所示。圖3-3我們想用的是192的加減計(jì)數(shù)功能實(shí)現(xiàn)檔位切換，根據(jù)192的功能表圖3-23-3所示的加減功能（countup,countdown）的功能需要MR接低電平PL接高電平，由于只有8個(gè)檔位，所以計(jì)數(shù)至1000時(shí)應(yīng)當(dāng)清零，所以可以將Q3腳與CLR接在一起，并且為了穩(wěn)定可下拉電阻到地，當(dāng)計(jì)數(shù)至1000時(shí)實(shí)現(xiàn)清零，所以它只有00000001001000110100010101100111八個(gè)檔位，到1000時(shí)馬上變?yōu)?000，很巧妙。192的Q0Q1Q2腳接入4051的輸入，根據(jù)輸入，4051響應(yīng)的選通。例如CBA輸入為000時(shí)13號(hào)腳通也就是第零檔通，001時(shí)14號(hào)腳導(dǎo)通也就是第一檔通，直到0111時(shí)第七檔通。圖3-2圖3-34051的管腳及功能表如下圖圖3-4所示：圖3-4根據(jù)我們需要的功能，678腳接地，3腳接+5V131415121524分別接零1234567檔的電位器和經(jīng)調(diào)微調(diào)。電位器另一端接模擬板的調(diào)整端。192和4051的16腳接模擬板+5V輸出端4051的輸入端可接入退耦電容C1C5進(jìn)行退耦濾波。4制作與調(diào)試要點(diǎn)：A制作1根據(jù)設(shè)計(jì)的電路，用protel進(jìn)行原理圖設(shè)計(jì)和PCB的繪制。2根據(jù)設(shè)計(jì)的PCB的實(shí)際大小，鋸電路板。3用砂紙輕輕清理電路板銅膜的污漬。4用熱轉(zhuǎn)印法講PCB圖打印在轉(zhuǎn)印紙上5將電路板的銅膜面整齊的貼在轉(zhuǎn)印紙上，對(duì)齊keepoutlayer的線。并包好。包好后確認(rèn)keepoutlayer的線與板子的邊緣對(duì)齊。6用電熨斗熨，確保溫度要達(dá)到要求，這里取最高溫熨麻的溫度，熨至轉(zhuǎn)印紙上的墨完全印在了電路板的銅模上。7拿去腐蝕。這里用的是高錳酸鉀，雙氧水和水按約為1:1:1配置的腐蝕液里面進(jìn)行腐蝕。待暴露的銅膜完全腐蝕掉后，用筷子夾出電路板，用并用清水沖洗干凈。8在鉆孔機(jī)上打焊孔。9再次用砂紙小心清理干凈電路板上的墨跡，10在電路板上用天那水棉球蘸取松香均勻涂抹在電路板銅膜的那一面上。再用吹風(fēng)筒吹干松香里面水成分，促進(jìn)松香凝固。11在電路板上焊接元器件。12成板做完模擬板和數(shù)控板后拿去測(cè)試檢測(cè)0檔是否最大大于15V最小小于1.5V并調(diào)整精調(diào)微調(diào)，使得第一檔輸出3V第二檔輸出4.5V，第三檔5V，第四檔6V，第五檔9V第六檔12V第七檔15V。5數(shù)據(jù)分析：1接負(fù)載為18.1歐姆，用萬(wàn)用表UT51進(jìn)行測(cè)試數(shù)據(jù)如下檔位U測(cè)檔位U測(cè)01.30-19.5046.0012.9959.0124.50612.0135.01715.01還是負(fù)載是18.1歐姆用UT39A測(cè)試結(jié)果如下：檔位U測(cè)檔位U測(cè)01.30-19.5046.0113.0159.0024.50612.0035.01715.00測(cè)試結(jié)果與萬(wàn)用表UT51測(cè)得結(jié)果大致相等。用另外一只UT51測(cè)量，結(jié)果也大致相等。2接負(fù)載為測(cè)量值為14.6歐姆的負(fù)載測(cè)得輸出電壓結(jié)果如下：檔位U測(cè)檔位U測(cè)伏特01.30-19.0046.0113.0159.0024.50611.9835.01714.96用另一只萬(wàn)用表測(cè)量結(jié)果如下：檔位