简易数控直流稳压电源的设计

6．3简易数控直流稳压电源6.3.1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：·输出直流电压调节范围5～15V，纹波小于10mV。·输出电流为500mA。·稳压系数小于0.2。·直流电源内阻小于0.5Ω。·输出直流电压能步进调节，步进值为1V。·由“+”、“-”两键分别控制输出电压步进增减。6.3.2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6.3.1所示。图6.3.1简易数控直流稳压电源框图该图主要包括三大部分：数字控制部分、模拟/数字转换部分（D/A变换器）及可调稳压电源。数字控制部分+、-按键控制—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器转换成相应的电压，此电压经过放大到合适的电压之后，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。6.3.3电路设计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6.3.2所示。图6.3.2整流滤波电路为了使稳压电源能够正常工作，滤波电路的输出电压应满足下式：IRIPIUUUUUUmin0max01)(式中，max0U是稳压电源输出最大值；min0)(UUI是集成稳压器输入输出最小电压差；RIPU是滤波器输出电压的纹波电压值（一般取0U、min0)(UUI之和的10%）；IU是电网波动引起的输出电压的变化（一般取0U、min0)(UUI、RIPU之和的10%）。对于集成的三端稳压器，当VUUI10~2)(min0时，具有较好的稳压输出特性。故滤波器输出电压值：VUI2298.18.1315，取VUI22。根据IU可确定变压器次级电压2U，即VUUI201.1222.1~1.12在桥式整流电路中，变压器次级电流与滤波器输出电流的关系为：AIIII75.05.05.1)2~5.1()2~5.1(02。取变压器的效率8.0，则变压器的容量为WIUP75.188.075.0208.022。选择容量为W20的变压器。因为流过桥式电路中每只整流二极管的电流为AIIIaxD25.05.0212121max0Im。每只整流二极管承受的最大反向电压为VUURM31%)101(2022max2。选用二极管1N4001，其参数为：VUAIRMD100,1。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CRL是其充电周期的2～5倍。对于桥式整流电路，滤波电容C的充电周期等于交流电源周期的一半，即fTCRL25~22)5~2(由于f2，故)5~2(CRL，取3CRL，则LRC3，其中IILIUR，所以滤波电容容量：FUfICII310681.0225025.0323，取FC1000。电容耐压值应考虑电网电压最高、负载电流最小时的情况)(1.312021.121.1max2maxVUVC综合考虑滤波电容，可选择FC1000，V50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一0.01～0.19μF的高频瓷片电容。2．可调稳压电路设计为了满足稳压电源最大输出电流500mA的要求，可调稳压电路选用三端集成稳压器CW7805组成，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5～15V之间调节，可采用图6.3.3所示电路。运算放大器为理想器件，所以PNUU。因为INPURRRU212，54330RRRUUN。所以，输出电压满足关系式54332120RRRRRRUUIN令KRRRR1,02341。则50INUU。由此可见，0U与INU之间成线性关系，当INU变化时，输出电压也相应改变。若要求输出电压步进增或减，INU步进增或减即可。图6.3.3可调稳压电路3．D／A变换器设计若要使INU步进变化，则需要一数字／模拟转换器完成。电路如图6.3.4。图6.3.4D／A转换器电路该电路的输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VVH5，输出低电平VUL0。由于运算放大器的虚短作用，根据反相加法器输入电流求和的特性，不难得出输出电压表达式为：)248(321001DRVDRVDRVDRVRUHHHHf)2222(2001122333DDDDRVRHf设)(0102INUUU。当1111)(01230123QQQQDDDD时，要求VUIN10，即152103RVRHf，所以在VVH5时，RRf067.1。取kR20，fR由k20固定电阻和k10电位器串联组成。4.数字控制电路设计数字控制电路的核心是一可逆二进制计数器。74LSl93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“+”、“-”两按键组成，按下“+”或“-”按键，产生的输入脉冲输入到74LSl93的CP或CP端，以便控制74LSl93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。每当按下一次按键时，输出一个lOOms左右的单脉冲。电路如图6.3.5所示。图6.3.5可逆二进制计数器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，可选择由CW7805集成三端稳压器组成的电源实现。6.3.4调试要点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。2．单脉冲及计数器调试加入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。3．D／A变换器电路调试将计数器的输出端03~QQ分别连接到D／A转换器的数字输入端03~DD，在0000~03QQ,调节1WR，使运算放大器输出VU002当1111~03QQ时，调节10k电位器，使VU1002。4．可调稳压电源部分调试将电路连接好，在运算放大器同相输入端加入一0～10V的直流电压，观察输出稳压电压值的变化情况。将上述各部分电路调试好后；将整个系统连接起来进行统调。