简易数控直流电源

成都理工大学核技术与自动化工程学院C题：简易数控直流电源一、任务设计并制作具有一定输出电压范围和功能的数控直流电源。二、要求1.基本要求1)输出电压：范围－5V～＋5V，步进0.1V，纹波≤10mV。2)输出电压可预置在－5V～＋5V之间的任意一个值。3)输出电流≥500mA。4)数字显示输出电压值和电流值。5)为实现上述几部件工作，自制稳压直流电源，输出±15V，＋5V。2.发挥部分1)用自动扫描代替人工按键，实现输出电压变化（步进0.1V不变）。2)增加输出电流至1.5A。3)输出电压调整率≤0.5%（输入电压220V变化范围＋15%～－20%下，空载到满载）。4)输出电流10mA～100mA可调。5)其他三、评分意见项目满分基本要求设计与总结报告：方案比较、设计与论证，理论分析与计算，电路图及有关设计文件，测试方法与仪器，测试数据及测试结果分析。50实际制作完成情况。50发挥部分完成第（1）项10完成第（2）项10完成第（3）项10完成第（4）项10完成第（5）项10数据分析单位：V负载电阻：50Ω/2W成都理工大学核技术与自动化工程学院测试项目测试编号设定电压正电压项负电压项绝对误差备注空载带载空载带载正项负项100.010.010-0.0100.012±0.10.10.09-0.11-0.090.01-0.023±0.20.220.21-0.22-0.210.01-0.014±0.30.30.29-0.31-0.290.01-0.025±0.40.40.39-0.4-0.390.01-0.016±0.50.510.5-0.49-0.50.010.017±0.60.620.6-0.61-0.60.02-0.018±0.70.720.7-0.71-0.70.02-0.019±0.80.80.79-0.81-0.790.01-0.0210±0.90.910.9-0.9-0.90.01011±1.00.990.98-0.99-0.980.01-0.0112±1.11.11.09-1.11-1.090.01-0.0213±1.21.211.2-1.21-1.20.01-0.0114±1.31.321.3-1.31-1.30.02-0.0115±1.41.41.39-1.4-1.390.01-0.0116±1.51.51.48-1.51-1.480.02-0.0317±1.61.581.57-1.58-1.570.01-0.0118±1.71.691.68-1.68-1.680.01019±1.81.81.79-1.8-1.790.01-0.0120±1.91.921.91-1.91-1.910.01021±2.02.012-2-20.01022±2.12.092.08-2.09-2.080.01-0.0123±2.22.182.17-2.19-2.170.01-0.0224±2.32.32.29-2.31-2.290.01-0.0225±2.42.422.41-2.42-2.410.01-0.0126±2.52.52.49-2.51-2.490.01-0.0227±2.62.582.57-2.57-2.570.01028±2.72.72.69-2.7-2.690.01-0.0129±2.82.822.8-2.81-2.80.02-0.0130±2.92.912.9-2.91-2.90.01-0.0131±3.03.013-3.01-30.01-0.0132±3.13.123.1-3.12-3.10.02-0.0233±3.23.223.2-3.22-3.20.02-0.0234±3.33.33.28-3.3-3.280.02-0.0235±3.43.393.37-3.39-3.370.02-0.0236±3.53.483.47-3.48-3.470.01-0.0137±3.63.63.59-3.59-3.590.01038±3.73.723.71-3.71-3.710.01039±3.83.83.79-3.8-3.790.01-0.0140±3.93.883.87-3.87-3.870.010成都理工大学核技术与自动化工程学院41±4.043.99-4-3.990.01-0.0142±4.14.124.11-4.12-4.110.01-0.0143±4.24.24.19-4.2-4.190.01-0.0144±4.34.274.26-4.27-4.260.01-0.0145±4.44.394.38-4.39-4.380.01-0.0146±4.54.514.5-4.49-4.50.010.0147±4.64.64.59-4.61-4.590.01-0.0248±4.74.74.69-4.7-4.690.01-0.0149±4.84.774.76-4.78-4.760.01-0.0250±4.94.94.88-4.89-4.880.02-0.0151±5.05.014.98-4.99-4.980.03-0.01相关参数：1、由示波器测得带负载和不带负载下的纹波均为5.44mV；2、负载电流最大可达1A，设置为5.00V时用5Ω/10W的电阻测试时为998mA3、作为电压输出时，同时显示设定电压值和实测电压值；作为电流输出时，显示设定电压值和实际电流值；4、在50Ω/2W的负载测试时的绝对误差最大值为0.02V，最大相对误差为0.4%；5、其他参数在论文中加以论述。专家签字：______________指导老师签字：_______________简易数控直流电源（C题）作者：胡泽志、黄晓岚、严军摘要：成都理工大学核技术与自动化工程学院该电源系统以ATMEGA8单片机为核心控制芯片，实现数控直流稳压电源功能的方案。设计采用8位精度的DA转换器DAC0832、精密基准源LM336-5.0、7805和两个CA3140运算放大器构成稳压源，实现了输出电压范围为－5V～+5V，电压步进0.1V的数控稳压电源，最大纹波只有6mV，具有较高的精度与稳定性。另外该方案只采用了3按键实现输出电压的方便设定，显示部分我们采用了诺基亚3310手机夜晶显示器来显示输出电压值和电流值。关键词：数控直流稳压源DAC0832运算放大器CA3140精密基准源LM336-5.0诺基亚3310手机液晶AVR单片机Atmega81．系统方案选择和论证1．1题目要求1．1．1基本要求6)输出电压：范围－5V～＋5V，步进0.1V，纹波≤10mV。7)输出电压可预置在－5V～＋5V之间的任意一个值。8)输出电流≤500mA。9)数字显示输出电压值和电流值。10)为实现上述几部件工作，自制稳压直流电源，输出±15V，＋5V。1．1．2发挥部分1）用自动扫描代替人工按键，实现输出电压变化（步进0.1V不变）。2）增加输出电流至1.5A。3）输出电压调整率≤0.5%（输入电压220V变化范围＋15%～－20%下，空载到满载）。4）输出电流10mA～100mA可调。5）其他1．1．3说明项目满分成都理工大学核技术与自动化工程学院基本要求设计与总结报告：方案比较、设计与论证，理论分析与计算，电路图及有关设计文件，测试方法与仪器，测试数据及测试结果分析。50实际制作完成情况。50发挥部分完成第（1）项10完成第（2）项10完成第（3）项10完成第（4）项10完成第（5）项101．2系统基本方案根据题目要求，系统可以划分为输出部分，人机接口部分和直流稳压电源。其中输出部分是由D/A转换后再放大得到的，人机接口包括4个按键和液晶显示部分，直流稳压电源包括两组电源。1．2．1方案选择和论证方案一:三端稳压电源采用可调三端稳压电源构成直流可调电源的电路如图1.1所示。怎样实现数控呢？我们把图1.1中的可变电阻RP用数字电位器来代替，就能实现数控了。但由于三端稳压芯片LM317和LM337的输出电压不能从0V起调，输出公式：Vout=1.25×(1+R2/R1)。所以，可以采用在输出的地方加两个二级管，利用PN节的固有电压来实现从0V起调，如图1.2所示。10R1VinVoutGNDU1LM3171Kx9c1021000uC1100uC2100uC310uC4RP+15V10R1VinVoutGNDU1LM3371Kx9c1021000uC1100uC2100uC310uC4RP+15V图1－1成都理工大学核技术与自动化工程学院10R1VinVoutGNDU1LM3171Kx9c1021000uC1100uC2100uC310uC4RP+15VD?DiodeD?Diode图1.2优点：该方案结构简单，使用方便，干扰和噪音小缺点：数字电位器误差较大，控制精度不够高，误差电压较大。同时更重要的是几乎所有的数字电位器能够容忍的电流都在20mA以下。所以，这种方案就被否决了。方案二：采用A/D和D/A采用A/D和D/A构成直流电源的电路如图1.3和图1.4所示。采用单片机构成直流电源的电路如图1.3所示，利用AVR单片机自带的D/A口DAC0输出0－2.5V的电压，然后经一级反相放大器和跟随器，此时可以输出0到－5V电压。但是因为A/D变换器只能采集0到+2.56V的电压，所以再在跟随器后面加一级反相放大器器然后送回到A/D采样，MCU比较发现DAC0输出为正确电压时，则从跟随器后直接输出电压，这样就可以输出0到-5V的电压了。当需要正相电压时从DAC1口输出电压，这时就不需要反相，其它原理与DAC0相似。MCUA/D236AR?OpAmp+5VDAC0Port10R110R110R1-5V236AR?OpAmpVCCDAC1236AR?OpAmp236AR?OpAmp-5V-5VVCC10R110R1V0236AR?OpAmp+5V-5VPort10R110R110R1图1.3优点：精确度高，纹波小，效率和密度比较高，可靠性也不错。缺点：电路相对复杂，AVR单片机的IO口不能容忍负电压，否则会被损坏。所以，这种方案也行不通。方案三：采用数字电位器与运放到组合如图1.4所示，在该方案中我们用两个数字电位器代替了MCU中的D/A，这样可以降低成本，同时简化电路，从两个串连的数字电位器可以直接输出-5V到+5V的电压同上面方案一样，当输出反相电压时在送电压回A/D采样时要先经过一次反相。但同样存在上面的问题。成都理工大学核技术与自动化工程学院MCUA/D236AR?OpAmp+5V-5V1KR3Res1PortQ12N3904Vo1KR1RPot11KR2RPot1-5V+5VPortQ22N3906236AR1OpAmp+5V10R410R610R5图1.4优点：电路结构更简单，降低了成本缺点：因为数字电位器电阻误差大，且单片机的A/D口容易损坏。方案三：采用7805构成直流电源采用7805构成直流电源的电路如图1.5所示，改变RP阻值使7805的公共端的电压在0到－10V之间可调，则7805的输出端电压就可实现-5V－+5V之间可调了。这种方案是利用了7805的输出端与公共端的电压固定为+5的特性来设计的。但同样存在不好数控的问题。VinVoutGNDU178051000uC1100uC310uC410uC21KRp-10V+15vX9C102图1.5成都理工大学核技术与自动化工程学院方案四方案三与方案四结合，然后再以+5V为参考输出D/A转换器8Atmega8电流-电压转换及放大功率放大7805输出+15V+5V放大ADC0键盘显示-10V~0V如上图所示，采用数模转换器输出电流，经电压转换和反向放大之后得到-10V~0V的电压，把这个电压送到三端稳压器件7805的公共端，然后，再以+5V作为参考则输出的电压就能实现在-5V~+5V任意可调。采样时，是对地采样的，就省去了负电压不好采样的麻烦，这也是我们的创新之处。1.主要单元电路设计电源电路单元成都理工大学核技术与自动化工程学院该电路用了7805、7815和7905、7915制成了两组稳压直流电源电路分别得到±15V和±5V的电源