简易数控直流稳压电源设计
1引言
随着对系统更高效率和更低功耗的需求，电信与通信设备的技术更新推动电 源行业中直流/直流电源转换器向更高灵活性和智能化方向发展。整流系统由以 前的分立元件和集成电路控制发展为微机控制，
从而使直流电源智能化，具有遥
测、遥信、遥控的三遥功能，基本实现了直流电源的无人值守设计的直流稳压电 源主要由单片机系统、键盘、数码管显示器、指示灯及报警电路、检测电路、D/A 转换电路、直流稳压电路等几部分，直流稳压电源是最常用的仪器设备。
2简易数控直流稳压电源设计
2.1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：
1. 输出直流电压调节范围3~15V,纹波小于10mV
2. 输出电流为止500m A. 3 .稳压系数小于0.2。 4. 直流电源内阻小于0.5 Q 。 5. 输出直流电压能步进调节，步进值为 6. 由“ +”、“- ”两键分别控制输出电压步
进增的减。
2.2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 要包括三大部分：数字控制部分、 D/A 变换器及可调稳压电源。数字
控制部
分用+、-按键控制一可逆二进制计数器，二进制计数器的输出输入到
D/A 变
换器，经D/A 变换器转换成相应的电压，此电压经过放大到合适的电压值后， 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。
1V 。
1所示。主
命压调￡电蜡
图1简易数控直流稳压电源框图
2.3电路设计
2.3.1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。电路如图所示。
式中，U max为稳压电源输出最大值；(U-U o) min为集成稳压器输入输出最小电压差；
U Rip为滤波器输出电压的纹波电压值(一般取U O、( U-U o) min 之和的确良10% ；△ U为电网波动引起的输入电压的变化(一般取U O (U-U o)
min、U Rip之和的10%。
对于集成三端稳压器，当(U-U o) min=2~10V时，具有较好的稳压特性。故滤波器输出电压值：U > 15+3+1.8+1.98 >22(V),取UI=22V.根据UI可确定变压器次级电压U2。U
2=U/ 1.1 ?1.2 ~(20V)
在桥式整流电路中，变压器，变压器次级电流与滤波器输出电流的关系为：1 2=(1.5 ?2)I I~ (1.5 ?2)I O=1.5 X 0.5=0.75(A).取变压器的效率耳=
0.8,则变压器的容量为
P=U 2I2/ n =20X 0.75/0.8=18.75(W) 选择容量为20W的变压器。
因为流过桥式电路中每只整流三极管的电流为
I D=1 / 2I maX=1/2I OmaX=1/2 X 0.5=0.25(A)
每只整流二极管承受的最大反向电压为
U RM max 42 20 (1 10%) 31(V)
选用三极管IN4001，其参数为：I D=1A,U=100\A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RC是其充电周期的确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周期的一半，即
R.C >( 2 ?5) T/2=2 ?5/2f,
由于3 = 2 n f,故3 R.C > (2 ?5) n ,取w R_C = 3n 贝 U C=3 n / co R. 其中R=U/I I ，所以滤波电容容量为 C = 3n I i /2 n fU i = (3 nX 0.5)/ 2 n X 50
X 22= 0.681 X 103
(卩 F)
取C=1000卩F 。电容耐压值应考虑电网电压最高、
负载电流最小时的情况。
/皿玄=1.1 X V2U ma =1.1 X V 2 X 20- 31.1(V)
综合考虑波电容可选择
干扰和改善电源的动态特性， 频瓷片电容。
2.3.2 D/A 变换器
D/A 变换器设计若要使
如图4所示。
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U H - +5V,输出低电平U-0V 。则输出电压表达式为
U 0i =-R f : L H /8R ? D+U H 4R - D+U/2R - D+U/R - D 〕
3
3
2
1
=-R f L H /2 R :2D+2D+2D+2D :
设 L l2=-U oi (U iN ).当 D 3DDD b (Q3QQQ)=1111 时，要求 U N =12V,即：
UIN 步进变化，则需要一数模转换器完成。电路
C=1000u F,50V 的电解电容。另外为了滤除高频 一般
在滤波电容两端并联一个0.01?0.1 H 的高
UO3
图4 D/A
12=R fUQRX 15
当U=5V时，R=1.28R.取R=20? ,R f由20K Q电阻和电阻3.5K Q电位
器串联组成。
233可调稳压电路设计
为了满足稳压电源最大输出电流500mA勺要求，可调稳压电路选用三端集成稳压器
CW7805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3所示电路。
图3 可调稳压电路
设运算放大器为理想器件，所以UN- UP又因为
UP=( R2/R1+R2 UIN，UN=( U0-R3/R3+R4 X 3 所以，输出电压满足关系式
U0=UNI?(R- /R1+R2) + (R3/R3+R4
令R1=R4=0 R2=R3=1Q。则U0=UIN+3
由此可见，U0与Uin之间成线性关系，当UIN变化时，输出电压也相应改变。若要求输出电压步进增或减，UIN步进增或减即可。
234数字控制电路设计
数字控制电路的核心是可逆二进制计数器。
74LS193就是双时钟4位
进制同步可逆计数器。计数器数字输出的加/减控制是由“ +”、“- ”两面三刀 按键组成，按下“ +”或“-”键，产生的输入脉冲输入到处 74LS193的CP+ 或CP-端，以便控制
74LS193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。每当按一
次按键时，输出一个
5所示。74LS193及CD4538的功能表请查阅
-jv o
?.L +
100ms 左右的单脉冲。电路如图 有关资料。
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可逆二进制计数器
O-;V
图5
2.3.5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± 15V 供电电源。数字控制电路要求 5V 电源，可 选择CW780集成三
端稳压器实现。辅助电源原理图如图 6所示。
2.4调试要点
2.4.1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。
2.4.2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。
2.4.3 D/A 变换器电路调试
将计数器的输出端QAQ0分别接到D/A 转换器的数字输入端D3?DO, 当Q3-Q0=0000寸，调节RW1使运算放大器输出 UO2=0V 当 Q3- Q0=1111时, 调节10KQ 电位器，使
U02=10V
2.4.4可调稳压电源部分调试
将电路联接好，在运算放大器同相输入端加入一 0?10v 的直流电压，观 察输出稳压值的变化情况。
将上述各部分电路调节器试好后，将整个系统连接起来。
2.5总电路图
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■4
图6辅助电源电路图
3元件清单
4心得体会
通过本次的课程设计，我们综合应用课本理论解决实际问题的能力得到了提高；我觉得课程设计对我们的帮助很大，它需要我们将学过的理论知识与实际情况的联系起来，加强我们对学过的知识的实际应用能力。在这次课程设计过程中，我遇到了几个自己不能解决的问题，通过老师和同学的帮助最终把问题解决，因此，我发现自己的电子知识还是有限的，而且我们所学的理论知识是很有用的，没有坚实的知识基础，是不可能完成设计的。在设计的过程中还培养了我们的团队精神，同学们共同协作，解决了许多人无法解决的问题，在今后的学习过程中我们会更加团结和努力。