数控直流稳压电源设计

数控直流稳压电源设计
一、设计任务与要求 1、设计任务
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。

2、技术指标 （1）、输出直流电压调节范围0~15V ，纹波小于20mV 。

（2）、输出电流0~500mA 。

（3）、稳压系数小于0.2。

（4）、输出直流电压能步进调节，步进值为1V 。

（5）、由“+”、“-”两键控制输出电压步进值的增或减。

（6）、用数码管与LED 灯显示输出电压值，当输出电压为15V 时，LED 灯亮，数码管显示为“5”。

二、系统硬件设计
2.1 系统的总体设计系统的计算
图1 系统原理图
2.2 单元电路设计 1、单脉冲产生电路
图2单脉冲产生电路
（1）、充电开始到uc= V T +所需时间为tw 。

则：
2(0)0,(),()C C R C W T u u U u t V ++
=∞==
所以
且
设从充电开始到u c=VT+所需时间tw 为1ms ，
取施密特触发器的VDD=5V ，查得VT+=3.6V 。

取R2=4R1=10 k Ω，则Vcc>(1+R1/R2)UT+=1.25 UT+。

取电容C=0.1uF ，所以取R1为3.3 k Ω，R2为10 k Ω。

起始复位电路是用一个下拉电阻，控制电位，实现系统复位。

2、可逆计数器
图3 可逆计数器电路图
用两个单脉冲产生电路作为两个控制信号源分别在74LS193于74LS1912S 的两个时钟脉冲输入端CPU 和CPD 加入两个单脉冲进行数字信号的控制。

再配合4个与非门实现计数可循环的功能。

可逆计数器可直接用74LS192/74LS193实现。

由于要求出电压能够在0~15V 的范围内进行加、减调节，即计数器在0000~1111范围内调节，且为使D/A 转换方便起见，所以选用十六进制的可逆计数器芯片74LS193进行D/A 转换。

74LS191为十进制计数器，可以实现0~9的计数，再配合门电路和LED 灯就可以实现数字显示。

74LS193原理如下所述：
74LS193的特点是有两个时钟脉冲（计数脉冲）输入端CPU 和CPD 。

在RD=0、LD ＝1的条件下，作加计数时,令CPD ＝1，计数脉冲从CPU 输入；作减计数时，令CPU ＝1，计数脉冲从CPD 输入。

RD=1时，直接清0；RD=0时，正常工作。

LD=1时，计数，实现步进；LD=0时，CP 上升沿时刻置数：Q3Q2Q1Q0=D3D2D1D0。

212ln 1R W R T U t R C m s U V +=<-2
212
R C C R U V R R =
+1()(0)
ln
()()C C W C C W u u t R C u u t +
∞-=∞-212ln R R T U R C U V +=-
表1、74LS193功能表
3、显示电路
采用74LS192、74LS193和74LS00连接而成，具体电路如下：
图4 显示电路
LED灯在10~15时发光，其逻辑关系满足F=BD+CD，用与非门可实现。

由于与非门无法驱动LED灯，故加上一个处于开关状态的三极管，当基极有高电平的时候LED发光。

而10~15时由于74LS192为十进制计数器，数码管可显示0~5。

当超出15以后，74LS193会产生一个进位信号，利用这个进位信号使74LS192清零，则可以实现正循环。

当74LS193从0开始减的时候会产生一个借位信号，利用这个信号对74LS192置数5，则可实现负循环。

七段数码管显示可通过CD4511驱动显示。

接入数码管前加上限流电阻以延长数码管的寿命。

5、D/A转换电路
图5 D/A转换电路
DAC0832是一个8位的CMOS集成电路D/A转换器。

1、工作方式：
DAC0832可以有三种基本的工作方式：双缓冲方式、单缓冲方式、完全直通方式。

根据实验电路要求，选取完全直通方式。

图6、完全直通方式
2、D/A 转换电路的参数VREF 设置 ：
8位 D/A 转换器的输出电压为： 因计数器输出只有4位，只能接D/A 转换器中D0~D7的4位，故输出电压与输入端的选择有关。

选取将可逆计数器中的输出端接入D/A 转换电路的高4位 设Vref=-5V ，则△U ’o=0.313V ，
因为设计指标为Uo=0~15V ，步进值△Uo=1V
输出电压Uo=（1+R1/R2）U ’o ，步进值△Uo=（1+R1/R2）△U ’o
得R1/R2=2.2。

所以取R1=20 k Ω，R2=10 k Ω，R3=10K Ω。

3、输入电压U I 的确定
由模电知识：UImin>UOmax+U CES 设计指标： Uo=15V 取U CES=2V 。

考虑电源电压波动10%，则：0.9UI>17V,即UI>18.9V 。

故所取 UI>17V 。

4、调整管参数的选择
设计指标：
选择管子时，应使
且根据9013、8050、13005、9012、9015、8550的资料可知：
7650
76508(2222)2256R E F R E F O V V U d d d d D '=-++++=- 3210
3210(2222)256
R E F O
V U d d d d '=-+++I 20U V
=m a x 0~500L I m
A =0~15O U V =m a x
m a x 1m a x m a x 500C E R L L I I I I I m A ≈=+≈=m ax Im m in I 1.10 1.12022C E a x O U U U U V
=-=-=⨯=m a x m a x m a x 5002211C C C E P I U m A V W ==⨯=m a x 1.1C M C I I >m a x
1.1C E O C E U U >m a x 1.1C M C P P >
表3、各调整管参数表
综上所述，调整管选取13005。

5、 集成运放的选取： （1）、D/A 转换电路的外接运放选取： 运放的最大输出电压为： 运放的最大输出电流为： 综上，所需运放的输出电压要大于9.375V ，输出电流要大于0.9375mA 。

（2）、设计指标： 运放输出电流：
运放输出电压： 综上所述，可得集成运放的输出电压要大于15.7V ，输出电流要大于500mA/B 。

据LM324、LF353的资料可知
LM324四运放参数如下：Vo=332V ；LF353双运放参数如下：Vo=+/-18V 综上所述，集成运放选取LF353，集成运放的Vcc=20V,V EE =-5V 6、纹波小于20mV 的设置
通过在每个电源输入输出端加去耦电路可以实现纹波小于20mV 。

在调试中还发现纹波小于4mV ，完全满足要求。

五．系统的组装
图7 系统PCB 图
m a x
0~500L I m A =0~15O U V
=m a x m a x /500/L I I m A ββ>=放m m a x
150.715.7O a x B E U U U V >+=+=放m a x m a x
9.3750.937510O O U V
I m A R K ''===Ω
m a x
240
240
109.375256256
O R E F U V V '==⨯=
图8 总体原理图
按照以上的两张图纸制作PCB板，然后调试系统。

六．系统测试
6.1 电路的测试方案
采用实验室提供的数字直流电源为系统供电。

使用万用表测量系统的静态工作点，并适当调整静态工作点。

纹波就是一个直流电压中的交流成分。

故可使用模拟示波器在交流当测量纹波。

用大功率滑动变阻器作为系统的负载。

步骤：从脉冲产生电路到最终的输出逐步测量验证。

最后整体验证。

系统测试流程
6.2 测试仪器
模拟示波器 *1
数字万用表 *1
数字电源 *1
滑动变阻器 *1
6.3 测试结果
表4 输出额定功率的情况下测的的输出电压数据表
表5纹波测试数据
由表可知，最大纹波为3.5mV。

1、输入20.01V，输出15.04V，
输入18.01V，输出15.04V
差值：0V
2有载RL=29.3 Uo=15.04V
RL=无穷Uo=14.96V
差值：0.08V
表6 输出电流测试
七．结论
在本次实验中，我们对PCB制版有了进一步的掌握。

虽然在布板的时候出了较多的问题，如对于线的粗细估计不足，布局不合理等。

在做完板调试的过程中发现了封装错误，导线不够粗导致部分导线断路，补上焊锡以后问题得到解决。

有一块芯片封装镜面了。

把引脚全部扳180度后重新插入问题迎刃而解。

还有纹波不满足要求，在加了去耦电容以后达到了要求。

本次实验使我们调试板子的能力得到了很大的提高，团队合作愉快。