数控直流稳压电源的设计

数控直流稳压电源的设计
一、 设计任务和要求
设计一个数控直流稳压电源。

1. 基本要求：
1) 利用实验室提供的低压交流电源，设计整流、滤波、稳压电路； 2) 至少能输出4个档：3V 、5V 、9V 、12V ，用数码管显示； 3) 输出电流要能达到1A 以上，且纹波≤5mV 。

2. 发挥部分：
1) 输出增加了一个7V 的档，进而变为5个档；手动开关控制档的转换。

2) 用ADC0809（模/数转换器）将输出的电压模拟量转换为数字量并输出给译码显示电路以显示正确数字。

二 方案论证
1.可调稳压控制部分 方案一:直接由开关控制档位
5 个单刀单掷开关
手动控制开关,使输出电压分别为
此方法电路简单,
控制方便.
方案二;由多路模拟开关在脉冲CP 的作用下来控制开关
由脉冲控制多路模拟开关,.此方法比依赖与信号源
的CP,且不容易控制.
综合的看上述两种方案,方案一电路简单,控制方便;方案二对CP 的依赖性比较大,在实际应用方面不够灵活.因此对可调稳压器的控制部分应采用方案一. 2.显示电路
方案一:模拟量经模数转换电路输入后，输出转换成数字量，再利用一片共阴极七段显示器显示，结构框图如下：
→
→
→
方案一方框图
此方案的优点是比较直观，易懂，而且容易调试，也能满足题目中所给的要求，
但是当输出电压为12v 时,
显示器显示以乱码＂└┘＂代替，不利于读数。

方案二：以方案一为基础，在经过模数转换输出后，加入一些简单的逻辑门，再利用两片共阴极七段显示器显示，结构框图如下：
这种情况下，电路可以直接的显示两位十进制数 ，且不会出现乱码。

也能满足其他的要求。

上述两个方案经实践证明均可行，但方案一不能很好的显示两位十进制数，故选择方案二。

二、 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1所示。

它包括整流电路、滤波电路、可调稳压电路、数/模转换电路和译码示电路等五个部分组成。

经过整流、滤波、稳压电路后，可得到一个稳定的输出电压值，其中因为输入为低压交流电源,所以整流电路中不需变压器,而可调的稳压电路可通过换档得到不同的输出电压值；A/D 转换器是将此模拟输出量转换为数字输出量，并送给译码显示电路显示出此值。

图 1
三、电路设计
1.整流、滤波电路设计
电路如图2所示。

整流电路结构为桥式电路；滤波选用电容滤波。

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2所示。

图2 整流滤波电路
其中虑波电容可选择C=1000µF，50V的电解电容。

高频瓷片电容C1=0.1uF,是为了滤除高频干扰和改善电源的动态特性。

其基本计算:
电路的输出电压U
I 应满足:U≥U
omax
+（U
I
-U
O
）min+△U
I
式中，U
omax 为稳压电源输出最大值；（U
I
-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
I
-U
O
）min之和的10%）；△U
I
为电网波动引起的输入电压
的变化（一般取U
O 、（U
I
-U
O
）min、U
RIP
之和的10%）。

U
2
=U
I
/ 1.1～1.2
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：
Ｉ
2=(1.5～2)I
I
≈(1.5～2)I
O
=1.5×0.5=0.75A
2.稳压电路设计
为了满足稳压电源最大输出电流1A的要求，可调稳压电路选用三端集成稳压器CW317，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3～12V之间调节，可采用图3所示电路。

图3. 可调稳压电路
手动控制开关s1,s2,s3,s4,s5.使输出电压分别为3V,5V,7V,9V,12V.下面以开关S1为例说明稳压源的调节作用:
图中可调稳压源为CW317
CW317的几个重要参数:
输出电压可调范围：1.2～37V；
最大输出电流：1.5A；
电压调整率：0.01%/V；
负载调整率：0.1%；
输出与输入电压差允许范围：3～40V。

R1=10K,Vo=1.25*(1+R3/R1),所以只要控制R3/R1的比值就可以控制输出电压的大小,选择合适的电阻就可以实不同的档位.
3.A/D转换器
A/D转换器芯片ADC0809简介
8路模拟信号的分时采集，片内有8路模拟选通开关，以及相应的通道抵制锁存用译码电路，其转换时间为100μs左右。

图4《ADC0809引脚图》
1). ADC0809的内部结构
ADC0809的内部逻辑结构图如图5所示。

图中多路开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用一个A/D转换器进行转换，这是一种经济的多路数据采集方法。

地址锁存与译码电路完成对A、B、C 3个地址位进行锁存和译码，
图5《ADC0809内部逻辑结构》
其译码输出用于通道选择，其转换结果通过三态输出锁存器存放、输出，因此可以直接与系统数据总线相连。

2)．信号引脚
ADC0809芯片为28引脚为双列直插式封装，其引脚排列见图4。

对ADC0809主要信号引脚的功能说明如下：
IN
7～IN
——模拟量输入通道
ALE——地址锁存允许信号。

对应ALE上跳沿，A、B、C地址状态送入地址锁存器中。

START——转换启动信号。

START上升沿时，复位ADC0809；START下降沿时启动芯片，开始进行A/D转换；在A/D转换期间，START应保持低电平。

本信号有时简写为ST.
表3-1 通道选择表
A、B、C——地址线。

通道端口选择线，A为低地址，C为高地址，引脚图中为ADDA，ADDB和ADDC。

其地址状态与通道对应关系见表3-1。

CLK——时钟信号。

ADC0809的内部没有时钟电路，所需时钟信号由外界提供，因此有时钟信号引脚。

通常使用频率为500KHz的时钟信号
EOC——转换结束信号。

EOC=0,正在进行转换；EOC=1,转换结束。

使用中该状态信号即可作为查询的状态标志，又可作为中断请求信号使用。

D 7～D
——数据输出线。

为三态缓冲输出形式，可以和单片机的数据线直接相连。

D
为最低位，D
7
为最高
OE——输出允许信号。

用于控制三态输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。

OE=0，输出数据线呈高阻；OE=1，输出转换得到的数据。

Vcc—— +5V电源。

Vref——参考电源参考电压用来与输入的模拟信号进行比较，作为逐次逼近的基准。

其典型值为
+5V(Vref
(+)=+5V, Vref
(-)
=-5V).
4.数码显示电路
功能:准确显示出所用档位的电压值是多少。

选用74LS48和共阴七段显示器即可完成此功能。

输出的模拟电压经过A/D转换器后变为数字信号，将此信号传输给74LS48译码，显示器可直接显示出译码器输出的十进制数。

译码电路和原理框图如下：
ADC0809
将稳压管输出电压转换为数学量输入，
的低四位使低
位的74LS48工作，74LS48工作。

四、安装调试
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．A/D转换器电路调试、
CBA=011时，将稳压器的输出端接到A/D转换器的模拟量输入端IN
0，闭合S
1
，稳压器输出
UO2=3V，输出为D
3～D
=0011；闭合S
2
，稳压器输出UO2=5V，输出为D
3
～D
=0101。

3．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一0～15v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进行通调。

参考文献:
《电子技术基础实验》
《电子技术基础（模拟部分）》
《电子技术基础（数字部分）》
教学单位：物电学院
题目：数控直流稳压电源设计
学生姓名及学号：唐泽（061223123）
晏佳（061223129）
冯德俊（061223107）
专业名称：应用电子技术
指导教师：王颖倩
2008年5月3日。