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。