直流稳压电源课程设计.docx

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1、直流稳压电源课程设计 简易直流稳压电源 设计要求 （1）输出电压12V （2）输出电流400mA （3）输出电压数字显示，显示精度优于0.1 （4）输出电压在012V之间连续可调 摘要 几乎所有的电子设备都需要有稳衡的电压供给，才能使其处于良好的工作状态。家用电器中的电视机、音响、电脑尤其是这样。电网电压时高时低，电子设备本身耗电忽大忽小，都给供电造成不稳定因素。解决这个不稳定因素的办法是在电子设备的前端进行稳压。直流稳压电源一般由变压器，整流器和稳压器三大部分组成。变压器把市电交流电压变为所需要低压交流电。整流器把交流电变为直流电。经滤波后，稳压器再把不稳定的直流电压变成稳定的电压输出。直流

2、稳压电源是电子制作中不可缺少的设备。本次设计的简易直流稳压电源，根据技术要求可以分为两部分：模拟部分和数字部分。模拟部分实现12V的正负固定电压输出，同时实现0-12v电压连续可调。数字部分实现0-12V连续可调电压的数字输出。 关键词 整流; 滤波; 稳压; 数字显示; 连续可调 引言：随着人们生活水平的不断提高,数字化控制无疑是人们追求的目标之一,它所给人带来的方便也是不可否定的,其中数控直流稳压电源就是一个很好的典型例子,但人们对它的要求也越来越高,要为现代人工作、科研，生活、提供更好的，更方便的设施就需要从数字电子技术入手，一切向数字化，智能化方向发展. 本文所介绍的数控直流稳压电源与

3、传统的稳压电源相比，具有操作方便，电压稳定度高的特点，其输出电压大小采用数字显示，此设计没有用到单片机，只用到了数字技术中的可逆计数器，D/A 转换器，译码显示等电路，具有控制精度高，制作比较容易等优点。 方案论证与选择 因总体设计分为两部分，即直流稳压电源部分和输出电压数字显示部分，最后再将两部分组合，故分别进行分析与论证。 （1）直流稳压电源部分： 1首先对变压器部分进行选择 方案一：采用带中心抽头的变压器。电路如图一所示，显然该电路只能输出+12v的电压，而设计要求同时输出+12v和-12v电压，在后续的数字显示电路中还需要+5v的电压为芯片供电，因此选用此电路并不合适。 图表1 方案二

4、：不带中心抽头的变压器。此时只用一个桥式整流电路，电路较前一种简单，而且输出 12V电压，同时可以得到+5V电压，其基本原理如图二所示： 图表2 注：由于仿真时没有变比可调的变压器，因此直接用一17v交流电压源代替变压器，实际中应为一变压器。 方案三：同样是带中心抽头的变压器，其电路原理图如图三所示 图表3 此电路较前两个方案要复杂一些，用到了两个桥式整流电路，对应分别输出+5v电压和 12V电压，满足设计要求，但成本相对较高。 方案选择：综合评定三种方案可知，方案二电路简单易于实现，而采用带中心抽头的电路复杂，所需变压器容量大，功耗大，因此采用不带中心抽头的变压器作为交流-交流变压部分。 2

5、整流电路部分的选择与论证： 方案一：桥式整流电路。电路图如图四所示 图表4 桥式整流电路是使用最多的一种整流电路。这种电路，只要增加两只二极管口连接成桥式结构，便具有全波整流电路的优点，而同时在一定程度上克服了它的缺点。桥式整流电路是利用四个二极管制作成一个整体，引出四个脚，两个作为交流电源输入端，另两个作为输出端。 方案二：半波整流电路。电路图如图五所示， 图表5 半波整流电路是一种最简单的整流电路。它由电源变压器、整流二极管D 和负载电阻Rfz ，组成。变压器把市电电压变换为所需要的交变电压E2 ，再把交流电变换为脉动直流电。该电路联接简单，但输出脉动大。 方案选择：通过比较可知，半波整流

6、电路简单，易于联接，但输出脉动大。而桥式整流电路在实际中应用较多，变压器负极线圈在一周内均有电流通过。采用桥式整流电路比较好。 3滤波电路方案选择：滤波电路常用于滤去整流输出电压中的纹 波，一般由电抗元 件组成，如在负载 电阻两端并联电 图表6 容器C，或与负载串联电感器L，以及由电容，电感组成而成的各种复式滤波电路。由于电抗元件在电路中有储能作用，并联的电容 器C在电源供给的电压升高时，能把部分能量储存起来，而当电源电压降低时，就把能量释放出来，使负载电压比较平滑，即电容C具有平波的作用；与负载串联的电感L,当电源供给的电流增加时，它把能量储存起来，而当电流减小时，又把能量释放出来，使负载电

7、流比较平滑，即电感L也有平波作用。 方案选择：电感滤波输出电流较为平滑，同时电感负载有延长整流二极管导通角的趋势，因此输出电流比较平滑，避免了过大的冲击电流。但电感滤波后输出电压较低。LC滤波电路结合了电容滤波和电感滤波的优点，但电路较复杂，参数选择比较困难。电容滤波电路输出电压与时间常数 R C的大小有关，因此电容滤波电路适合在大负载 L 场合下运用。在滤波电容的容量较大的情况下，电路刚接通的瞬间，整流二极管将承受很大的浪涌电流，很可能因过流而烧毁，因此，在选用二极管时，应注意挑选电流大一点的，最好采用比锗管更经得起电流冲击的硅管。还可以采取一些保护整流二极管的措施，使通过整流二极管的最大电

8、流不超过规定的浪涌电流。同时，电容滤波电路的外特性比较软。综合分析此次设计采用电容滤波电路。 4稳压电路部分方案选择： 本次设计选择集成三端稳压器LM7812,LM7912,LM7805为了满足稳压电源最大输出电流400mA的要求,可调稳压电路选用集成三端稳压器LM7805组成,该电路的优点是电路设计简单，输出电压稳定，可同时输出+12v，-12v以及+5v电压。可作为辅助电源在后续电路中使用。该电路缺点是输出电压不可调。这也就决定了数字显示电路的选择。（2）输出电压数字显示部分： 方案一：采用模数转换电路。 可以采用ADC0809将模拟电压信号转换成数字信号。ADC0809是采样频率为8位的

9、、以逐次逼近原理进行模数转换的器件。其内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8个单断模拟输入信号中的一个进行A/D转换。其精度可精确到(1/255)*12=0.05V。但是需要模拟输出电压连续变化，而本设计的直流稳压电源输出是恒定的 12V及+5v，必须通过其他方法解决。 方案二：采用数模转换电路，通过“+”, -”按键控制调节输出电压变化，同时显示电压值，本次设计选用此方案。 总体方案设计及计算 （1）总体设计方案： 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七所示.主要包括三大部分: 数字控部分、D/A 变换器及可调稳压电源. 数字 控制部分用+、-

10、 按键控制一个可逆二进制计数器, 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0.1V的步进值增和减。 图表7 （2）直流稳压电源部分电路设计及计算 （一）桥式整流、电容滤波电路计算。为了方便稳压电源能够正常工作, 滤波电路的输出电压应满足下式: U IU omax+( U I- U O)min+U RIP+U I 式中, Uomax稳压电源输出最大值 Uomax=12v ( U I- U O)min集成稳压器输入输出最小电压差，对于集成三端稳压器, 当( U I- U O) min

11、 =210V 时具有较好的稳压输出特性. ( U I- U O)min=3v U RIP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 RIP =（12+3）0.1=1.5v U I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 I=（12+1.5+3）0.1=1.65v 所以 U I12+3+1.5+1.6519( V) 取U I =19V.根据UI 可确定变压器次级电U2. U2=U I/(1.11.2)=19 /1.117V 在桥式整流电路中, 变压器次级电流与滤波器输出电

12、流的关系为: I2 =( 1.52) I11.5x0.4=0.6A. 流过桥式电路中每只二极管的电流为I D=0.5I Imax=0.5I0max=0.50.4 = 0.2(A).每只整流二极管承受的最大反向电压为U RM=1.414U2max= 1.41417(1+10%)26 (V). 选用二极管IN4001, 其参数为: I D=1A,U RM=100V.可见能满足要求. 一般滤波电路的设计原则是, 取其放电时间常数R L C 是其充电时间 常数的25 倍. 对于桥式整流电路,滤波容C的充电周期等于交流电源周期的一半, 即R L C( 25)T/2=( 25) /2f, 由于=2f, 故

13、R L C( 25), 取R L C=3, 且R L=U I/I I, 则C=3I I /2I I f U I=3I0.5/(25019) =632uF, 取C=1000 uF.电容耐压值应考率电网电压最高、负载电流最小时的情况 .V Cmax =1.11.414U2max26 (V), 综合考虑滤波电容可选择C=1000 uF, 50V 的电解电容。 （二）稳压电路计算。由于输出电压为 12V以及+5v,因此只需选取三端集成稳压器LM7812，LM7805和输出负电压的LM7912。电路图如下 图表8 （3）数字显示电路计算： 数模转换电路，采用两块DAC0832 集成块，它是一个8 位数/

14、模转换电路，这里使用全部8 位数字量输入端。由于DAC0832 不包含运算放大器，所以需要外接两个运算放大器相配，才构成完整的D/A转换器，运放将其转换成与数字端输入的数值成正比的模拟输出电压，运放采用具有调零的低噪声高速优质运放NE5534。 调整输出级采用运放作射极跟随器，使调整管的输出电压精确地与D/A转换器输出电压保持一致。调整管采用大功率达林顿管，确保电路的输出电流值达到设计要求。输出电压的调整，主要是运用射极输出器发射极上所接的 4.7K电阻来完成的，此反馈电阻的主要作用是，把输出电压反馈到NE5534 的输入级的反向输入端，当同相输入IN+和反向输入端IN-有差别是，调整输出电压

15、使之趋于稳定，从而达到调整输出电压的目的。 电压输出控制：通过两个开关J1和J2，J1控制增，J2控制减，输入数字000，短接电位器R10，R11调运放调零电位器R5, 用数字万用表检测，使输出电压Uo=0V。 输入数字120，调整R9，R5,R11使输出电压Uo达到预定的满量程12.0V。这样每增一或减一就可以控制输出电压步进或步减，每次增减0.1v，同时可以显示输出电压。电路图如下 图表9 该电路可实现对电压的数字控制与显示，输出直流电压能步进调节, 步进值为0.1V，输出电流 400mA，符合设计要求。 总体电路图，接线图及其说明 如图所示，直流稳压电源为数字电路提供辅助电源，+5v可为两个74LS192提供电源，同时DAC0832的ILE管脚也需接+5v电源以工作在直通工作方式。+12v电压接DAC0832V ref管脚作为比较电压，通过数模转换器输出步进电压。