数控式稳压电源设计

1、沈阳航空航天大学课 程 设 计 任 务 书课 程 名 称 电子技术综合课程设计 院（系） 专业 班级 学号 姓名 课程设计题目 数控式稳压电源的设计 课程设计时间: 2012 年 12 月 24 日 至 2013 年 01 月 06日课程设计的内容及要求：一、设计说明设计一个可控制的且具有LED显示的可调集成稳压电源，输出电压有3V、6V、9V24V及熄灭等九档，其步进值为3V。主要由直流稳压电源的输出电路，数控电压选择电路和数字显示电路三部分组成。其参考原理框图如图1所示。直流稳压电源 输出电路数控电压选择电路数字显示电路Ui220V,50Hz交流电压图1数控式稳压电源的原理框图二、技术指标

2、1.完成220V市电的整流滤波，输出电路中所需的所有直流电压。2.利用编译码电路及LED数码管完成数字显示功能，要求至少含有8个数字及熄灭等九个显示状态。 三、设计要求1在选择器件时，应考虑成本，要求采用LED显示。各档电压的转换采用开关转换。2根据技术指标，通过分析计算确定电路和元器件参数。3画出电路原理图（元器件标准化，电路图规范化）。四、实验要求1根据技术指标制定实验方案；验证所设计的电路。2进行实验数据处理和分析。五、推荐参考资料1全新实用电路集粹编辑委员会著 . 全新实用电路集粹（下册）.M北京：机械工业出版社，2006年2陆坤等编 . 电子设计技术.M北京：电子科技大学出版社，19

3、97年3谭博学主编 . 集成电路原理与应用. M北京：电子工业出版社，2003年 4.卿太全，李萧，郭明琼.常用数字集成电路原理与应用. M北京：人民邮电出版社，2006年5.张庆双.电源应用电路集粹. M北京：机械工业出版社，2005年6.李秀人.电子技术实训指导. M北京：国防工业出版社，1998年六、按照要求撰写课程设计报告指导教师 年 月 日负责教师 年 月 日学生签字 年 月 日成绩评定表评语、建议或需要说明的问题：指导教师签字： 日期：成 绩一、 概述现如今，国内外生产的稳压器种类很多，主要分成线性集成稳压器、开关式集成稳压器和数控式稳压器三大类。 线性稳压器的优点是稳压性好，输出

4、纹波电压小，电路简单，成本低廉，但其功耗大， 稳压电源的功率比较低。开关式稳压电源高效节能，代表着稳压电源的发展方向，其本身 消耗也比较低。数控稳压电源与传统的稳压电源电路相比，具有操作简单，电压稳定度高的特点 直流稳压电源是常用的电子设备，本设计采用数控式稳压。根据设计要求共输出八档直流电，分别是 3V、6V、9V、12V、15V、18V、21V 和 24V。并用数码管显示相应的电压读数。当没有输出电压时数码管全灭。数码管的状态显示利用编译码电路来驱动。该电路它能保证在电网电压波动或负载发生变化时，输出稳定的电压。一个低纹波高精度的稳压电源在仪器仪表、工业控制及测量领域有着重要的实际应用价值

5、。二、 工作原理根据设计任务要求，设计一个可控制的且具有 LED 显示的可调集成稳压电源，输出电压有 3V、6V、9V24V 八档及全灭状态，其直流电步进值为 3V。主要由直流稳压电源的输出电路， 数控电压选择电路和数字显示电路三部分组成。数控式稳压电源的原理框图如图 1 所示。直流稳压电源 输出电路数控电压选择电路数字显示电路Ui220V,50z交流电压图1 数控式稳压电源的原理框图从原理图中可以看出，数控式稳压电源将输入的220V/50Hz的高压交流电转换为稳定的低压交流电，并且传递给整流电路，通过整流电路将低压交流电转换为稳定的低压直流电，滤波电路把整流电路输出的电压中交流部分进行滤除，

6、使输出的电压脉动减小，更加平滑，最后利用稳压电路将输出的脉动较小，平滑程度较低的低压直流电稳定，不再随任何条件的变化而变化，由此完成第一阶段直流稳压电源输出电路的功能。第二阶段数控电压选择电路，是要将输出的直流电压按照要求分为八个档分别表示 3V、6V、9V、12V、15V、18V、21V、24V，这部分可以用八个阻值大小相同的电阻来对其进行分压， 然后利用逻辑门电路对其八个电压档进行编译并输出。第三阶段数字显示电路，由两个七段数码管组成，把第二部分逻 辑门电路进行编译，一个用来显示输出直流电的十位，另一个用来显示输出直流电的个位。三、 电路设计依据设计要求，数控式稳压电源的设计需要三个部分。

7、直流稳压电源输出电路，数控电压选择电路和数字显示电路。1.直流稳压电源输出电路此电路将实现把电网电压220V/50Hz的交流电转变成设计要求的24V稳定直流电压。电网电压为220V/50Hz的交流电压，利用电源变压器将电网电压降低为低电压，但是降压后的电压仍为交流电，而且电压幅值正反交替，需要通过整流电路把降压后的低压交流电转化为低压单向直流电，但是此低压直流电脉动变化很大，需要用滤波电路将脉动较大的直流电滤除掉，输出脉动较小，平滑程度较高的低压直流电，为了保证滤除后的低压直流电不再受外界因素影响，加上稳压电路确保输出的直流电足够稳定。直流稳压电源输出电路图如图2所示。图2 直流稳压电源输出电

8、路图从直流稳压电源输出电路图中可以看出交流电压到稳定的直流电压的过程：利用电源变压器，将电网 220V 交流电压变换成符合需要的交流电压，并送给整流电路，变压器的变压比例由变压器的副边电压确定。低压交流电经过整流电路，利用单向导电元件，把交流电变换成具有脉动的直流电，在输入交流电的正半周内，整流电路中右上方的二极管和左下方的二极管导通，左上方的二极管和右下方的二极管截止；在输入交流电的负半周内，整流电路内整流电路中右上方的二极管和左下方的二极管截止，左上方的二极管和右下方的二极管导通。正负半周内部都有电流流过的负载，且方向是一致的。在桥式整流电路中，每个二极管都只在半个周期内导电，所以流过每个

9、二极管的平均电流等于输出电流的平均值的一半。最后，脉动直流电通过滤波电路可以将整流电路输出电压中的交流成分大部分加以滤除，从而得到比较平滑的直流电压。滤波采用电容滤波，电容大小为470F。滤波的电容采用电解电容，因为滤波的电容需要很大的容量。电容滤波电路可以使输出的电压脉动更小，更为平滑，依靠电容的充电放电作用。最后利用稳压电路将输出的较为平滑的直流电压稳压以便输出到下一功能。稳压电路可以把不够稳定的直流电压转换成比较稳定的直流电压，而且，转换后的直流电压不易受其它条件的影响，便能得到设计中想要的稳定的直流电压。本设计中稳压电路由三端稳压器LM7824CT构成。2. 数控电压选择电路由于直流稳

10、压输出电路输出直流电为24V，所以数控电压选择电路包括八个分压电阻及相应的逻辑门组成的编译码电路，用来选择所需的直流电压。数控电压选择电路图如图3所示。图3 数控电压选择电路图根据设计要求，由八个阻值大小相等的电阻 R1R8 对直流稳压电路输出的24V电压进行平均分配，得以实现步进电压为3V，电压输出分为3、6、9、12、15、18、21、24V 八个档位。八个开关 KA KH分别接到对应的电压档位上。测试输出的直流电压需要用数字的方式显示出来，利用编译码电路驱动的数码管来达到数字显示的功能，编译码电路由数字逻辑电路组成，数字逻辑电路主要有两输入或门 74LS32D，三输入或非门74LS27D

11、以及非门74LS04D。3. 数字显示电路用发光二极管替代一个数字的7段笔段，需接通不同笔段中发光二极管的电源才可以显示数字。需要一个7448N驱动芯片在数控电压选择电路中用逻辑电路对八个档位的电压输出值进行编译，再通过该芯片驱动逻辑电路的编译码，使数码管显示出数控电压选择电路中的输出电压值，实现了数码管分别显示八个档位对应的输出电压值的功能。为了显示一个全灭状态，需要在驱动芯片的使能端引线上设置一个开关，以此控制驱动芯片的高低电平转换,从而实现了设计要求中的第九种状态。数字显示电路图如图4所示。图4 数字显示电路图如图4所示，若要达到全灭的效果，需要将J1断开，使7448的使能端接入低电平，

12、数码管不显示数字以达到全灭的效果。若要将J1闭合，7448的使能端接入高电平，数码管根据其他八个开关的断开与闭合状态分别显示不同的输出电压值。四、 性能的测试1.直流稳压源输出电路的测试用电压表测试直流稳压电源的输出电压，如图5所示。图5 直流稳压电源的输出图6 直流稳压电源的输出电压值由图6可知电压表测出电压值为23.96V，与理论值24V相差0.04V。2.数控电压选择电路和数字显示电路的测试（1）21V直流电压的测试把开关J1和J3闭合，开关J2、J4到J9断开接地，用电压表测试电阻R2到R8的两端电压，如图7和8所示。图7 21V直流电测试电路图8 21V直流电测试结果由图8可知电压表

13、测出电压值为20.965V，与理论值21V相差0.025V。（2）18V直流电压的测试把开关J1和J4闭合，开关J2、J3、J5到J9断开接地，用电压表测试电阻R3到R8的两端电压，如图9和10所示。图9 18V直流电测试电路图10 18V直流电测试结果由图10可知电压表测出电压值为17.97V，与理论值18V相差0.03V。(3) 6V直流电压的测试把开关J1和J8闭合，开关J2到J7、J9断开接地，用电压表测试电阻R7到R8的两端电压，如图11和12所示。图11 6V直流电测试电路图12 6V直流电测试结果由图12可知电压表测出电压值为5.99V，与理论值6V相差0.01V。（4）3V直流

14、电压的测试把开关J1和J9闭合，开关J2到J8断开接地，用电压表测试电阻R8的两端电压，如图13和14所示。图13 3V直流电测试电路图14 3V直流电测试结果由图14可知电压表测出电压值为2.995V，与理论值6V相差0.05V。（5）全灭状态测试把开关 J1 断开接地，其余的开关处于闭合或断开状态，可达到全灭状态，如图 15 所示。图15 全灭状态直流电测试电路各档位测试结果及测量误差如表1所示。表1 各档位直流电测试结果及测量误差直流电压档位3V6V9V12V15V18V21V24V实际测试读数2.995V5.99V8.985V11.98V14.975V17.97V20.965V23.9

15、6V测量误差0.005V0.01V0.015V0.02V0.025V0.03V0.025V0.04V五、 结论通过性能测试可以看出本次数控式稳压电源的设计稳压性好，电路简单，成本低廉。满足设计要求共输出八档直流电，分别是 3V、6V、9V、12V、15V、18V、21V 和 24V。并用数码管显示相应的电压读数。当没有输出电压时数码管全灭。数码管的状态显示利用编译码电路来驱动。该电路它能保证在电网电压波动或负载发生变化时，输出稳定的电压，与预期结果相同。六、 性价比硬件设计成本低，所需器件的价格也比较低廉，而且能够实现应有的性能，所以本设计的电路具有较高的性价比。七、 课设体会及合理化建议本次

16、课设的要求是输出八档直流电，分别是 3V、6V、9V、12V、15V、18V、21V 和 24V。并用数码管显示相应的电压读数。当没有输出电压时数码管全灭。通过此次课程设计让我对电子线路的设计，直流稳压电源的工作原理以及它的要求和性能指标，甚至是每个模块和元件都有了很深的认识，动手学习始终还是比学习书上的理论知识要有效率的多，在本次课设中我也有了很多收获，比如，利用编译码电路来驱动数码管进行状态显示，高压交流电转化为低压直流电要经过变压、整流、滤波和稳压四个环节，通过对每个模块的实际操作与学习，使我能够很好地使用逻辑门及对十进制数进行 BCD 码编译，加深了我对逻辑电路及编译的掌握。不过，在本

17、次课设中也暴露了我的一些问题，比如，对线路图总体的布局把握的不是很好，经常出现局部电路占用平面空间过大的问题，我会在以后的学习中逐步提高，解决掉这些问题.也会在其中有所收获，做一个线路设计方面的高手。在此，我要感谢我的指导老师，多谢她对我的耐心指导，在整个课设过程中都给予了我莫大的帮助，我会再接再厉，在设计中提高自己的综合能力。参考文献1全新实用电路集粹编辑委员会著 . 全新实用电路集粹（下册）.M北京：机械工业出版社，2006年2陆坤等编 . 电子设计技术.M北京：电子科技大学出版社，1997年3谭博学主编 . 集成电路原理与应用. M北京：电子工业出版社，2003年 4.卿太全，李萧，郭明琼.常用数字集成电路原理与应用. M北京：人民邮电出版社，2006年5.张庆双.电源应用电路集粹. M北京：机械工业出版社，2005年6.李秀人.电子技术实训指导. M北京：国防工业出版社，199