数控直流稳压电源的设计75907

1、毕业论文题目名称：数显直流稳压电路设计 姓 名：吴迪 学 号：0936066 班 级：应电09-2 指导教师：李华 摘 要数显直流稳压电路设计当今社会人们极大的享受着电子设备带来的便利，但是任何电子设备都有一个共同的电路-电源电路。大到超级计算机、小到袖珍计算器，所有的电子设备都必须在电源电路的支持下才能正常工作。常用的稳压电源有交流和直流之分，当然这些电源电路的样式、复杂程度千差万别。不可否认电源已经广泛地应用于我们生活的方方面面，所以，学习并了解电源的制作原理和技术对于我们的生产和发展都具有积极的意义。由于电子技术的特性，电子设备对电源电路的要求就是能够提供持续稳定、满足负载要求的电能，而

2、且通常情况下都要求提供稳定的直流电能。提供这种稳定的直流电能的电源就是直流稳压电源。直流稳压电源在电源技术中占有十分重要的地位。本文主要设计并制作数字显示的直流稳压电源。本电源作为一个微型启动器，具有可调整电压，调压范围是1.25V-20V，而且具备输出电压可以显示的功能。本文介绍了直流稳压系统的总体的设计方案，它主要由变压器部分、整流滤波部分、稳压部分、电压数字显示部分和输出部分组成。电源的稳压部分用三端集成稳压管LM317完成，数字显示部分用ICL7107芯片完成。ICL7107是一种市场上应用非常广泛的集成芯片，内置程序，可以直接驱动LED数码管。本设计的显示部分是采用ICL7107芯片

3、制作LED显示的数字电压表，并联到输出端，完成电压显示的功能。本电源具有设计简单灵活，成本低，效率高，调整精度高等优点，在市场上有很好的应用前景。关键词：微型启动器 整流 滤波 稳压 数字显示 绪论 高科技设备的发展离不开电源技术的进步，高精度电源已广泛应用到于通信、工业、军事、航空航天、家电等领域。其中弱电的重要性是所有电源的基础，人们对它的研究、开发技术水平也越来越高。低压大电流的电源也是以后发展的方向。而直流稳压电源是常用的电子设备，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。一个低波纹、高精度的稳压源在仪器仪表、工业控制及测量领域中有着重要的实际应用价值而电源是电子设备的心

4、脏部分，其质量的好坏直接影响着电子设备的可靠性而且电子设备的故障60%来自电源，因此作为电子设备的基础元件，电源受到越来越多的重视。现代电子设备使用的电源大致有线性稳压电源和开关稳压电源两大类。所谓线性稳压电源，是指在稳压电源电路中的调整管式工作在线性放大区。将220V,50HZ的工频电压经过线性稳压变压器降压以后，经过整流，滤波和稳压，输出一个直流电压。我们做两类电源比较线性稳压源的优点是：电源稳定度及负载稳定度较高：输出纹波电压小；瞬态响应速度快；线路结构简单，便于维修；没有开关干扰。缺点是：功率大，效率低，其效率一般只有3560%;体积大，质量重，不能微小型化；必须有较大容量的滤波电容。

5、其中，交换效率低下是线性稳压电源的重要缺点，造成了资源的严重浪费，在这种背景下，开关稳压电源应运而生。任何电子设备均需直流电源来供给电路工作。特别是采用电网供电的电子产品。为了适应电网电压波动和电路的工作状态变化，更需要具备适应这种变化的直流稳压电源。随着电子技术的发展，人们对如何提高电源的转换效率，增强对电网的适应性，缩小体积，减轻重量进入了深入的研究。开关电源应运而生。七十年代，便应用电视机的接收，现在已经广泛用于彩电，录像机，计算机，通讯设备，医疗器械，气象等行业。本文就是利用LM317作为输出电压可变的集成三端稳压块，是一种使用方便、应用广泛的集成稳压块。与数字电压表头集成块ICL71

6、07，实现对直流输出大小的在线测量。这种ICL7107表头需要工作电压是±5v，所以要用到LM7805和LM79L05来做工作电压。此次动手设计直流稳压电源能巩固、深化和扩展我们的理论知识与初步的专业技能，为以后的专业工作打下坚实的基础。第1章整体设计方案 1.1 方案设计直流稳压电源一般由三大部分组成，它们分别是变压器部分，整流滤波部分和稳压器部分。通过变压器把220V的市电变为电源所需要的低压交流电，然后经过整流器，把交流电变成直流电，但是这时候的直流电并不稳定，需要经过滤波后，再由稳压器稳压输出稳定的直流电。本设计采用lm317芯片作为集成稳压电路的芯片，不仅电路简单，而且电压

7、可以在1.25V-37V内连续可调，而且它效率高，性能好，有较高的调整精度，各方面都适合设计的要求。本电源在市场上很有应用前景，可以作为收音机或掌机的外接电源，也可以用作手机电池的充电器，功率高点的还作为小型电视或其他家用电器的电源。现在电子产品的日益更新，电路也越来越多，根据电路的设计提出了以下三个种方案。1 输出电压范围1.25V-20V；2 波纹系数尽量小，输出稳定；3 能数字显示电压。三个方案的选择：方案一：开关电源，采用PWM脉宽调节。它的功耗比较小，效率高，稳压范围宽，电路的形式多样。但是，PWM占空比的线性变化使相应的电流呈非线性变化，经分析发现滤波电容的存在对占空比很小的PWM

8、波积分效果明显，导致电压的非线性变化更显著，特别是PWM占空比很小的时候，即希望调出很小的电压的时候。方案二：用单片机控制输出电压的调整，使用电压采样电路，通过A/D转换实现闭环控制。主要由微控制器模块，稳压控制模块，电压采样模块，显示键盘模块，电源模块五部分组成。方案二系统框图如图2所示。输出电压控制单元51单片机掉电贮存单元按键电路LCD显示单元电压/电流采样电路电源电路图2 方案二系统框图方案三：利用lm317集成稳压芯片为核心，通过变压器之后整流滤波再稳压输出稳定的直流电。再用ICL7107芯片制作数字显示电压表头，芯片的供电也是用lm317制作+5V的稳压电源提供。方案三系统框图如图

9、3所示。输出LM317稳压电路变压器220AC输入LED显示ICL7107图3 方案三系统框图1.2 方案论证 根据课题的要求最终选择方案三，虽然方案三电压调节精度不及方案二，但是连续可调的直流电压比较符合课题，方案二中的数控直流电源是步进调压的。而且方案三具有电路简单，价格低廉，便于操作等优点，而且经过调试，其电压输出稳定，调压精度高，效率高，完全符合课题的要求。第2章 硬件电路设计一、设计要求运用所学的数字电子知识，和模拟电子知识进行电路设计。设计出的直流电源要求输出精度高，步进电压在0.1V 左右，并且调整方便。使用通用器件要求输出电压在09.9V二、技术指标工作电压：2-6V(典型5V

10、)工作电流：4.5mA(5V时) 2.5mA(3V时)稳压输出值：09.9V步进电压值：0.1V输出纹波电压：10mV输出电流：5A三设计指导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,其中数控制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，主要用于要求电源精度比较高的设备，或科研实验电源使用，并且此设计，

11、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。通过设计巩固学习过的专业知识，也使我们把理论与实践从真正意义上相结合了起来；考验了我们借助互联网络搜集、查阅相关文献资料，和组织材料的综合能力；通过使用电路CAD 软件Protel 99 se ,了解到计算机辅助设计(CAD)的智能化。此数控直流稳压电源共有六部分，步进电压精确到0.1V 控制可逆计数器分别作加，减计数，可逆计数器的二进制数字输出分两路运行：一路用于驱动数字显示电路，精确显示当前输出电压值；另一路进入数模转换电路（D/A 转换电路），数模转换电路将数字量按比例，转

12、换成模拟电压，然后经过射极跟随器控制,调整输出级，输出稳定直流电压。为了实现上述几部分的正常工作，需要另制±15V，和±5V 的直流稳压电源，及一组未经稳压的12V17V 的直流电压。此下所讲的数控电源主要就是对此组电压进行控制，使输出09V 的稳定的可调直流电压。此原理方框图如下图1 所示。一、 “+”, “-”键控制的可逆计数器的设计Multisim设计电路如下：此部分电路主要用两按钮开关和单刀双掷开关作为电压调整键，与可逆计数器的加计数CPU 时钟输入端和减计数CPD 时钟输入端相连，可逆计数器采用两片四位十进制同步加/减计数集成块74LS192 级联而成。最上方计数

13、器为产生脉冲的作用。74LS192 是双时钟，可预置数，异步复位，十进制（BCD 码）可逆计数器。1.1 工作原理由于输出电压从0V 到9.9V 可以调节，所以74LS192 两计数器总计数范围从00000000 到10011001（即099）,而74LS192 本身为十进制可逆计数器，所以只需两块这样的芯片级联就可以达到目的， PL 是低电平有效的预置数允许端，PL=0 时，预置数输入端P0P3 上的数据被置入计数器。MR是高电平有效的复位端，MR=1 时，计数器被复位，所有输出端都为低电平。CPU 是加计数时钟，CPD 是减计数时钟，当CPU=CPD=1 时，计数器处于保持状态，不计数。当

14、CPD=1，CPU 由0变为1时，计数器的计数值加1；当CPU=1，CPD 由0变1时，计数器的计数值减1。TCU 是进位输出端，当加计数器达到最大计数值时，即达到9 时，TCU 在后半个时钟周期（CPU=0）内变成低电平，其他情况均为高电平。TCU 是借位输出端，当减计数器计到零时，TCD在时钟的后半个周期（CPD=0）内变成低电平，其他情况下均为高电平。为实现100 进制的计数可把第一块芯片的TCU，TCD 分别接后一级的CPU，CPD 就可以级联使用，这就达到了099 的计数。1.2操作方式当单刀双掷开关向上时，计数器为加计数器，点击电路左上方按钮，即开始计数；当单刀双掷开关向下时，计数

15、器为减计数器，点击电路左上方按钮，即开始计数。2 数字显示电路的设计由于在multisim中四输入的七段显示器已经带有译码器功能，所以在本部分电路设计中，直接将计数器连接到显示器上，省去了译码器的加入。高位连接计数器的高位，低位连接计数器的地位。Multisim仿真如下：三、D/A 转换电路（数模转换器）的设计Multisim仿真如下：工作原理：在multsim中，我选用了VDAC元件进行数模转换，其功能为V0=（1/256）×（D1×1+D2×2+D3×4+D4×8）×2,此处，设置高位基准电压为-128V，地位基准电压为-12.8

16、V，则反相运用加法计数器，则能得到数字信号转换所对应的模拟电压值。四、反相求和电路Multisim仿真如下：反相求和电路的公式为 -V0=(Vi1×R1/R)+(Vi2×R2/R)此处运用反相求和电路，是由于两数字信号所转换出的信号是高低位不同的信号，需要运用反相求和电路按比例进行叠加。五、调整输出的设计Multisim仿真电路如下：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。数控电源各部分工作所需的±15V 和±5V 电源由固定集成稳压器7815、

17、7915、和7805 提供，调整管所需输入电压，经简单整流，滤波即可得到，但要求能提供5A 的电流。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，把输出电压反馈到放大器的输入级的反向输入端，当同相输入和反向输入端I有差别是，调整输出电压使之趋于稳定，从而达到调整输出电压的目的。五、改进措施本电源输出电压大小尚受限制，在需要较高输出电压时，在不改变调节精度（即步进电压值）前提下，只要增加计数器的级联数和相应D/A 转换器的个数，扩大数显指示范围，配合选用高电压输出运放，就能轻易地满足要求。当需要正负对称输出电压时，只要另增一组电源，对D/A 转

18、换器及调整输出电路稍作改动即可达到目的。六、本设计总体图运行结果测试：当使显示器显示为99时，意思是9.9V，在输出端接入电压表测试得9.893V，误差小于0.1V，符合要求。调整开关，当显示器显示电压从2.4V到2.5V时，电压输出有效值也突变为2.5V，但通过示波器的观测，可知由于调整电路的电压比较作用，使输出电压稳定于2.5V，左右，并逐渐接近，达到了稳压的作用。仿真结果如下：另外，单独对工作电流测试如下，约为5A，符合设计要求。心得体会：通过此次数显直流稳压电路设计，我对数控直流稳压电源的结构有了很深的理解，通过自己实际地设计和操作，也进一步熟悉了各种模拟和数字器件的功能和multis

19、im软件的基本功能，体会到了设计电子产品的过程和其深刻意义。由于本次设计我采用了四部分进行设计，所以在过程中我了解了用两片74LS192设计100进制计数器的电路结构，功能，以及其计数电路的原理，了解了这种电路的优点在于，本身为可逆进制芯片，对于数控的实现有了很大的基础性作用。另外，我的第二部分是显示器显示电路，此电路直接将四输入接口的七段显示器接在计数器上，与实际情况不同的是，在multisim中，这种显示器已经包含了译码器在内，故在电路中我避免了译码器的误用。第三部分是很熟悉的反相求和电路，由于两数字信号所转换出的信号是高低位不同的信号，需要运用反相求和电路按比例进行叠加。故此处我用到了此电路实现了功能。最后一部分是电压调整电路，根据比较器两端的电压对输出进行调整，达到稳压效果。另外达林管的使用是这部分电路的关键总的来说，通过此次数电课程设计，使我进一步巩固了学过的数电知识，提高了自身的动手能力，对以后进行专业课程的实验打下了基础。 致 谢经过两个多月的努力，我的毕业设计顺利完成了。在这里，我向所有指导过我的老师、帮助过我的同学和一直关心支持着我的家人，对他们表示深深的谢意。感谢我的指导老师李华老师。他严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益