数控档位直流稳压电源课程设计报告

广西民族大学课程设计报告设计题目：数控档位直流稳压电源目录1任务指标…………22方案选择…………23被选方案原理图及阐述………..154制作调试要点…………………..215数据分析………..226结论……………...241任务指标

在220V交流（交流电压在变化范围是-15%~+15%，即187~253V）输入下，输出范围为3~15V的可调稳压电源，分为八个档位，分别为可调档范围包括（3V~15V）可调档、第一档3V档、第二档4.5V档、第三档5V档、第四档6V档、第五档9V档、第六档12V档、第七档15V档,并用数字控制的方式来调节档位。2方案选择（1）首先先了解下电源的种类：可分为A线性电源B开关电源。那做哪类呢，下面比较它们优缺点在做选择。A线性电源（Linearpowersupply）是先将交流电经过变压器降低电压幅值，再经过整流电路整流后，得到脉冲直流电，后经滤波得到带有微小波纹电压的直流电压。要达到高精度的直流电压，必须经过稳压电路进行稳压。线性电源与开关电源对比:线性电源的电压反馈电路是工作在线性状态，开关电源是指用于电压调整的管子工作在饱和和截至区即开关状态的。线性电源一般是将输出电压取样然后与参考电压送入比较电压放大器，此电压放大器的输出作为电压调整管的输入，用以控制调整管使其结电压随输入的变化而变化，从而调整其输出电压，但开关电源是通过改变调整管的开和关的时间即占空比来改变输出电压的！从其主要特点上看：线性电源技术很成熟，制作成本较低，可以达到很高的稳定度，波纹也很小，而且没有开关电源具有的干扰与噪音，但其体积相对开关电源来说，比较庞大，且输入电压范围要求高；而开关电源与之相反。归纳：线性电源：三极管工作在放大状态，性能最好，无谐波，但是效率低开关电源：工作在截止和饱和导通状态，但是性能不好，有噪音。本次我们选择线性电源。线性电源一般原理框图如下：图2-1（2）整流滤波方案我们用的是哪种变压器呢？根据我们的变压器选择合适的整流方案。一般来讲分为半波和全波整流整流。常见整流电路如图2-2图2-3图2-4所示：图2-2图2-3图2-4图2-4所示的整流方案效率低，一般不用。由于本次课程设计变压器为双20V供电，可以选用图2-2所示整流方案如图2-2所示的电解电容需多大呢。容量和耐压需足够大。大于交流电压输入的最大值。耐压>20X也就是需大于35V，比较接近实验室常用的耐压50V的电解电容。我认为C大小应为20000uF/R，R为等效电阻，输入为20XV约为28V，电流取1.5A~3A，R=28/3,约为9，所以C最小20000/9，约为2222，所以为性能和安全考虑，取规格为4700Uf。有了整流滤波方案了，紧接着探讨电源调整方案。电源调整方案如图2-52-62-7所示：图2-5图2-6图2-7鉴于本次课程设计实验条件，选择图2-5所示的用LM317方案比较合适。当我们选择了如图2-5所示的电路进行电源调整后，又如何调整输出电压呢？又如何实现档位的转换呢？可有如下方案如图2-82-92-10：图2-8Vout=1.25X(1+R2/R1)此外还可以使用机械开关，和电子开关确定不同的R2，实现档位的调节。使用机械档位开关：图2-9使用电子开关：图2-10选用调整R2的器件有：A电位器B精调微调C其他本次课程设计使用电位器做第零档（3-15V）的R2，其他档位的实现可用精调微调。方案到了这里模拟板已经呼之欲出了，可是如何实现数控呢，为了电路简单可靠，可选用一种芯片单8通道数字控制模拟电子开关HCF4051,和十进制可逆计数器74LS192搭配实现档位转换与开关导通。可用复位开关实现产生上升沿脉冲，触发74ls192进行加减计数，输出可接到4051的输入端，4051可根据输入不同的高低电平实现选择导通。在这里要注意4051有一定的内阻。这样数控板大概也出来了。由于模拟板上面的芯片需要供给5V左右的电压才能正常工作。所以考虑模拟板上面设计一个可以实现5V稳压输出的电路。7805正常输出5V的所需的工作电压正好满足我们所用的变压器的独立输出经过整流后的电压，这样就考虑使用7805进行电源调整，整流可使用圆形整流桥。还有几个值得注意重要参数：变压器电压调整率额定输出电压:变压器原副边绕组存在着铜阻，当变压器处于室温状态不工作时，绕组没有温升，铜阻也较小。让变压器处于设计时的工作环境下，给其加电让其工作，由于铜阻的存在，绕组将消耗一定的功率而发热，绕组的温度将升高。温度的升高使得铜阻增大，绕组的温度将进一步升高。如果变压器的设计是合理的，用户使用的环境是符合要求的，则经过一段时间(通常要2小时)，变压器达到一定的热态后，铜阻不再增加，绕组的温度将不再升高，此时变压器的输出电压为U，这一电压即为额定电压。额定输出电压定义为：变压器在设计的环境温度和负载条件下并处于稳态时的输出电压。室温下给变压器带上相同的负载时，输出电压比额定电压要高，所以室温下测量的输出电压不是额定电压。电压调整率：电压调整率定义为：当输入电压不变，负载电流从零变化到额定值时，输出电压的相对变化，通常用百分数表示。dU=(Uo-U)/UoUo:空载时输出电压U:变压器热平衡后的满载电压，即设计电压。显然，电压调整率只是对所设计的额定负载而言的，不随负载的改变而改变，换句话说，设计时只考虑额定负载状态那个点。当负载轻时(小于额定负载)，输出电压高于设计值，负载重时，输出电压低于设计值。电压调整率的确定：不同的负载对dU有不同的要求。对稳压要求不高或者负载较轻的使用场合，如普通的电子电路，dU可取大些，以降低成本，但最大不要超过30%。对有稳压要求的场合，dU应小些，因为dU越大，加载瞬间输出电流与稳态时输出电流差值越大，这对没有稳压控制而又要求电流恒定的器件来说非常不利，如示波器、显像管灯丝。为保证它们的寿命，为其供电的变压器的dU值应小于10%。如果你还不能确定，对于小功率变压器，可根据功率从下表中选择。功率调整率<15W30%15—35W30%—20%35W—100W20%—10%当功率较大或输出电流较大时，调整率还要小，否则线包的温度将超过设计温度，时间一长，就会使变压器烧毁。电压调整率较大时，可以用较小的铁心达到较大的功率，降低成本，代价是电性能变差。空载时电压的升高：负载较轻或空载时，副边电压将升高，下表给出了典型值的升高百分比。dU0.7I0.5I0.3I空载30%+10+17+26+4320%+6.1+11.1+16+2510%+8+5.1+6.6+115%+1.1+2.5+3.2+5.3由上可见，电压调整率是变压器的一个重要指标，在变压器设计中起着重要的制约作用且不可省略。当你没有提供时，变压器生产企业用的是默认值。3被选方案原理图及其阐述：这样模拟板和数控板就大致设计出了。模拟板电路图如图3-1，数控板如图3-2。图3-1图3-2模拟板的电路原理图的原理阐述：变压器输出经过二极管D1和D2整流后，电压变为直流电压，电压为20V，有经过退耦电容C1C2和C4C5后被滤波退耦。C3在电路中构成积分电路，可以消除抖动。D3D4可以对LM317起到保护作用。经过LM317后Vout=1.25X(1+R2/R1)经过理论计算和实践检验，图3-1中的R2取480欧姆，可以完成设计的任务。D5LED是电源指示灯，经过电阻R1到地，由于D5正端电压约为28V，发光LED发光正常约为2-3mA，所以R1可以接10K。有效值独立低电压输出经过圆桥D6进行桥式整流后，约为输入的1.2倍，这样的话7805的输入电压高于7V小于20V，是7805输出为5V的直流电压的要求的范围内，7805输出为5V,这里同样需要退耦电容C6C7C8C9滤波退耦最后输出较为满意的稳定5V输出。输出供给如图3-2所示的数控板上的4051和192所用芯片用。数控板部分原理阐述：如图3-2所示电源与复位开关及电阻可组合产生触发192的上升沿脉冲。为了方便论述引入了192的管脚图，如3-3所示。图3-3我们想用的是192的加减计数功能实现档位切换，根据192的功能表图3-23-3所示的加减功能（countup,countdown）的功能需要MR接低电平PL接高电平，由于只有8个档位，所以计数至1000时应当清零，所以可以将Q3脚与CLR接在一起，并且为了稳定可下拉电阻到地，当计数至1000时实现清零，所以它只有00000001001000110100010101100111八个档位，到1000时马上变为0000，很巧妙。192的Q0Q1Q2脚接入4051的输入，根据输入，4051响应的选通。例如CBA输入为000时13号脚通也就是第零档通，001时14号脚导通也就是第一档通，直到0111时第七档通。图3-2图3-34051的管脚及功能表如下图图3-4所示：图3-4根据我们需要的功能，678脚接地，3脚接+5V131415121524分别接零1234567档的电位器和经调微调。电位器另一端接模拟板的调整端。192和4051的16脚接模拟板+5V输出端4051的输入端可接入退耦电容C1C5进行退耦滤波。4制作与调试要点：A制作1根据设计的电路，用protel进行原理图设计和PCB的绘制。2根据设计的PCB的实际大小，锯电路板。3用砂纸轻轻清理电路板铜膜的污渍。4用热转印法讲PCB图打印在转印纸上5将电路板的铜膜面整齐的贴在转印纸上，对齐keepoutlayer的线。并包好。包好后确认keepoutlayer的线与板子的边缘对齐。6用电熨斗熨，确保温度要达到要求，这里取最高温熨麻的温度，熨至转印纸上的墨完全印在了电路板的铜模上。7拿去腐蚀。这里用的是高锰酸钾，双氧水和水按约为1:1:1配置的腐蚀液里面进行腐蚀。待暴露的铜膜完全腐蚀掉后，用筷子夹出电路板，用并用清水冲洗干净。8在钻孔机上打焊孔。9再次用砂纸小心清理干净电路板上的墨迹，10在电路板上用天那水棉球蘸取松香均匀涂抹在电路板铜膜的那一面上。再用吹风筒吹干松香里面水成分，促进松香凝固。11在电路板上焊接元器件。12成板做完模拟板和数控板后拿去测试检测0档是否最大大于15V最小小于1.5V并调整精调微调，使得第一档输出3V第二档输出4.5V，第三档5V，第四档6V，第五档9V第六档12V第七档15V。5数据分析：1接负载为18.1欧姆，用万用表UT51进行测试数据如下档位U测档位U测01.30-19.5046.0012.9959.0124.50612.0135.01715.01还是负载是18.1欧姆用UT39A测试结果如下：档位U测档位U测01.30-19.5046.0113.0159.0024.50612.0035.01715.00测试结果与万用表UT51测得结果大致相等。用另外一只UT51测量，结果也大致相等。2接负载为测量值为14.6欧姆的负载测得输出电压结果如下：档位U测档位U测伏特01.30-19.0046.0113.0159.0024.50611.9835.01714.96用另一只万用表测量结果如下：档位