一种可调式数字直流稳压电源的设计文档格式.docx
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e:
具有过流以及短路保护功能
三:
发挥部分
(1)扩充功能
短路排除故障后,自动恢复为正常状态
短路保护
过热保护
(2)扩大输出电压调节范围
(3)用数字显示输出电压
摘要:
在业余条件下进行电子制作,拥有一个可调节输出电压的稳压电源是非常有用的,市面上所售的成品可调稳压电源价格一般都在百元以上,外表看上去是挺好看的,但对于业余电子爱好者来说,实用是最主要的。
本文介绍的这款可调稳压电源,输出电压范围为9到12V,最大输电流为1A,这些参数对于业余制作中的调试用电源基本能满足要求。
报告部分
一、方案认证与比较
在进行电路的设计过程中,我们采用的是模块化思想,将整个电路分成几个分立的模块来分析、制作,最后再进行组装、调试。
方案一:
采用单级开关电源,由220V交流整流后,经开关电源稳压输出,但是由于这种方式产生的直流电压纹波比较大,无法得到稳定的电压输出,不符合我们的要求。
方案二:
我们将从滤波电路输出的电压接到线性稳压电路(如下图所示)
线性稳压电路的输出值可调,为9~12V的直流输出。
此方案的优点是:
电路简单、很容易调试,但是效率比较低,其输入端一般为15V左右的电压,而输出只有9~12V,压降较大,功率损耗比较严重,无法实现效率≥40%的目的。
方案三:
以方案二为基础,在线性稳压电路前加入DC-DC变换器,采用脉宽调制(PWM)技术,并采用恒压差控制技术,如右图所示
在这种情况下,由DC-DC变换器来完成从不稳定的直流电压到稳定的直流电压的转变,由于采用脉宽调制技术和恒压差控制技术,使得线性稳压电路两端压差减小,电路消耗大幅度下降,解决了方案二重的效率低下的问题。
其次,由于使用脉宽调制技术,使得电路有了过流、过热、自动恢复等功能。
本电路从功能上分成五个模块,下面是对具体的电路模块进行的说明
1.交直流转换电路模块
本电路的目的在于从50HZ、220V的交流电压中得到直流电压。
电路如图所示
当输入220V交流电压时,首先通过变压器降至25V左右交流电压。
整流部分选用了全波桥式整流电路,输出为32V的直流电压。
2.DC-DC转换电路模块
使用此电路的目的在于最大限度地降低模块的功耗,同时,为下一级提供一个稳定的直流电压。
它的电路图如下:
DC-DC电路为有核心芯片TL494作控制的单端PWM降压型开关稳压电路。
图中R10与C5决定开关电源的开关频率。
电阻R8作为限流保护电阻用。
其片内误差放大器(EA1)的同相输入端(脚2)通过5.1千欧电阻(R7)接入反馈信号,从后级线性稳压电路得到分压。
开关管采用PNP型大功率晶体管。
工作原理:
在恒定频率的PWM通断中,控制开关通断状态的控制信号是通过一个控制电压UVOM与锯齿波相比较而产生的。
控制电压则是通过偏差(即实际输出电压与其整定值之间的差值)获得的。
锯齿波的峰值固定不变,其重复频率就是开关的通断频率。
在PWM控制中,这以频率保持不变,频率范围为几千赫到几百千赫。
当放大的偏差信号电平高于锯齿波的电平时,比较器输出高电平,这以高电平的控制信号导致开关导通,否则,开关处于关断状态。
当后级反馈电压高于TL494的基准电压5V时,片内误差放大器EA1输出电压增加,将导致外接晶体管T和TL494内部T1,T2管的导通时间变短,使输出电压下降到与基准电压基本相等,从而维持输出电压稳定,反之亦然。
参数计算:
由R10=39千欧,C5=0.01uF,得振荡频率fosc=28.2kHZ
为保证电流连续,电感取值不能太小,但也不能太大。
计算如下:
Lmin=[(UI-UO))/(2×
I0)]TON
=[(35-10)/(2×
1.5)]×
0.00002=167uH
C>
U0×
Toff/(8×
l×
f×
U0)
=15×
10×
0.000001/(8×
0.001×
30×
1000×
0.1)=6.25uF
Iop=ILP=[(UI-UO)/(2×
L)]×
0.00002+1.5=1.75A
3.线性稳压电路模块
本电路的目的是在第一级稳压的基础上实现线性高精度稳压,降低纹波,提高电压调整率和负载调整率,最终达到题目的指标要求。
原理如下图所示:
此电路继承了DC-DC变换器的输出电压。
在本电路中,首先输入电压在精密稳压源上产生一个稳定的参考电压,接到由运放组成的比较电路的正端输入脚。
输出电压经过电阻分压之后反馈至运放的负输入端。
运放的输出电压控制达林顿管的发射极电压,得到所需的高度稳定的直流电压。
参数计算:
U0=Uref×
(Rx+R5+R6)/(R5+R6)
RX=3千欧,R5=1千欧,Uref=6V,则
当R6=0.67千欧时U0=(2.5×
6)/(1+0.67)=9V
当R6=0.25千欧时U0=(2.5×
6)/(1+0.25)=12V
4.恒压差控制模块
在DC-DC转换电路和线性稳压电路间采用恒压差控制,即:
通过反馈,使DC-DC变换电路输出电压与线性稳压输出电压差值恒定,这样,既可保证线性稳压电路所需的电压差,又降低了线性稳压电路低压输出的损耗,提高稳压模块的整体效率。
而且,在整个模块输入电压发生较大幅度变化时也能够进行高精度的稳压,纹波也会因此大大降低。
在这一模块电路中,还接有软启动电路,在开关机时,对产生过冲现象有相当大程度上的抑制。
同时,通过控制DC-DC变换器的脉宽,可实现过热,过流保护。
这一部分的电路整合到了第3模块中
5显示模块:
为简化电路,显示模块使用了单片A/D转换集成电路(ICL7107),其中ICL7107是一块美国INTERSIL公司生产的三位半双积分式A/D转换器,采用双列直插式封装。
标准工作时的电压为+5V、-5V,芯片自动进行一系列的数值转换后,直接驱动共阳极LED数码显示管(该电路使用TOS-5101BR数码管),以BCD码方式在LED上显示,可显示3位测量电压,电压范围可精确到0.1%。
下图为数字显示电压表原理图:
芯片的33,34脚接基准电容,27,28,29脚组成积分电路。
38,39脚的电阻和电容共同构成IC内部振荡器的RC电路。
该电路的时钟频率为45KHZ。
30,31脚为模拟量输入端,两脚间的电容为输入滤波电容。
31脚外接的电阻为限流分压电阻。
该电路35脚接地,36脚作为基准电压输入,也称作定标系数调节电压,36脚电压至关重要。
我们可以通过公式
N=1000Vi/Vref+
来计算它的定标系数。
N表示数码管显示值,Vi表示31脚输入电压的变化值。
ICL7107的20脚为负极性指示。
(制作时ICL7107应使用IC插座,一切做好后再插IC).
附表:
所需元器件清单以及价格表
元件
参数值
C1(极性电容)
2.2uF
C11
0.01uF
C12
0.47u
C13
0.22u
C2C10
0.1u
C3
10uF
C4
0.001uF
C5C6
100uF
C7(极性电容)
C8(极性电容)
33uF
C9
100P
ICL7107S
L
1.0mH2A
NPN
MJE3055
9013
PNP
TIP32A
R1
0.47K
R11R20R21
1K
R16
0.1
R17
3K
R2R10
0.15K
R22
100K
R25
20K
R26
102K
R3
470K
R4R19R24
1M
R5R6R13R15
5.1K
R8
39K
R9R12
10K
TL431(两个)
TL494
变压器
AC220-AC25
发光二极管
绿色
共阳极数码管(3个)
TOS-5101BR
桥式整流器
LM324(1个)
二极管
MUL8100
仅供个人用于学习、研究;
不得用于商业用途。
notforcommercialuse.
Nurfü
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nlichenfü
rStudien,Forschung,zukommerziellenZweckenverwendetwerden.
Pourl'
é
tudeetlarechercheuniquementà
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- 一种 调式 数字 直流 稳压电源 设计