赵雷 数显式稳压电源Word文档下载推荐.docx
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目录
1、课程设计的题目
2、设计任务和基本要求
3、课程设计的原理框图
4、电路各部分的设计
5、稳压器主要性能指标
6、总电路图
7、设计的心得体会
8、元件清单
9、参考文献
1、设计课题:
数显式稳压电源
2、设计任务和基本要求:
1).电源电压0~10V可调,Iomax=100mA,纹波电压△Uop-p≤5mV稳压系数
Sv≤5×
2).数显部分
显示速度
秒;
显示位数
位;
显示绝对误差不超过0.1V。
3、数显稳压电源的组成原理框图
数显式稳压电源采用模数转换的方法将直流稳压源的输出电压以数字的形式显示出来。
它主要由三大部分组成:
直流稳压电源部分、A/D转换部分,如图6-2-1所示:
图6-2-1原理框图
4、电路各部分的分布设计
4.1直流稳压电源的设计
直流稳压电源的组成如图6-2-2所示,其中电源变压器,整流电路、滤波电路等部分的设计参见3.10,此处不作详细介绍。
下面着重介绍三端可调输出集成稳压器。
图6-2-2三端可调输出集成稳压器原理框图
电网电压
输出
三端可调输出集成稳压器是在三端固定输出集成稳压器的基础上发展起来的,集成片的输入电流几乎全部流到输出端,流到公共端的电流非常小,因此可以用少量的外部元件方便地组成精密可调的稳压电路,应用更灵活。
典型产品CW117/CW217/CW317系列为正电压输出,CW137/CW237/CW337为负电压输出。
同一系列的内部电路和工作原理基本相同,只是工作温度不同,如CW117/217/317的工作温度分别为-55°
C~150°
C,-25°
C,0°
C~125C°
根据输出电流的大小,每个系列又分别为L型(Io≤0.1A),M型(Io≤0.5A)。
如不标M或L的则表示Io≤1.5A,当输入电压在2~40V范围内变化
时,电路均能正常工
作CW117系列及CW137系列的引角排列如图6-2-3所示。
图6-2-4三端可调稳压器基本应用电路
图6-2-4为三端输出集成稳压器基本应用电路,D1用于防止输入短路时C4上存储的电荷产生很大的电流反向流入电流稳压器使之损坏。
D2用于防止输出短路时C2通过调整端放电而损坏稳压器。
R1,R2构成取样电路,调节R2可改变取样比,即可调节输出电压Uo的大小,
Uo=1.25×
(1+R2/R1)6-2-1
式中1.25V为基准电压UREF(输出端与调整端之间的电压)。
当R2=0时,Uo=1.25V,当R2=2.2kΩ时Uo=24V。
考虑到器件内部电路绝大部分静态工作电流IQ由输出端流出,为保证负载开路时电路工作正常,必须正确选择电阻R1。
实际应用中可选IQ=10mA,
R1=
Ω,取标称值120Ω。
若R1取值太大,会有一部分电流不能从输出端流出,影响内部电路正常工作,使输出电压偏高。
如果负载固定,R1也可取大一些,只要保证I+Io≥10mA即可。
图6-2-50~30V可调稳压电路
图6-2-5为CW317组成的输出电压0~30V连续可调的稳压电路。
R3、Dz组成稳压电路,使A点电位为-1.25V,这样当R2=0时,UA与UREF抵消,使Uo=0V.
4.2、A/D转换电路的设计
3
位双积分A/D转换器ICL7107是CMOS大规模集成电路芯片,其片内已经集成了模拟电路部分和数字电路部分,所以只要外接少量元件就成了模拟电路和数字电路部分,所以只要外接少量元件就可实现A/D转换。
4.2.1、芯片的内部电路结构及引脚功能
ICL7107内部电路含有模拟电路和数字电路两大部分,电路如图6-2-6所示
(a)模拟部分电路
(b)数字部分电路
图6-2-6
图6-2-7是ICL7107外封电路图,其引脚功能如下:
图6-2-7
1端:
U+=5V,电源正端。
26端:
U-=﹣5V
,电源负端。
19端:
ab4,千位数笔段驱动输出端,由于
位的计数满量程显示为“1999”,所以ab4输出端应接千位数显示器显示“1”字的b和c笔段。
20端:
POL,极性显示端(负显示),与千位数显示器的g笔段相连接(或另行设置的负极性笔段)。
当输入信号的电压极性为负时,负号显示,如“19.99”;
当输入信号的电压极性为正时,极性负号不显示如“19.99”。
21端:
BP,液晶显示器背电极,与正负电源的公共地端相连接。
27端:
INT,积分器输出端,外接积分电容
(一般取
=0.22
)。
28端:
BUFF,输入缓冲放大器的输出端,外接积分电阻
=47
29端:
AZ,积分器和比较器的反相输入端,接自校零电容
(取
=0.47
30、31端:
INLO、INHI,输入电压低、高端。
由于两端与高阻抗CMOS运算放大器相连接,可以忽略输入信号的注入电流,输入信号应经过1M
电阻和0.01
电容组成的滤波电路输入,以滤除干扰信号。
2~8端:
个位数显示器的笔段驱动输出端,各笔段输出端分别与个位数显示器对应的笔段a~g相连接。
9~14、25端:
十位数显示器的笔段驱动输出端,各笔段输出端分别与十位数显示器对应的笔段a~g相连接。
15~18、22~24端:
百位数显示器的笔段驱动输出端,各笔段输出端分别与百位数显示器对应的笔段a~g相连接。
32端:
COM,模拟公共电压设置端,一般与输入信号的负端,负基准电压端相接。
33、34端:
、
,基准电容负压、正压端,它被充电的电压在反相积分时,成为基准电压,通常取
=0.1
。
35、36端:
REFLO、REFHI,外接基准电压低、高位端,由电源电压分压得到。
37端:
TEST,数字地设置端及测试端,经过芯片内部的500
电阻与GND相连。
38、39、40端:
,产生时钟脉冲的振荡器的引出端,外接R1、C1元件。
振荡器主振频率
与R1C1的关系为
6-2-9
4.2.2、A/D转换器的工作过程
根据图6-2-6所示的ICL7107的内部电路结构,可以分析A/D转换的工作过程。
设其转换过程分三个阶段,即采样阶段、积分阶段和休止阶段,各阶段的工作过程如下:
a.采样阶段
在逻辑控制电路的作用下,设新的采样阶段开始。
参见图6-2-6(a),设开关SIN闭合,Saz1短开,被测信号Ux从IN+端输入,经缓冲器进行定时积分,设积分时间(或称采样时间)定为1000个时钟脉冲,如图6-2-8所示。
由式(3)可以求出积分器的输出电压Uo与计数脉冲的关系,即
Uo=
6-2-10
当N1=1000时定时积分阶段或称采样阶段结束。
图6-2-8ICL7107的工作波形
b.积分阶段
积分阶段是指积分器时基准电压UREF进行定值积分。
由于在休止阶段基准电容CREF已被充电(UREF=|UREF|),所以积分阶段一开始,对输入电压作极性判别后,基准电容有开关S+和S-接入缓冲放大器,使积分器进行反向定值积分,计数器开始计数。
由式6-2-7可求出定值积分阶段内,积分器的输出电压与计数脉冲N2的关系,即
6-2-11
当积分器的输出电压Uo回到初使状态时,定值积分阶段结束,设计数器的脉冲数N2=0~2000,如图6-2-8所示
c.休止阶段
休止阶段的任务是使信号输入端IN+与公共模拟端COM短接,积分器和比较器
的输出为零,基准电压对基准电容充电,这些都是通过控制开关SAZ1、SIN、S+、S-等完成的。
设完成该阶段的工作所需要的时间为1000~3000个时钟脉冲如图6-2-8所示。
以上三个阶段的工作波形如图6-2-8所示。
由图6-2-6(b)可见,计数器的时钟脉冲fcp是主振频率fosc÷
4分频后得到的,由式6-2-9得
6-2-12
ICL7107一次A/D转换经过三个阶段所需时钟脉冲数为N,则一次转换所需的时间为
T=N/fcp=4N/fosc
若取ICL7107的主振频率fox=45kHz.,即取R1=100kΩ,C1=100pF,N=4000.
则一次A/D转换所需的时间为
测量速度为
,即
参考电路如图6-2-9所示
图6-2-9A/D转换电路
4.2.3、A/D转换电路的调试方法
由7107构成的A/D转换电路调试比较简单主要调试工作为基本量程200mV时的基准电压
=100mV的调整,调整时,基准电压
=100mV的值要用
的数字电压表进行测量。
调试后对电路工作状态的检查步骤为:
a.零电压测量
将正输入端与负输入端短接,即将31、30脚短接,LED应显示“0000”;
b.基准电压的测量
将UIN+与UREF+(31与36脚)短接,读数应为“100.0±
1”。
c.显示器笔段的测试
将TEST与V+短接,即将37、1脚短接,LED应显示“1888”;
d.负号与溢出功能的检查
将正输入端与V-短接,即将31、26脚短接,应显示负号和显示千位的“1”字,而百、十、个位各段均不亮。
4.3、数字显示部分的设计
因为芯片ICL7107采用双电源供电,能输出较大的电流,适合于驱动发光二极管(LED)数码显示器,并且ICL7107芯片内部包括7段译码,可以用硬件译码的方法直接驱动发光二极管(LED)数码显示器,所以显示方式采用共阳极数码管LED显示引,脚图见6-2-11。
ICL7107没有专门的小数点驱动信号,使用时可将共阳极数码管的公共阳极接V+,小数点接GND时点亮,接V+时熄灭。
5、稳压器主要性能指标
5.1、输出电压与最大输出电流的测试
图6-2-12稳压电源性能指标的测试电路
测试电路如图所示,一般情况下,稳压器正常工作时,其输出电流I0要小于最大输出电流Imax,取I0=0.5A,可算出RL=18Ω,工作时RL上消耗的功率为PL=U0*I0=9*0.5=4.5W。
故RL取额定功率为5W,阻值为18Ω的电位器。
测试时,先使RL=18,交流输入电压为220V,用数字电压表测量的电压值就是U0,然后慢慢调小RL,直到U0下降5%,此时流过RL的电流就是Iomax,记下Iomax后,要马上调大RL的值,以减小稳压器的功耗。
5.2、稳压系数的测量
按图所示连接电路,在Ui=220V时,测出稳压电源的输出电压U0,然后调节自偶变压器,使输入电压Ui=242V,测出稳压电源对应的输出电压Uo1,再调节自偶变压器,使输入电压Ui=198V,测出稳压电源对应的输出电压Uo2,则稳压系数为
Sv=(ΔUo/Uo)/(ΔUi/Ui)=220/(242-198)*(Uo1-Uo2)/Uo
5.3、输出电阻的测量
保持稳压电源的输入电压为220V,在不接负载RL时,测出开路电压Uo1,此时Io1=0,然后接上负载RL,测出输出电压Uo2,和输出电流Io2,则输出电阻为
Ro=(Uo1-Uo2)/(Io1-Io2)=(Uo1-Uo2)/Io2
5.4、纹波电压的测量
用是示波器观察Uo的峰峰值,(此时Y通道输入信号采用交流耦合AC),测量ΔUop-p的值(约几mV)
6、总电路图
总电路图如下图所示,该电路图实现的便是符合要求的数显式稳压电源,电网电压通过该电路的电源变
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