数控直流稳压电源

教材：电子课程设计与工艺实习指导书宁波大学信息科学与工程学院编设计题数控直流稳压电源设计过程:电路图设计→组装→调试→写设计调试报告电路图设计：一、设计任务与要求1、设计任务设计并制作有一定输出电压调节范围和功能的数控直流稳压电源。2、基本要求1、输出直流电压调节范围0~15V，纹波小于20mV。2、输出电流0~500mA。3、稳压系数小于0.2。电路图设计：一、设计任务与要求4、输出直流电压能步进调节，步进值为1V。5、由“+”、“-”两键控制输出电压步进值的增或减。6、用数码管显示输出电压值，当输出电压为15V时，数码管显示为“15”。电路图设计：一、设计任务与要求1、直流稳压电源框图电源变压器整流电路滤波电路稳压电路+uO－~220V50Hz我们只对稳压电路部分进行设计，前三部分利用现成的实验室稳压电源。即uI=实验室稳压电源的输出电压+uI－电路图设计：二、设计的基本原理2、稳压电路工作原理采用串联型稳压电路，其原理图为R1R2RLDZR+－UIUO+－A电路图设计：二、设计的基本原理调整管取样电路比较放大器基准电压电路输出电压为：比较放大器7基准电压电路调整管R1取样电路R2RLDZR+-UIUO+-A122()NOUURRR121ZRUR122()PURRR电路图设计：二、设计的基本原理显然，UO与UZ成线性关系，若UZ是数控的，则UO就可以是数控的。故基准电源电路可用数控基准电源电路代替。3、数控基准电源数控基准电源的原理框图电路图设计：二、设计的基本原理单脉冲产生电路可逆计数器D/A转换电路译码显示电路基准电压输出U'O此处，U'O代替稳压管电压UZ。数控基准电源的工作原理电路图设计：二、设计的基本原理单脉冲产生电路可逆计数器D/A转换电路译码显示电路基准电压输出U'O+记数信号－记数信号产生记数的脉冲信号，实现电压步进值的增或减。“+”键控制步进增，“－”键控制步进减。对单脉冲产生电路的信号进行“+”或“－”计数，或从预置数端直接输入所需的数值。将计数器输出的数字量转换成模拟量U'O，控制稳压电源的输出。将计数器的输出译码，显示当前稳压电源的输出。三、具体设计㈠、总框图调整管比较放大器数控基准电源取样电路UORLUI++－－U'O单脉冲产生电路可逆计数器D/A转换电路译码显示电路基准电压输出U'O+记数信号－记数信号㈡、单元电路设计1、数控基准电源1、单脉冲产生电路单脉冲通常可以用按键产生，实际的电路有多种形式，可以由门电路构成，也可以由集成单脉冲触发器构成。GCR+VＣＣR单脉冲产生电路1+5VR-5VRG1G2G3单脉冲产生电路2三、具体设计单脉冲产生电路1（1）工作原理按键闭合：C充电，τ充=R1C按键断开：C放电，τ放=R2CG：施密特触发器，有VT+、VT-则uC与uO的波形为：VT+VT-ttuOuC即按键一下，输出一个负脉冲。注意：R1电阻必须有，否则电容C容易损坏。㈡、单元电路设计1、数控基准电源GCR1+VＣＣR2（2）R、C及VCC值估算VCC估算：必须UR2VT+VT+VT-ttuOuC㈡、单元电路设计1、数控基准电源GCR1+VＣＣR2VT+可根据选用的施密特触发器型号，从手册上查得。其值与施密特触发器的工作电源电压VDD有关。一般VDD、VCC取自同一个电源，根据实验室提供的稳压电源确定，如5V、10V、12V、15V等。2212RCCRUVRR因故12(1)CCTRVVR设：充电开始到uC=VT+所需时间为tW。则：2(0)0,(),()CCRCWTuuUutV故：1()(0)ln()()CCWCCWuutRCuut212lnRRTURCUV㈡、单元电路设计1、数控基准电源VT+VT-ttuOuCR、C估算：按键闭合后，必须能使电容C充电到VT+以上，从而使施密特触发器输出翻转。tW必须小于手按键时间。GCR1+VＣＣR2其中2212RCCRUVRRR、C估算：一般取C=0.1μF；查得VT+；由公式计算R1、R2（可取R1=R2）；单脉冲产生电路2可自己看指导书。212ln1RWRTUtRCmsUV设：手按键时间为1ms；则㈡、单元电路设计1、数控基准电源GCR1+VＣＣR22、可逆计数器可逆计数器可直接用74LS192/74LS193实现。为使D/A转换方便起见，选用十六进制的74LS193。①、74LS193逻辑符号及引脚功能74LS193减计数加计数异步置0端同步置数端借位进位㈡、单元电路设计1、数控基准电源②、与前后电路连接74LS193㈡、单元电路设计1、数控基准电源单脉冲产生电路RD接双掷开关。RD=1时，直接清0；RD=0时，正常工作。单脉冲产生电路“+”按键产生步进“－”按键产生步进分别接4个双掷开关用于置数分别接D/A转换器的4个输入端。LD接双掷开关。LD=1时，计数，实现步进；LD=0时，CP上升沿时刻置数：Q3Q2Q1Q0=D3D2D1D03、D/A转换电路D/A转换电路有多种型号，我们选用最常用的DAC0832D/A转换芯片为例，说明D/A转换电路的设计。①、内部结构㈡、单元电路设计1、数控基准电源&8位输入寄存器8位DAC寄存器8位D/A转换器&&VREFIout2Iout1RFAGNDVDDDGNDD7..D0ILE1WRCS2WRXFER㈡、单元电路设计1、数控基准电源&8位输入寄存器8位DAC寄存器8位D/A转换器&&VREFIout2Iout1RFAGNDVDDDGNDD7..D0ILE1WRCS2WRXFER数据输入端输入寄存器选通端DAC寄存器选通端模拟地电源5~15V数字地？ILE：信号允许端，高电平有效；CS：片选端，低电平有效；WR1：写输入端1，低电平有效。XFER：信号传送控制端，低电平有效；WR2：写输入端2，低电平有效。㈡、单元电路设计1、数控基准电源8位D/A转换器VREFIout2Iout1RFVREF：参考电压输入端，电压范围为±10V；Iout1：D/A转换器电流输出端，接外部运放的反相输入端；Iout2：D/A转换器电流输出端，接外部运放的同相输入端；RF：反馈电阻端，内部已有与倒T型网络匹配的电阻R。接外部运放的输出端。②、DAC0832基本工作方式双缓冲方式：两级寄存器均工作在输入锁存状态，即㈡、单元电路设计1、数控基准电源&8位输入寄存器8位DAC寄存器8位D/A转换器&&VREFIout2Iout1RFAGNDVDDDGNDD7..D0ILE1WRCS2WRXFERILE=0或CS=1或WR1=1WR2=1或XFER=1②、DAC0832基本工作方式单缓冲方式：一级寄存器锁存，另一级直通。㈡、单元电路设计1、数控基准电源&8位输入寄存器8位DAC寄存器8位D/A转换器&&VREFIout2Iout1RFAGNDVDDDGNDD7..D0ILE1WRCS2WRXFER②、DAC0832基本工作方式完全直通方式：两级寄存器均工作在直通状态，即㈡、单元电路设计1、数控基准电源&8位输入寄存器8位DAC寄存器8位D/A转换器&&VREFIout2Iout1RFAGNDVDDDGNDD7..D0ILE1WRCS2WRXFERILE=1CS=WR1=WR2=XFER=0③、D/A转换电路的连接及参数设置连接方式：采用完全直通方式。㈡、单元电路设计1、数控基准电源VDDILEVREFRFIOUT1IOUT2AGNDD7....D0XFERWRWRCS21－A＋DAC0832+5VU'o也可自选反馈电阻，接在UO与IOUT1之间。③、D/A转换电路的连接及参数设置VREF设置：㈡、单元电路设计1、数控基准电源VDDILEVREFRFIOUT1IOUT2AGNDD7....D0XFERWRWRCS21－A＋DAC0832+5VU'o8位D/A转换器的输出电压为：765076508(2222)2256REFREFOVVUddddD因计数器输出只有4位，只能接D/A转换器中D0~D7的4位，故输出电压与输入端的选择有关。㈡、单元电路设计1、数控基准电源若选低4位，则：32103210(2222)256REFOVUdddd步进值为：256REFOVU若取步进值为：2.56REFVV应取合适的VREF及步进值。考虑:10REFVV0.01OUV则应取若取步进值为：25.6REFVV0.1OUV则应取若选高4位，则：76547654(2222)256REFOVUdddd步进值为：4225616REFREFOVVU若取步进值为：0.16REFVV0.01OUV则应取若取步进值为：1.6REFVV0.1OUV则应取③、D/A转换电路的连接及参数设置数控基准电源输出电压范围：㈡、单元电路设计1、数控基准电源VDDILEVREFRFIOUT1IOUT2AGNDD7....D0XFERWRWRCS21－A＋DAC0832+5VU'o若选低4位，则：D=00000000~00001111150~256OREFUV765076508(2222)2256REFOREFVDUddddV因故若选高4位，则：D=00000000~11110000故2400~256OREFUV④、D/A转换电路的外接运放选取根据运放的最大输出电压、输出电流选择㈡、单元电路设计1、数控基准电源若选低4位max1515100.586256256OREFUVV运放的最大输出电压为：若选高4位max240240109.375256256OREFUVV㈡、单元电路设计1、数控基准电源若选低4位maxmax0.5860.056810OOUVImARK若选高4位运放的最大输出电流为：maxmax9.3750.937510OOUVImARK④、D/A转换电路的外接运放选取①、输入电压UI的确定㈡、单元电路设计2、稳压电路调整管比较放大器数控基准电源取样电路UORLUI++－－U'O由模电知识：ImmaxinOCESUUU因设计指标：max15OUV一般2CESUV故Im17inUV考虑电源电压波动10%，则：I0.917UV即I18.9UV取I20UV比较放大器7调整管R1取样电路R2RL+-UIUO+-A数控基准电源U'O②、调整管参数选择（三个极限参数）㈡、单元电路设计2、稳压电路调整管比较放大器数控基准电源取样电路UORLUI++－－U'O由模电知识：maxmax1maxmax500CERLLIIIIImA设计指标：max0~500LImAmaxImminI1.101.12022CEaxOUUUUVmaxmaxmax5002211CCCEPIUmAVW选管子，使max1.1CMCII0~15OUVmax1.1CEOCEUUmax1.1CMCPP注意管子类型，PNP还是NPN。比较放大器7调整管R1取样电路R2RL+-UIUO+-A数控基准电源U'O③、运放的选取㈡、单元电路设计2、稳压电路调整管比较放大器数控基准电源取样电路UORLUI++－－U'O运放输出电流：maxmax/500/LIImA放设计指标：max0~500LImAmmax150.715.7OaxBEUUUV放0~15OUV运放输出电压：运放电源电压：必须大于运放的输出电压。比较放大器7调整管R1取样电路R2RL+-UIUO+-A数控基准电源U'O㈡、单元电路设计2、稳压电路基准电源的运放要求：若选高4位显然，满足比较放大器的要求，就可以满足基准电源的要求，故运放可选用同一种。比较放大器7调整管R1取样电路R2RL+-UIUO+-A数控基准电源U'OVDDILEVREFRFIOUT1IOUT2AGNDD7....D0XFERWRWRCS21－A＋DA