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直流数控可调稳压电源的设计

发布时间:2008/8/22 0:00:00 访问次数:298

  0 引言

  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。一个低纹波、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。本设计给出的稳压电源的输出电压范围为0~18 v,额定工作电流为0.5 a,并具有"+"、"-"步进电压调节功能,其最小步进为0.05 v,纹波不大于10 mv,此外,还可用lcd液晶显示器显示其输出电压值。

  1系统硬件设计

  本系统由电源模块、调压模块、d/a转换模块、显示与键盘模块组成,图1所示是该直流数控稳压电源的结构原理框图。

  1.1系统电源模块

  在图1中,220 v市电经220 v/17.5 v变压器降压后得到的双17.5 v交流电压,经过一个全桥整流后可得到±21 v两路电压,其中一路+21 v电压供给调整管,作为电源对外输出,另一路经三端稳压器7815得到+15 v,再经过7805得到+5 v的电压。-21 v的电压则经三端稳压器mc7915得到-15 v电压,以作为系统本身的工作电源。

  1.2电压调整模块

  该稳压电源中的电压调整模块电路如图2所示。其中调整管采用复合管形式(由q1、q3组成),以实现大电流输出,由于该设计要求iomax=0.5 a,iomin=0 a,pm=(vimax-vomin)iomax=(18-0)×0.5=9 w,因此,本电路中的调整管可选tip41(其icmax=6 a>iomax=0.5 a;pcw=65 w>9 w,vceomax=100 v>18 v),当然,也可以选用2n5832。

  电路的比较放大采用运放ne5534来设计,该器件具有共模抑制比高,响应速度快和压摆率高的特点。设计时可由r10、r11a、r12组成分压取样电路,并要求r10/(r11a+r12)=1/4,即当输出电压存在△uo=0.05 v时,△ua=0.04 v,这与dac的输出(10/255=0.04v=1lsb)变化一致。事实上,经过dac转换以将电流转换为电压并进行电压放大后,即可将得到的10 v电压送比较器ne54534的同相端作为比较的基准电压。由于dac0832是8位的d/a转换器,故有255步进。由此,当cpu控制dac变化1lsb时,其对应va的变化为0.04 v,故uout的可调变化量为0.05 v(步长)。ne5534和q1、q3及取样电路构成的负反馈电路可实现调节输出电压的目的(稳压)。

  电路中的过流保护由r9与02完成。当io>0.7a时,vr9=r9io≥1×0.7=0.7 v,此时q2导通,并对调整管q3的基极分流,使tip41的导通电阻增大,输出电压降低,从而达到过流保护的目的。必要时,也可接入一红色发光二极管作为过流指示。该系统的短路保护采用保险管来完成。

  1.3 d/a转换模块

  本系统中的数模转换电路如图3所示。它由dac0832、两级低漂移的运放μa714及vref电路组成。dac0832和运放u3a将cpu发出的8位二进制数据转换成0~-5 v的电压,然后经运放u3b反向放大2倍,以得到0~10 v电压。因此,该dac的转换分辨率为10/(28-1)=0.04 v,即cpu输出给dac的数据变化为1 bit,dac输出电压的变化为0.04 v。vref电路为dac提供基准电压,调节r5a,可使基准电压保持为5 v。


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  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。一个低纹波、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。本设计给出的稳压电源的输出电压范围为0~18 v,额定工作电流为0.5 a,并具有"+"、"-"步进电压调节功能,其最小步进为0.05 v,纹波不大于10 mv,此外,还可用lcd液晶显示器显示其输出电压值。

  1系统硬件设计

  本系统由电源模块、调压模块、d/a转换模块、显示与键盘模块组成,图1所示是该直流数控稳压电源的结构原理框图。

  1.1系统电源模块

  在图1中,220 v市电经220 v/17.5 v变压器降压后得到的双17.5 v交流电压,经过一个全桥整流后可得到±21 v两路电压,其中一路+21 v电压供给调整管,作为电源对外输出,另一路经三端稳压器7815得到+15 v,再经过7805得到+5 v的电压。-21 v的电压则经三端稳压器mc7915得到-15 v电压,以作为系统本身的工作电源。

  1.2电压调整模块

  该稳压电源中的电压调整模块电路如图2所示。其中调整管采用复合管形式(由q1、q3组成),以实现大电流输出,由于该设计要求iomax=0.5 a,iomin=0 a,pm=(vimax-vomin)iomax=(18-0)×0.5=9 w,因此,本电路中的调整管可选tip41(其icmax=6 a>iomax=0.5 a;pcw=65 w>9 w,vceomax=100 v>18 v),当然,也可以选用2n5832。

  电路的比较放大采用运放ne5534来设计,该器件具有共模抑制比高,响应速度快和压摆率高的特点。设计时可由r10、r11a、r12组成分压取样电路,并要求r10/(r11a+r12)=1/4,即当输出电压存在△uo=0.05 v时,△ua=0.04 v,这与dac的输出(10/255=0.04v=1lsb)变化一致。事实上,经过dac转换以将电流转换为电压并进行电压放大后,即可将得到的10 v电压送比较器ne54534的同相端作为比较的基准电压。由于dac0832是8位的d/a转换器,故有255步进。由此,当cpu控制dac变化1lsb时,其对应va的变化为0.04 v,故uout的可调变化量为0.05 v(步长)。ne5534和q1、q3及取样电路构成的负反馈电路可实现调节输出电压的目的(稳压)。

  电路中的过流保护由r9与02完成。当io>0.7a时,vr9=r9io≥1×0.7=0.7 v,此时q2导通,并对调整管q3的基极分流,使tip41的导通电阻增大,输出电压降低,从而达到过流保护的目的。必要时,也可接入一红色发光二极管作为过流指示。该系统的短路保护采用保险管来完成。

  1.3 d/a转换模块

  本系统中的数模转换电路如图3所示。它由dac0832、两级低漂移的运放μa714及vref电路组成。dac0832和运放u3a将cpu发出的8位二进制数据转换成0~-5 v的电压,然后经运放u3b反向放大2倍,以得到0~10 v电压。因此,该dac的转换分辨率为10/(28-1)=0.04 v,即cpu输出给dac的数据变化为1 bit,dac输出电压的变化为0.04 v。vref电路为dac提供基准电压,调节r5a,可使基准电压保持为5 v。


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