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1、一种可调式数字直流稳压电一种可调式数字直流稳压电一种可调式数字直流稳压电一种可调式数字直流稳压电源的设计源的设计源的设计源的设计作者：周鼎，葛健，刘磊2006-5-22一任务设计并制作交流变换为直流的稳定电源。一、基本要求在输入电压 220V、50HZ、电压变换范围1520的条件下：a: 输出电压可调范围为9V12Vb: 最大输出电流为 1.5Ac: 纹波电压（峰峰值）=40%（输出电压 9V、输入电压 220V 下，满载）e: 具有过流以及短路保护功能三：发挥部分（1）扩充功能a:短路排除故障后，自动恢复为正常状态b:短路保护c: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
2、：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。报告部分报告部分一、一、方案认证与比较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：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
3、，无法得到稳定的电压输出，不符合我们的要求。方案二：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912V 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912V，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：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
4、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
5、 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
6、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，C50.01uF,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) )/(2I0)TON =(35-10)/(21.5)0.00002=1
7、67uH CU0Toff/(8lfU0) =15100.000001/(80.0013010000.1) =6.25uF Iop=ILP=(UI-UO)/(2L)0.00002+1.5=1.75A3.线性稳压电路模块线性稳压电路模块 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
8、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=(2.56)/(1+0.67)=9V当 R6=0.25 千欧时 U0=(2.56)/(1+0.25)=12V4.恒压差控制模块恒压差控制模块 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
9、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：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
10、 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
11、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）2.2uFC110.01uFC120.47uC130.22uC2 C100.1uC310uFC40.001uFC5 C6100uF C7(极性电容)100uF C8（极性电容）33uFC9100PICL7107S L1.0mH 2ANPNMJE3055NPN9013PNPTIP32AR10.47KR11 R20 R211KR160.1R173KR2 R100.15KR22100KR2520KR26102KR26102KR3470KR4 R19 R241MR5 R6 R13 R155.1KR839KR9 R1210K TL431(两个)TL494 变压器AC 220-AC 25 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
