数控直流电源设计

数控直流电源设计报告

模拟电路部分

第一部分系统设计

1.1 设计题目及要求

1)当输入交流电压为220v±10%时，输出电压在3-13v可调；

2)额定电流为0.5A，且纹波不大于10mV；

3)使用按键设定电压，同时具有常用电平快速切换功能（3v、5v、6v、

9v、12v），设定后按键可锁定，防止误触；

4)显示设定电压和测量电压，显示精度为0.01v。

1.2 总体设计方案

1.2.1设计思路

题目要求制作一个简易的可编程直流稳压电源，而我负责的是基础部分，即是电源。而要使得家用交流220v电压变成v、5v、6v、9v、12v的直流电压必然要先经过变压器将电压变小，再经过整流电路、滤波电路和稳压电路才能得到稳定的之路电压。于是基本功能部分全部电路由四部分组成：整流电路、滤波电路、稳压电路、稳压值选择电路、芯片供电电源。

1.2.2设计方案及论证比较

一、整流电路

方案：

1. 半波整流电路，用一支二极管就能构成，简单易行。所用元件数量极少，但是它只利用了交流电压的半个周期，所以输出电压低，交流分量大，效率低。因此这种电路只适合用于整流电流较小，对纹波电压（脉动）要求不高的场合。

2.全波整流，采用单线桥式整流电路。由四只二极管构成，具有输出电压高、纹波电压小、变压器利用率高等优点。

综上所述，虽然单线桥式整流电路所用到的元件较多，但由于元件成本并不高，加之性能大大优于半波整流电路，故选择后者。

二、滤波电路

方案：

1. 电容滤波。在电路中，当有电压加到电容器两端的时候，便对电容器充电，把电能储存在电容器中；当外加电压失去（或降低）之后，电容器将把储存的电能再放出来。充电的时候，电容器两端的电压逐渐升高，直到接近充电电压；放电的时候，电容器两端的电压逐渐降低，直到完全消失。电容器的容量越大，负载电阻值越大，充电和放电所需要的时间越长。这种电容带两端电压不能突变的特性，正好可以用来承担滤波的任务。

2.电感滤波。利用电感对交流阻抗大而对直流用抗小的特点，可以用带铁芯的线圈做成滤波器。电磁滤波输出电压较低，相输出电压波动小，随负载变化也很小，适用于负载电流较大的场合。

3复式滤波。把电容按在负载并联支路，把电感或电阻接在串联支路，可以组成复式滤波器，又叫π型滤波器。由电磁与电容组成的LC滤波器，其滤波效能很高，几乎没有直流电压损失，适用于负载电流较大、要求纹波很小的场合。但是，这种滤波器由于电感体积和重量大（高频时可减小），比较笨重，成本也较高，一般情况下使用得不多。由电阻与电容组成的RC滤波器结构简单，能兼起降压、限流作用，滤波效能也较高，是最后用的一种滤波器。

综合考虑，由于实验室没有提供电感元件，而且电容滤波完全可以得到较好的

直流电压，且有电路简单，价格低廉的优势，

故应使用电容滤波的方法。

三、稳压电路

方案

1、使用LM78XX系列稳压芯片,即LM7809, LM7812, LM7815构成三路不同的稳压输出,电路简明

2、用一个LM317,与四个阻值不同的电阻输出不同的电压.

3、用运算放大器,与三个阻值不同的电阻输出不同的电压.

第一种方案的优点是各路电压相互独立,输出稳定,纹波较小,缺点是需要三个78XX芯片,成本太高,而第二种方案优点是成本较低,电路简单,缺点是输出受分压电阻的影响,温度变化时导致输出电压有所偏离.第三种方案纹波较大,输出相对不够稳定,输出电流受三极管放大倍数的影响,虽然可以通过达林顿连接增大输出电流,但是这样一来在负载较低时稳压控制难以实现.

综上所述,采用方案二为佳.

四、稳压值选择电路

方案：利用CD4052双四选一模拟开关进行选择。

五、芯片供电电源

方案：

1、电阻分压，用两个电阻分压。

2、用7805做开关电源5v辅助电源。

方案二做出的稳压效果较好，电路简明，成本低廉，故应用方案二

第二部分单元电路设计

2.1 整流电路

2.1.1整流电路工作原理及功能说明

单相桥式整流电路有四只二极管组成，利用二极管的单向导电性保证在变压器副边电压的整个周期内，负载上的电压和电流始终不变。

2.1.2整流电路元件选取与计算

使用全波整流电路

二极管选用

因为 IN4001耐压50V,电流1A;

IN4004耐压400V,电流1A;

IN4007耐压1000V,电流1A;

应用在电压比较低的电路里可以混用。而本电路中经过变压器后副变线圈电压约为十八伏特，故三者都可以使用，而考虑到成本问题应首先选用IN4001，应在实际制作中实验室只剩下IN4007，故选用IN4007代替。

3.1.2 工作原理和功能说明

2.2 滤波电路

2.2.1滤波电路工作原理及功能说明

交流电经过二极管整流之后，方向单一了，但是大小（电流强度）还是处在不断地变化之中。这种脉动直流一般是不能直接用来给无线电装供电的。要把脉动直流变成波形平滑的直流，还需要再做一番“填平取齐”的工作，这便是滤波。换句话说，滤波的任务，就是把整流器输出电压中的波动成分尽可能地减小，改造成接近恒稳的直流电。

2.2.2滤波电路元件的选取与计算

滤波电容的选择：

因为c1满足条件R L C1=T/2.

R L约为u/i即是12v/0.5A即24

C1=(3~5)*（2*0.003/2）*（1/24）=1250~2083uf

通过计算结合实际选取合适的参数，得C＝2200uF。

虽然2200uF得电容价格较高，但能够获得较好的滤波效果，加之实验室也能够提供，故选用之。而对于5v供电电源因其对纹波电压要求不高，故选用更经济的1000uf电容。

2.3 稳压电路

2.3.1稳压电路及其工作原理或功能说明

利用lm317产生稳定的电压，根据串联电阻分压原理，得Uo=（1+R1/R2）*U，可得到稳定的输出电压，为了减少电阻上的纹波电路要串联上一个电容c2。但是，在输出开路时，电容c2将向稳压器调整端放电，并使调整管发射结反偏，为了保护稳压器，可加二极管D，提供一个放电回路。C3容量较大时，一旦输入端断开，就将从稳压器的输出端向稳压管放电，易使稳压器损坏。因此要跨接一个二极管，起保护作用。