(整理)简易数控直流稳压电源设计

1 引言
随着对系统更高效率和更低功耗的需求，电信与通信设备的技术更新推动电源行业中直流/直流电源转换器向更高灵活性和智能化方向发展。

整流系统由以前的分立元件和集成电路控制发展为微机控制，从而使直流电源智能化，具有遥测、遥信、遥控的三遥功能，基本实现了直流电源的无人值守设计的直流稳压电源主要由单片机系统、键盘、数码管显示器、指示灯及报警电路、检测电路、D/A 转换电路、直流稳压电路等几部分，直流稳压电源是最常用的仪器设备。

2 简易数控直流稳压电源设计
2.1 设计任务和要求
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。

基本要求如下：
1．输出直流电压调节范围3~15V，纹波小于10mV
2．输出电流为止500m A.
3．稳压系数小于0.2。

4．直流电源内阻小于0.5Ω。

5．输出直流电压能步进调节，步进值为1V。

6．由“+”、“-”两键分别控制输出电压步进增的减。

2.2 设计方案
根据设计任务要求，数控直流稳压电源的工作原理框图如图1所示。

主要包括三大部分：数字控制部分、D/A变换器及可调稳压电源。

数字控制部分用+、-按键控制一可逆二进制计数器，二进制计数器的输出输入到D/A变换器，经D/A变换器转换成相应的电压，此电压经过放大到合适的电压值后，去控制稳压电源的输出，使稳压电源的输出电压以1V的步进值增或减。

图1简易数控直流稳压电源框图
2.3 电路设计
2.3.1 整流、滤波电路设计
首先确定整流电路结构为桥式电路；滤波选用电容滤波。

电路如图2所示。

图2 整流滤波电路
电路的输出电压U I 应满足下式：U ≥U omax +（U I -U O ）min+△U I
式中，U omax 为稳压电源输出最大值；（U I -U O ）min 为集成稳压器输入输出最小电压差；U RIP 为滤波器输出电压的纹波电压值（一般取U O 、（U I -U O ）min 之和的确良10%）；△U I 为电网波动引起的输入电压的变化（一般取U O 、（U I -U O ）min 、U RIP 之和的10%）。

对于集成三端稳压器，当（U I -U O ）min=2~10V 时，具有较好的稳压特性。

故滤波器输出电压值：U I ≥15+3+1.8+1.98≥22(V),取UI=22V.根据UI 可确定变压器次级电压 U 2。

U 2=U I / 1.1～1.2≈(20V)
在桥式整流电路中，变压器，变压器次级电流与滤波器输出 电流的关系为：Ｉ2=(1.5～2)I I ≈(1.5～2)I O =1.5×0.5=0.75(A).取变压器的效率η＝0.8,则变压器的容量为
P=U 2I 2/η=20×0.75/0.8=18.75(W) 选择容量为20W 的变压器。

因为流过桥式电路中每只整流三极管的电流为
I D =1∕2I max =1/2I Omax =1/2×0.5=0.25(A) 每只整流二极管承受的最大反向电压为
)(31%)101(202max 2V U U RM ≈+⨯⨯==
选用三极管IN4001，其参数为：I D =1A ，U RM =100V 。

可见能满足要求。

一般滤波电容的设计原则是，取其放电时间常数R L C 是其充电周期的确2～5倍。

对于桥式整流电路，滤波电容C 的充电周期等于交流周期的一半，即
R
L
C≥（2～5）T/2=2～5/2f,
由于ω＝2πf,故ωR
L C≥(2～5)π,取ωR
L
C＝3π则 C=3π/ωR
L
其中R
L =U
I
/I
I
，所以滤波电容容量为C＝3πI
I
/2πfU
I
＝(3π×0.5)/ 2π
×50×22＝0.681×103(μF)
取C=1000µF。

电容耐压值应考虑电网电压最高、负载电流最小时的情况。

U Cmax =1.1×2U
2max
=1.1×2×20≈31.1(V)
综合考虑波电容可选择C=1000µF，50V的电解电容。

另外为了滤除高频干扰和改善电源的动态特性，一般在滤波电容两端并联一个0.01～0.1µF的高频瓷片电容。

2.3.2 D/A变换器
D/A变换器设计若要使UIN步进变化，则需要一数模转换器完成。

电路如图4所示。

图4 D/A 转换器电路
该电路的输入信号接四位二进制计数器的输出端，设计数器输出高电
平为U
H ≈+5V，输出低电平U
L
≈0V。

则输出电压表达式为
U o1=-R
f
〔U
H
/8R·D
+U
H
/4R·D
1
+U
H
/2R·D
2
+U
H
/R·D
3
〕
=-R
f U
H
/23R〔23D
3
+22D
2
+21D
1
+20D
〕
设U
o2=-U
o1
(U
IN
).当D
3
D
2
D
1
D
(Q
3
Q
2
Q
1
Q
)=1111时,要求U
IN
=12V，即：
12=R
f U
H
/23R×15
当U
H =5V时，R
f
=1.28R.取R=20KΩ,R
f
由 20KΩ电阻和电阻3.5KΩ电位
器串联组成。

2.3.3 可调稳压电路设计
为了满足稳压电源最大输出电流500mA的要求，可调稳压电路选用三端集成稳压器CW7805，该稳压器的最大输出电流可达 1.5A，稳压系数、输出电阻、纹波大小等性能指标均能满足设计要求。

要使稳压电源能在5～15V之间调节，可采用图3所示电路。

图 3 可调稳压电路
设运算放大器为理想器件，所以UN≈UP。

又因为
UP=（R2/R1+R2）UIN，UN=（U0-R3/R3+R4）×3
所以，输出电压满足关系式
U0=UNI·（R·/R1+R2）+（R3/R3+R4）×3
令R1=R4=0，R2=R3=1KΩ。

则U0=UIN+3。

由此可见，U0与Uin之间成线性关系，当UIN变化时，输出电压也相应改变。

若要求输出电压步进增或减，UIN步进增或减即可。

2.3.4 数字控制电路设计
数字控制电路的核心是可逆二进制计数器。

74LS193就是双时钟4位二进制同步可逆计数器。

计数器数字输出的加/减控制是由“+”、“-”两面三刀按键组成，按下“+”或“-”键，产生的输入脉冲输入到处74LS193的CP+或CP-端，以便控制74LS193的输出是作加计数还是作减计数。

为了消除按键的抖动脉冲，引起输出的误动作，分别在“+”、“-”控制口接入了由双集成单稳态触发器CD4538组成的单脉冲发生器。

每当按一次按键时，输出一个100ms 左右的单脉冲。

电路如图5所示。

74LS193及CD4538的功能表请查阅有关资料。

图5 可逆二进制计数器
2.3.5 辅助电源设计
要完成D/A转换及可调稳压器的正常工作，运算放大器LM324必须要求正、负双电源供电。

现选择±15V供电电源。

数字控制电路要求5V电源，可选择CW7805集成三端稳压器实现。

辅助电源原理图如图6所示。

图6 辅助电源电路图
2.4 调试要点
2.4.1 辅助电源的安装调试
在安装元件之前，尤其要注意电容元件的极性，注意三端稳压器的各端子的功能及电路的连接。

检查正确无误后，加入交流电源，测量各输出端直流电压值。

2.4.2 单脉冲及计数器调试
加入5V电源，用万用表测量计数器输出端子，分别按动“+”键和“-”
键，观察计数器的状态变化。

2.4.3 D/A变换器电路调试
将计数器的输出端Q3～Q0分别接到D/A转换器的数字输入端D3～D0，当Q3～Q0=0000时，调节RW1，使运算放大器输出UO2=0V当Q3～Q0=1111时，调节10KΩ电位器，使U02=10V。

2.4.4 可调稳压电源部分调试
将电路联接好，在运算放大器同相输入端加入一0～10v的直流电压，观察输出稳压值的变化情况。

将上述各部分电路调节器试好后，将整个系统连接起来。

2.5总电路图
3 元件清单
4 心得体会
通过本次的课程设计，我们综合应用课本理论解决实际问题的能力得到了提高；我觉得课程设计对我们的帮助很大，它需要我们将学过的理论知识与实际情况的联系起来，加强我们对学过的知识的实际应用能力。

在这次课程设计过程中，我遇到了几个自己不能解决的问题，通过老师和同学的帮助最终把问题解决，因此，我发现自己的电子知识还是有限的，而且我们所学的理论知识是很有用的，没有坚实的知识基础，是不可能完成设计的。

在设计的过程中还培养了我们的团队精神，同学们共同协作，解决了许多人无法解决的问题，在今后的学习过程中我们会更加团结和努力。

调频TDA7088集成电路应用
核心器件是一块TDA7088集成电路、调频收音机中从天线接收、振荡器、混频器、AFC(频率自动控制)电路、中频放大器(中频频率为70kHz)、中频限幅器、中频滤波器、鉴频器、低频静噪电路、音频输出等全部功能。

自动搜索调频收音机与普通调频收音机的主要区别就在于它们的调台方式不同。

自动搜索调频收音机采用电调谐方式选择电台，省去了可变电容器，设置了“搜索”和“复位”两个轻触式按钮。

使用时只要按下搜索按钮，收音机就会自动搜索电台，当它搜索到一个电台后，会准确地调谐并停止下来。

如果想换一个电台，只需再次按下搜索按钮，收音机就会继续向频率高端搜索电台。

当调谐到频率最高端后，就需要按下复位按钮，让收音机本振频率回到最低端才能重新开始搜索电台。

这种自动搜索调频收音机使用方便，调谐准确，由于不使用可变电容器，所以使用寿命长(可变电容器容易损坏)，它的缺点是没有频率指示。

一、电路的工作原理
图1是自动搜索调频收音机的电原理图。

其核心器件是一块TDA7088集成电路，这块集成电路中包含了调频收音机中从天线接收、振荡器、混频器、AFC(频率自动控制)电路、中频放大器(中频频率为70kHz)、中频限幅器、中频滤波器、鉴频器、低频静噪电路、音频输出等全部功能，还专门设有搜索调谐电路、信号检测电路及频率锁定环路。

取代可变电容器的是变容二极管，它是一种特殊的二极管。

它的PN结电容随着PN结上的偏压(反向电压)变化而改变。

偏压增大，PN结变厚，PN结电容变小；偏压降低，PN 结变薄，则PN结电容增大。

因此改变PN结上的偏压，就可以改变PN结的电容。

电路中
变容二极管接在本机振荡电路上，就可以改变振荡频率。

因为集成电路中很难集成较大容量的电容器，所以集成电路外接的电容器较多。

TDA7088集成电路的1脚接的电容器C1为静噪电容；3脚外接环路滤波元件；6脚上的C4为中频反馈电容；7脚上的C5为低通电容器；8脚为中频输出端；9脚为中频输入端；{10}脚上的C7为中频限幅放大器的低通电容；{15}脚为搜索调谐输入端，C12为滤波电容器；{16}脚为电调谐、AFC输出端。

调频收音机的耳机线兼作天线，电台信号送入集成电路的第{11}脚和{12}脚，电感L2、电容器C8、C9、C10构成输入回路。

电路的频率由L1、C3及变容二极管VD1决定。

混频后产生的70kHz中频信号经集成电路内的中频放大器、中频限幅器、中频滤波器、鉴频器后变为音频信号，由集成电路的第2脚输出，送到音量电位器上，再由电容器C15送到由三极管VT1、VT2等组成的低频放大电路中进行放大，推动耳机发声。

连接耳机插座的电感器L3、L4是为了防止天线的信号被耳机旁路而设置的。

发光二极管和电阻器R6组成电源显示电路。

电容器C18和C19为电源滤波电路。

电容器C17是用来改善音质的。

二、电路的制作
图2是自动搜索调频收音机的元件安装示意图。

首先将16脚的双列微型扁平封装的集成电路TDA7088焊在电路板中的敷铜面上。

由于集成电路管脚间隙很小，焊接时一定要十分小心。

可先将集成电路的管脚和电路板上的焊点镀锡，把电烙铁头上的焊锡甩掉后，将集成电路对准电路板上的焊接处(集成电路的1脚处在耳机插座的一方)，用不带焊锡的电烙铁进行焊接。

其次将4根跨线、5只电阻器、2
只电感器焊到电路板上。

再依次将17只电容器、2只电解电容器、2只三极管、变容二极管、2只线圈、电位器、耳机插座、轻触开关、发光二极管焊到电路板上。

注意发光二极管的高低要与机壳相配合。

最后用导线连接电池接触片的正负极。

所有元器件安装好并检查无误后就可以进行调试。

电路不接耳机时的耗电约为7mA，最大音量收听时总耗电为15mA左右。

调整线圈L1的疏密程度来调整收音机接收频率的范围。

如果高频端的电台收不到，可以把线圈拉开一点；如果低频端的电台收不到，可以把线圈夹紧一点。

由于自动搜索调频收音机没有频率指示，所以可找一台普通调频收音机进行频率对比。

三、组装
首先把电池接触片装入外壳中。

再把两个按钮装入外壳，使两个按钮一个低些，一个高些，分别对应搜索按钮和复位按钮。

再将电路板装入外壳，并用螺丝固定。

最后装电位器的旋钮。