七、电源设计设计制作报告

电源设计

作者：郑冰环陈兵赵晨

辅导教师：张为堂

摘要

本文设计制作了一个集稳压、稳流、DC-DC变换和变频于一体的高稳定电源。采用TL494组成的降压型DC-DC稳压电路和LM324组成的线性稳压电路组成稳压电路，LM324组成稳流电路，DC-DC变换电路由TL494和高频电压器构成，变频则由单片机控制，通过软件实现。采用LCD12864液晶显示主芯片温度和输出电压，数码管显示输出电流。本电源功能全面，输出稳定可调，在工业生活中具有很大用途。

关键字：稳压稳流DC-DC变换变频

一、引言

电源作为电路的能量来源，在电路中起着关键作用。设计并制作交流变换为直流的稳定电源并进行变频电源设计，要求如下：

（1）基础部分

①稳压电源。在输入电压220V、50Hz电压变化范围＋15%～－20%条件下：

a．输出电压可调范围为+9V～+12V

b．最大输出电流为1.5A

c．在输入电压220V变化范围＋15%～－20%下，空载到满载的电压调整率≤0.2%

d．最低输入电压下，满载的负载调整率≤1%

e．最低输入电压下，满载时，纹波电压（峰-峰值）≤5mV

f．输出电压9V、输入电压220V下，满载时，效率≥40%

g．具有过流及短路保护功能

②稳流电源。在输入电压固定为＋12V的条件下：

a．输出电流：4～20mA可调

b．输入电压＋12V、负载电阻由200Ω～300Ω变化时，负载调整率≤1%（输出电流为20mA）

③DC-DC变换器。在输入电压为+9V～+12V条件下：

a．输出电压为+100V，输出电流为10mA

b．输入电压变化范围+9V～+12V下，电压调整率≤1%

c．输入电压+12V下，空载到满载，负载调整率≤1%

d．输入电压+9V下，满载，纹波电压（峰-峰值）≤100mV

④对输出电压进行变频设计。使输出电压频率在（25hz～75hz之间变化），并能显示频率变化。

（2）发挥部分

①扩充功能

a．排除短路故障后，自动恢复为正常状态

b．过热保护

c．防止开、关机时产生的“过冲”

②提高稳压电源的技术指标

a．提高电压调整率和负载调整率

b．扩大输出电压调节范围和提高最大输出电流值

③改善DC-DC变换器

a．提高效率（在100V、100mA下）

b．提高输出电压

④用数字显示输出电压和输出电流。

二、方案设计

1.设计思路

在接入市电下，先制作稳压电源稳定输出电压范围在+9V～+12V；然后制作稳流电源，在稳定输入电压为+12V下，输出稳定电流范围4～20mA可调；第三步制作DC-DC变换器，在输入电压为+9V～+12V条件下，输出电压+100V，输出电流10mA；最后用单片机以软件实现变频设计。在稳压部分增加线性稳压模块可有效降低电压调整率和负载调整率，采用集成芯片可提供过流、过压保护。采用温度传感器结合软件实现过热保护。电源关键在于输出纹波尽量小，带负载能力尽量大，所以整个设计主要围绕这两方面进行。系统框图如下图1所示：

图1 总系统框架图

2.方案论证与选择

（1）稳压电源方案论证与选择

方案一：从滤波电路输出后，直接进入线性稳压电

路。系统框图如下图2所示。线性稳压电路输出值可

调，输出为+9V～+12V直流电压。这种方案优点在于：

电路简单，容易调试，但效率上难以保证，因为线性

稳压电路的输入端一般为15V左右的电压，而其输出

端只有9~12V，两端压降太大，功率损耗大，不利电路总效率。

方案二：以方案二为基础，在线性稳压电路的前端加入降压型DC-DC变换器，采用脉宽调制（PWM）技术和恒压差控制技术，系统框图如图3所示。在这种情况下，通过DC-DC变换器把不稳定的直流电压转变为稳定的直流电压，由于采用脉宽调制技术和恒压差控制，使得线性稳压电路两端压差减小，有效降低功耗。

另外，因为使用脉宽调制，很容易进行过流、过热和自保恢复。

图3 方案二系统框图

综合比较，方案二更加满足要求。

（2）稳流电源方案论证与选择

方案一：采用双运放构成恒流电路。这种方案利用运放构成一个深度负反馈电路，能够有效抑制外界干扰，使得恒流电源工作稳定性增强。

方案二：采用LM317集成芯片构成基准电压源。将LM317的3端与1端之间固定压降为1.25V，流经固定电阻后产生稳定电流。

综合比较，考虑LM317集成度非常高，不利于实行项目自我设计，因此选择方案二。

（3）DC-DC变换器方案论证与选择

方案一：采用Boost型DC-DC升压器。这种方案虽然容易实现，但是不适合自行设计，输出/输入电压比也太大，输出电压范围小，难以达到较高指标。

方案二：采用带变压器的开关电源。采用高频电压器，可以做到输出电压宽，开关频率和占空比合适。

（4）显示器的论证与选择

方案一：采用七段数码管显示。数码管，显示大亮度高，驱动部份的软件简单，但是耗电和功耗比较大。题目要求最高显示6位数码，对数码管而言硬件电路较复杂，还要显示万年历，因此数码管不适合完成此功能。

方案二：采用LCD12864液晶显示。12864是一种图形点阵液晶显示器,它主要由行驱动器/列驱动器及128×64全点阵液晶显示器组成。可完成图形显示，也可以显示8×4个(16×16点阵)汉字。具有很好的人机界面。

综合比较，考虑到需显示的量比较多，因此同时采用方案一和方案二。12864主要显示温度、输出电压和频率，数码管显示输出电流。

3.系统硬件电路设计

（1）整流滤波电路

整流滤波电路将220V/50Hz的交流电压转换成直流

电压。电路原理如图4所示。当输入为220V交流电压

时，首先通过变压器降至23V左右交流电压，整流部分

选用全波桥式整流电路形式，经电容滤波输出电压为

29V直流电压。

（2）稳压电源电路

PWM降压型开关稳压电路：采用集成芯片TL494为控制核心，其他由PNP型大功率开关管TIP32A、二极管MR850和LC低通滤波电路组成。电路原理图如下图5所示。TL494产生固定开关频率控制大功率开关管TIP32导通与断开，开关管导通期间，二极管MR850反偏，由输入提供能量给电感，同时提供能量给负载。当开关管断开时，电感电压使二极管导通，电感中存储的能量传送给负载。