可调步进数字稳压电源
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2.数码显示管仿真 按下“+”或“-”键，产生的输入脉冲输入到处 74LS193 的 CP+或 CP-端，控制数码管显 示输出，有仿真得，数码管可以在 2~9V 间步进显示。 3.三八译码器调试 按下“+”或“-”键，产生的输入脉冲输入到处 74LS193 的 CP+或 CP-端，控制三八译码 器选通，由多路示波器测得输出八个端口的电平高低，如下图所示
图 7 输入电阻设计
3．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“+”、“-”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。
电子课程设计
厦门大学
电子技术课程设计报告
设计课题： 数字稳压电源设计
专业班级： 学生姓名： 学生学号： 指导教师：
二○一零年七月五日
数字稳压电源设计
目录
一、概述.................................................................................................................3 二、设计目的..................................................................................... ...................3 三、设计要求.........................................................................................................3 四、方案设计与论证.............................................................................................3 五、设计原理及电路图.........................................................................................5 六、元器件清单.....................................................................................................13 七、硬件制作与调试.............................................................................................14 八、结论与心得.....................................................................................................15 九、参考文献.........................................................................................................16
整体电路图如下：
图 13 电压连续变化图
- 13 -
13
数字稳压电源设计
图 14 整体电路仿真图
六、元器件清单
元器件序号 T1 D3 U4 D1,D2 C1 C2 C3 C4，C5 R4 Q1~Q8 D4~D12 U8A~U15A
型号 NLT_PQ_4_16 3N259 LM317AH 1N1202C
- 10 -
10
1.辅助电源的仿真
数字稳压电源设计
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。辅助电源输出电压如
图 11 所示。
由调试结果可知，稳定后电压为 5.008V 左右，误差为 0.016％
图 11 辅助电源输出电压截图
图 1 分立元件串联反馈式稳压电源
这种方案所示电路结构简单，可用常用分立元器件，容易实现，技术成熟，完全能够达到技 术参数的要求，造价成本低。 方案二：采用 LM317 可调式三端稳压器电源能够连续输出可调的直流电压.原理图如图 2，它 能输出连续可调的正电压,稳压器内部含有过流,过热保护电路;由一个电阻(R)和一个可变电 位器(RP)组成电压输出调节电路,输出电压为:Vo=1.25(1+RP/R).由此可见此稳压器的性能和 稳压稳定都比上一个三端稳压电源要好。
-2-
2
数字稳压电源设计
数字稳压电源设计
一、概述
稳压电源是用电器必不可少的能源动力,其要求有较高的稳定性和实用性。通常中,一种 用电器相对于一定值电源电压,在相对于多种用电器中,一种多级供电电源可以用来备接交替 使用,会方便经济很多。在满足稳压电源的基本性能上,利用数字电路的快捷传输特性,将数字 技术应用到稳压电源中,实现其控制可调性。能在较宽的电源波动范围内稳定使用,适用于多 种电压范围调控,可设计有多种输出接口。该电源优点在于方便实用,且成本低廉,在低压用电 器中可以取代多种电源即一源多用,也适用于旅行携带。
图 6 可调稳压电路设计
LM317 的输出电压范围为 2～9V , 步进电压 1 V ,分为 8 挡输出,采用数码管显示挡位, 各挡输出电压可按公式
计算
RX 为 R1 ～ R8 , R0 取 205Ω, R1 取 120 Ω, R2 ～R8 取 160 Ω, RX 数值的变 化就使输出电压发生改变,输出电压范围是 2～9V ,步进值为 1V
图 9 数码管显示部分设计
4．辅助电源设计 要完成 D/A 转换及可调稳压器的正常工作，需要设计一个辅助电源可以输出 5V 电压，
供各芯片使用。 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所示。
图 10 辅助电源部分设计
（二）电路仿真
-6-
6
数字稳压电源设计
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 RLC≥（2～5）T/2=2～5/2f,
由于ω＝2πf,故ωRLC≥(2～5)π,取ωRLC＝3π则 C=3π/ωRL 其中 RL=UI/II，所以滤波电容容量为 C＝3πII/2πfUI＝(3π×0.5)/ 2π×50×15＝1.0 ×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。
，则输出电压应满足下式： U≥Uomax+（UI-UO）min+△UI
对于集成三端稳压器，当（UI-UO）min=2~10V 时，具有较好的稳压特性。故滤波器输出电 压值：UI≥9+3+1.2+1.32≥15(V),取 UI=15V. 根据 UI 可确定变压器次级电压 U2。 U2=UI/ 1.1～1.2≈(13V) （【2】童诗白 华成英.模拟电
图 5 整流滤波后电压图
2．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
LM317，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 2～9V 之间调节，电路如下图所示。
-7-
7
数字稳压电源设计
子技术基础）
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：Ｉ
2=(1.5～2)II≈(1.5～2)IO=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=U2I2/η=13×0.75/0.8=12.1875(W) 选择容量为 20W 的变压器。
一般滤波电容的设计原则是，取其放电时间常数 RLC 是其充电周期的确 2～5 倍。对于
-4-
4
数字稳压电源设计
图 2 基于 lm317 的三端稳压电源
综合考虑，采用第二种方案。
根据设计任务要求及方案二，数控直流稳压电源的工作原理框图如图 3 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。
四、方案设计论证
根据要求提出两个方案
方案一 采用分立元件实现：串联反馈式直流稳压电源
-3-
3
方案二 采用三端集成稳压电源实现
数字稳压电源设计
两方案的比较与论证
方案一论证：由电源变压器将电网 220V 的交流电压变换成整流滤波电路所需要的交流电压， 整流二极管组成单相桥式整流电路将交流电压变成脉动的直流电压，再经滤波电容滤除纹波。 通过 Rf 的阻值变化调节输出电压值，当稳压器的输出负载变化时，输出电压 UO 应保持不变， 原理图如图 1
UCmax=1.1× 2 U2max=1.1× 2 ×13≈20.2(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。（【3】傅光祖 发挥并联电容补偿装置的滤波效益 《电力电容器》 1992 年 04 期 ）整流滤波后电压图大 致情况如图 5 所示。
图 8 数字控制电路设计
由上图可知，74LS193 输出端四个管脚。在本设计中，由于我们要求电压输出 2~9V，步 进值为 1V，即输入电阻的选通有八个选择。我们仅选用输出四位状态的低三位。
将低三位输入一路接三八译码器，选通对应电阻，一路接加法器，用以输入至七段数码 管显示。
-9-
9
数字稳压电源设计
二、设计目的
1．了解和巩固所学的理论知识，训练应用已经学过的理论知识分析解决工程实际问题的 能力。
2．进一步提高同学们动手能力。 3． 能根据要求设计电路，并对经计算机仿真成功后的电路进行焊接调试。
三、设计要求
设计并制作有一定输出电压调节范围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 2~9V，纹波小于 10mV 2． 输出电流为止 500 mA 3． 稳压系数小于 0.2 4． 直流电源内阻小于 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 7． 由一个 8 段数码管显示当前设置的电压值
图 3 数控直流稳压电路工作原理
五、设计原理及电路图
-5-
5
（一）设计及原理图
数字稳压电源设计
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 4 所示。
图 4 整流滤波电路
设 Uomax 为稳压电源输出最大值，即 9v；（UI-UO）min 为集成稳压器输入输出最小电压差；URIP 为滤波器输出电压的纹波电压值（一般取 UO、（UI-UO）min 之和的确良 10%）；△UI 为电网波 动引起的输入电压的变化（一般取 UO、（UI-UO）min、URIP 之和的 10%）（【1】李凯 简易数控 直流电源设计）
输出直流电压档位与电阻的关系
三极管导通 T1
T2
T3
T4
T5
T6wk.baidu.com
输入电阻
120
280
440
600
760
920
档位
1
2
3
4
5
6
输出电压（V） 2.0
3.0
4.0
5.0
6.0
7.0
表 1 输出直流电压档位与电阻关系
对应的电阻电路如下图
T7 1080 7 8.0
T8 1240 8 9.0
-8-
8
数字稳压电源设计
1GH62 U11 74LS04D
元器件清单 主要参数
1mF 1uF 100nF 10uF 144Ω
数量 1 1 2 2 1 1 1 2 8 8 1 8
4．可调稳压电源部分仿真 将电路联接好，按下“+”或“-”键，产生的输入脉冲输入到处 74LS193 的 CP+或 CP端，观察输出稳压值的变化情况。
- 11 -
11
数字稳压电源设计
- 12 -
12
数字稳压电源设计
图 12 对应各档位电压输出值
将上述各部分电路调节器试好后，将整个系统连接起来进行仿真。 电压连续变化图如下图
图 7 输入电阻设计
3．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“+”、“-”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。
电子课程设计
厦门大学
电子技术课程设计报告
设计课题： 数字稳压电源设计
专业班级： 学生姓名： 学生学号： 指导教师：
二○一零年七月五日
数字稳压电源设计
目录
一、概述.................................................................................................................3 二、设计目的..................................................................................... ...................3 三、设计要求.........................................................................................................3 四、方案设计与论证.............................................................................................3 五、设计原理及电路图.........................................................................................5 六、元器件清单.....................................................................................................13 七、硬件制作与调试.............................................................................................14 八、结论与心得.....................................................................................................15 九、参考文献.........................................................................................................16
整体电路图如下：
图 13 电压连续变化图
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数字稳压电源设计
图 14 整体电路仿真图
六、元器件清单
元器件序号 T1 D3 U4 D1,D2 C1 C2 C3 C4，C5 R4 Q1~Q8 D4~D12 U8A~U15A
型号 NLT_PQ_4_16 3N259 LM317AH 1N1202C
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1.辅助电源的仿真
数字稳压电源设计
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。辅助电源输出电压如
图 11 所示。
由调试结果可知，稳定后电压为 5.008V 左右，误差为 0.016％
图 11 辅助电源输出电压截图
图 1 分立元件串联反馈式稳压电源
这种方案所示电路结构简单，可用常用分立元器件，容易实现，技术成熟，完全能够达到技 术参数的要求，造价成本低。 方案二：采用 LM317 可调式三端稳压器电源能够连续输出可调的直流电压.原理图如图 2，它 能输出连续可调的正电压,稳压器内部含有过流,过热保护电路;由一个电阻(R)和一个可变电 位器(RP)组成电压输出调节电路,输出电压为:Vo=1.25(1+RP/R).由此可见此稳压器的性能和 稳压稳定都比上一个三端稳压电源要好。
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数字稳压电源设计
数字稳压电源设计
一、概述
稳压电源是用电器必不可少的能源动力,其要求有较高的稳定性和实用性。通常中,一种 用电器相对于一定值电源电压,在相对于多种用电器中,一种多级供电电源可以用来备接交替 使用,会方便经济很多。在满足稳压电源的基本性能上,利用数字电路的快捷传输特性,将数字 技术应用到稳压电源中,实现其控制可调性。能在较宽的电源波动范围内稳定使用,适用于多 种电压范围调控,可设计有多种输出接口。该电源优点在于方便实用,且成本低廉,在低压用电 器中可以取代多种电源即一源多用,也适用于旅行携带。
图 6 可调稳压电路设计
LM317 的输出电压范围为 2～9V , 步进电压 1 V ,分为 8 挡输出,采用数码管显示挡位, 各挡输出电压可按公式
计算
RX 为 R1 ～ R8 , R0 取 205Ω, R1 取 120 Ω, R2 ～R8 取 160 Ω, RX 数值的变 化就使输出电压发生改变,输出电压范围是 2～9V ,步进值为 1V
图 9 数码管显示部分设计
4．辅助电源设计 要完成 D/A 转换及可调稳压器的正常工作，需要设计一个辅助电源可以输出 5V 电压，
供各芯片使用。 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所示。
图 10 辅助电源部分设计
（二）电路仿真
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数字稳压电源设计
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 RLC≥（2～5）T/2=2～5/2f,
由于ω＝2πf,故ωRLC≥(2～5)π,取ωRLC＝3π则 C=3π/ωRL 其中 RL=UI/II，所以滤波电容容量为 C＝3πII/2πfUI＝(3π×0.5)/ 2π×50×15＝1.0 ×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。
，则输出电压应满足下式： U≥Uomax+（UI-UO）min+△UI
对于集成三端稳压器，当（UI-UO）min=2~10V 时，具有较好的稳压特性。故滤波器输出电 压值：UI≥9+3+1.2+1.32≥15(V),取 UI=15V. 根据 UI 可确定变压器次级电压 U2。 U2=UI/ 1.1～1.2≈(13V) （【2】童诗白 华成英.模拟电
图 5 整流滤波后电压图
2．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
LM317，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 2～9V 之间调节，电路如下图所示。
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数字稳压电源设计
子技术基础）
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：Ｉ
2=(1.5～2)II≈(1.5～2)IO=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=U2I2/η=13×0.75/0.8=12.1875(W) 选择容量为 20W 的变压器。
一般滤波电容的设计原则是，取其放电时间常数 RLC 是其充电周期的确 2～5 倍。对于
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数字稳压电源设计
图 2 基于 lm317 的三端稳压电源
综合考虑，采用第二种方案。
根据设计任务要求及方案二，数控直流稳压电源的工作原理框图如图 3 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。
四、方案设计论证
根据要求提出两个方案
方案一 采用分立元件实现：串联反馈式直流稳压电源
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方案二 采用三端集成稳压电源实现
数字稳压电源设计
两方案的比较与论证
方案一论证：由电源变压器将电网 220V 的交流电压变换成整流滤波电路所需要的交流电压， 整流二极管组成单相桥式整流电路将交流电压变成脉动的直流电压，再经滤波电容滤除纹波。 通过 Rf 的阻值变化调节输出电压值，当稳压器的输出负载变化时，输出电压 UO 应保持不变， 原理图如图 1
UCmax=1.1× 2 U2max=1.1× 2 ×13≈20.2(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。（【3】傅光祖 发挥并联电容补偿装置的滤波效益 《电力电容器》 1992 年 04 期 ）整流滤波后电压图大 致情况如图 5 所示。
图 8 数字控制电路设计
由上图可知，74LS193 输出端四个管脚。在本设计中，由于我们要求电压输出 2~9V，步 进值为 1V，即输入电阻的选通有八个选择。我们仅选用输出四位状态的低三位。
将低三位输入一路接三八译码器，选通对应电阻，一路接加法器，用以输入至七段数码 管显示。
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数字稳压电源设计
二、设计目的
1．了解和巩固所学的理论知识，训练应用已经学过的理论知识分析解决工程实际问题的 能力。
2．进一步提高同学们动手能力。 3． 能根据要求设计电路，并对经计算机仿真成功后的电路进行焊接调试。
三、设计要求
设计并制作有一定输出电压调节范围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 2~9V，纹波小于 10mV 2． 输出电流为止 500 mA 3． 稳压系数小于 0.2 4． 直流电源内阻小于 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 7． 由一个 8 段数码管显示当前设置的电压值
图 3 数控直流稳压电路工作原理
五、设计原理及电路图
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（一）设计及原理图
数字稳压电源设计
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 4 所示。
图 4 整流滤波电路
设 Uomax 为稳压电源输出最大值，即 9v；（UI-UO）min 为集成稳压器输入输出最小电压差；URIP 为滤波器输出电压的纹波电压值（一般取 UO、（UI-UO）min 之和的确良 10%）；△UI 为电网波 动引起的输入电压的变化（一般取 UO、（UI-UO）min、URIP 之和的 10%）（【1】李凯 简易数控 直流电源设计）
输出直流电压档位与电阻的关系
三极管导通 T1
T2
T3
T4
T5
T6wk.baidu.com
输入电阻
120
280
440
600
760
920
档位
1
2
3
4
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输出电压（V） 2.0
3.0
4.0
5.0
6.0
7.0
表 1 输出直流电压档位与电阻关系
对应的电阻电路如下图
T7 1080 7 8.0
T8 1240 8 9.0
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8
数字稳压电源设计
1GH62 U11 74LS04D
元器件清单 主要参数
1mF 1uF 100nF 10uF 144Ω
数量 1 1 2 2 1 1 1 2 8 8 1 8
4．可调稳压电源部分仿真 将电路联接好，按下“+”或“-”键，产生的输入脉冲输入到处 74LS193 的 CP+或 CP端，观察输出稳压值的变化情况。
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数字稳压电源设计
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数字稳压电源设计
图 12 对应各档位电压输出值
将上述各部分电路调节器试好后，将整个系统连接起来进行仿真。 电压连续变化图如下图