数控恒压电源的设计与制作

数控恒压电源的设计与制作

系（部）院：物理与机电工程学院专业：电子信息科学与技术作者姓名：

指导教师：

完成日期：

目录

摘要 (3)

1 前言 (3)

2 总体系统方案设计 (4)

2.1系统方案设计 (4)

2.1.1稳压源的技术指标与要求 (5)

2.1.2总体设计框图 (6)

2.2具体方案论证与实现方法 (6)

2.2.1 开关电源的定义 (6)

2.2.2 开关电源的分类 (7)

2.2.3 DC/DC变换 (7)

2.2.4 AC/DC变换 (7)

2.3 开关电源的选用 (8)

2.3.1输出电流的选择 (8)

2.3.2接地 (8)

2.3.3保护电路 (9)

2.4 开关电源技术的发展动向 (9)

2.5 开关电源的工作原理和特点 (9)

3 主要元器件介绍 (11)

4 硬件结构设计 (12)

4.1稳压电源部分 (12)

4.2显示部分 (13)

5系统软件设计 (15)

6 总结 (17)

参考文献 (16)

数控恒压电源的设计与制作

摘要

该数控稳压电源模块是集模拟调整和数字控制功能于一身，小巧精致，输出电压0-20.0V可调，步进0.1V，最大连续2A电流输出能力。模块带有掉电预设电压存储功能，并留有两组快捷存储电压，与传统降压模块相比，更为方便快速的调出所需电压。自带数码管显示，并带有数字电压表功能，配合按键，方便查看预设电压、输入电压、输出电压，包含了种种更为实用的功能，更具人性化、可视化。

关键词：LM2596芯片数码管稳压电源预设电压

1 前言

随着电子技术的高速发展，电子系统的应用领域越来越广泛，电子设备的种类也越来越多，电子设备与人们的工作、生活的关系益密切。任何电子设备都离不开可靠的电源，它们对电源的要求也越来越高。电源是电子设备的心脏部分,其质量的好坏直接影响着电子设备的可靠性，而且电子设备的故障60%来自源，因此，电源越来越受到人们的重视。电子设备的小型化和低成本化使电源以轻、薄、小和高效率为发展方向。20世纪50年代，美国宇航局以小型化、重量轻为目标，为搭载火箭开发了开关电源。在近半个世纪的发展过程中，开关电源因具有体积小、重量轻、效率高、发热量低、性能稳定等优点而逐步取代传统技术制造的连续工作电源，并广泛应用于电

子整机与设备中。20世纪80年代，计算机全面实现了开关电源化，率先完成计算机的电源换代。20世纪90年代，开关电源在电子、电器设备、家用领域得到了广泛的应用，开关电源技术进入快速发展期。到21世纪小型电子设备的发展更加迅速和更加普及，但是现在很多的小型电子设备都是依靠电池来供电的，所以开发一种新型的开关电源应用于小型电子设备中就显得非常重要了！

开关稳压电源（以下简称开关电源）取代晶体管线性稳压电源（以下简称线性电源）已有30多年历史，最早出现的是串联型开关电源，其主电路拓扑与线性电源相仿，但功率晶体管了作于开关状态后，脉宽调制（PWM）控制技术有了发展，用以控制开关变换器，得到PWM开关电源，它的特点是用20kHz脉冲频率或脉冲宽度调制—PWM开关电源效率可达65～70％，而线性电源的效率只有30～40％。在发生世界性能源危机的年代，引起了人们的广泛关往。线性电源工作于工频，因此用工作频率为20kHZ的PWM开关电源替代，可大幅度节约能源，在电源技术发展史上誉为20kHZ革命。随着ULSI芯片尺寸不断减小，电源的尺寸与微处理器相比要大得多；航天，潜艇，军用开关电源以及用电池的便携式电子设备（如手提计算机，移动电话等）更需要小型化，轻量化的电源。因此对开关电源提出了小型轻量要求，包括磁性元件和电容的体积重量要小。此外要求开关电源效率要更高，性能更好，可靠性更高等。

2 总体系统方案设计

2.1系统方案设计

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、模拟/数字转换部分（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0.1V的步进值增或减。

图3.1

2.1.1稳压源的技术指标与要求

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0～10V

(2)、输出直流电压能步进调节，步进值为0.1V。

(3)、由"+"、"-"两键分别控制输出电压步进增和减。

(4)、输出电压类型可选：三角波、方波、直流电压。

2.1.2总体设计框图

图2

2.2具体方案论证与实现方法

2.2.1 开关电源的定义

开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，开关电源一般由脉冲宽度调制（PWM）控制IC和MOSFET 构成。开关电源和线性电源相比，二者的成本都随着输出功率的增加而增长，但二者增长速率各异。线性电源成本在某一输出功率点上，反而高于开关电源，这一点称为成本反转点。随着电力电子技术的发展和创新，使得开关电源技术也在不断地创新，这一成本反转点日益向低输出电力端移动，这为开关电源提供了广阔的发展空间。

开关电源高频化是其发展的方向，高频化使开关电源小型化，并使开关电源进入更广泛的应用领域，特别是在高新技术领域的应用，推动了高新技术产品的小型化、轻便化。另外开关电源的发展与应用在节约能源、节约资源及保护环境方面都具有重要的意义。

开关电源中应用的电力电子器件主要为二极管、IGBT和MOSFET。

SCR在开关电源输入整流电路及软启动电路中有少量应用，GTR驱动困难，开关频率低，逐渐被IGBT和MOSFET取代。

开关电源的三个条件：

1、开关：电力电子器件工作在开关状态而不是线性状态

2、高频：电力电子器件工作在高频而不是接近工频的低频

3、直流：开关电源输出的是直流而不是交流