【文章內(nèi)容簡介】 4V~24V 直流電壓； 電源模塊的選定電源的設(shè)計(jì)方法有很多種,比較簡單的有三種。 晶體管串聯(lián)式直流穩(wěn)壓電路 所示,該電路中,輸出電壓UO經(jīng)取樣電路取樣后得到取樣電壓, 取樣電壓與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較得到誤差電壓,該誤差電壓對調(diào)整管的工作狀態(tài)進(jìn)行 調(diào)整,從而使輸出電壓發(fā)生變化,該變化與由于供電電壓UI 發(fā)生變化引起的輸出電壓 的變化正好相反,從而保證輸出電壓UO 為一恒定值(穩(wěn)壓值) 。因輸出電壓要求從0V 起實(shí)現(xiàn)連續(xù)可調(diào),因此要在基準(zhǔn)電壓處設(shè)計(jì)一輔助電源,用以控制輸出電壓能夠從0V 開始調(diào)節(jié)。圖 串聯(lián)式穩(wěn)壓電源電路圖單純的串聯(lián)式直流穩(wěn)壓電源電路是很簡單的,但增加了輔助電源后,電路比較復(fù) 雜,由于都采用分立元件,電路的可靠性也難以保證。 用單片機(jī)制作的可調(diào)直流穩(wěn)壓電源該電路采用可控硅作為第一級調(diào)壓元件,用穩(wěn)壓電源芯片LM31LM337 作為第 二級調(diào)壓元件,通過AT89CS51 單片機(jī)控制繼電器來改變電阻網(wǎng)絡(luò)的阻值,從而改變 調(diào)壓元件的外圍參數(shù),并加上軟啟動電路,獲得0～24V電壓,驅(qū)動能力可達(dá)1A ,同時可 以顯示電源電壓值和輸出電流值的大小。其硬件電路主要包括變壓器、整流濾波電 路、壓差控制電路、穩(wěn)壓及輸出電壓控制電路、電壓電流采樣電路、掉電前重要數(shù) 據(jù)存儲電路、單片機(jī)、鍵盤顯示等幾部分,。圖 用單片機(jī)制作的直流穩(wěn)壓電源電路圖正、 負(fù)端壓差控制電路的作用是減少LM317 和LM337 輸入端和輸出端的壓差以降 低LM317 和LM337 的功耗。穩(wěn)壓電路由三端穩(wěn)壓芯片LM317(負(fù)壓用LM337) 及外圍器 件組成,輸出電壓控制電路采用繼電器控制的電阻網(wǎng)絡(luò)。電阻網(wǎng)絡(luò)的每個電阻都需要 精密匹配,電阻的精密程度直接影響輸出電壓的精度。電壓電流采樣電路由單片機(jī)控 制實(shí)時對當(dāng)前電壓電流進(jìn)行采樣,以修正輸出電壓值。掉電前重要數(shù)據(jù)存儲電路用以 保存當(dāng)前設(shè)置的電壓值,可以方便用戶在重新上電后不用設(shè)置,而且也不會因?yàn)殡妷?值過高損壞用戶設(shè)備。該電源穩(wěn)定性好、精度高,并且能夠輸出177。24V 范圍內(nèi)的可調(diào)直流電壓,且其性能優(yōu)于傳統(tǒng)的可調(diào)直流穩(wěn)壓電源,但是電路比較復(fù)雜, 成本較高,使用于要求較高的場合。 采用三端集成穩(wěn)壓器電路, 它采用輸出電壓可調(diào)且內(nèi)部有過載保護(hù)的三端集成 穩(wěn)壓器,輸出電壓調(diào)整范圍較寬,設(shè)計(jì)一電壓補(bǔ)償電路可實(shí)現(xiàn)輸出電壓從連續(xù)可調(diào), 因要求電路具有很強(qiáng)的帶負(fù)載能力,須設(shè)計(jì)一軟啟動電路以適應(yīng)所帶負(fù)載的啟動性 能。該電路所用器件較少,成本低且組裝方便,可靠性高。圖 集成穩(wěn)壓器穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì) 方案的確定根據(jù)要求，我們要實(shí)現(xiàn)24V～24V 連續(xù)可調(diào)，這種要求屬于日常應(yīng)用，因此我們 就要做到盡量使電源制作簡單，成本低廉，穩(wěn)定性和精確性較高即可，第 3 種方案 正好能滿足要求，因此，選定采用三端集成穩(wěn)壓器組成穩(wěn)壓電路。 顯示模塊的選定為了使穩(wěn)壓電源在使用中更加簡便和更具人性化，增加一個數(shù)字電壓顯示模塊 是一個既簡單又實(shí)用的方法。 對于數(shù)顯模塊的選擇，我們主要有兩種方案。 采用雙積分 A/D 轉(zhuǎn)換器 MC14433 的方案采用雙積分 A/D 轉(zhuǎn)換器 MC14433，它有多路調(diào)制的 BCD 碼輸出端和超量程輸出 端，采用動態(tài)掃描顯示，便于實(shí)現(xiàn)自動控制。但芯片只能完成 A/D 轉(zhuǎn)換功能，要實(shí) 現(xiàn)顯示功能還需配合其它驅(qū)動芯片等，使得整部分硬件電路板布線復(fù)雜，加重了電 路設(shè)計(jì)和實(shí)際焊接的工作。 采用 ICL7107 的方案采用雙積分 A/D 轉(zhuǎn)換器 ICL7107，它是大規(guī)模集成芯片，將模擬電路和數(shù)字電路 集成在一個有 40 個功能端的電路內(nèi)， 包含了 A/D 轉(zhuǎn)換、 邏輯控制、譯碼驅(qū)動等電路， 只需外接少量元件就能組成三位半數(shù)字電壓表。電路設(shè)計(jì)簡單，電路板布線不復(fù)雜， 便于焊接、調(diào)試。 電源采用穩(wěn)壓電源提供的177。5V 輸出，顯示部分采用共陽極數(shù)碼管。 方案確定由于采用 ICL7107 芯片連接簡單，材料便宜并且較精確，因此，在此次設(shè)計(jì)中 采用 ICL7107 芯片組成的顯示模塊電路作為數(shù)顯模塊。第三章 電源模塊的設(shè)計(jì)在第二章中，我們已經(jīng)確定使用三端穩(wěn)壓器實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓電路，在三端穩(wěn)壓器中最 常用的就是 78XX 和 79XX 系列芯片，這種芯片的特點(diǎn)是價格低廉，穩(wěn)壓性能好， 組成電路簡單等特點(diǎn)，又因?yàn)槲覀冸娫捶秶?4V~24V，因此穩(wěn)壓電路我們就選用 7824 和 7924 芯片組成。 三端穩(wěn)壓器的工作原理三端集成穩(wěn)壓器大多采用串聯(lián)穩(wěn)壓方式。，它由 啟動電路、基準(zhǔn)電路、誤差放大器、調(diào)整管、取樣電阻及保護(hù)電路等組成。它與分 立元件的串聯(lián)調(diào)整穩(wěn)壓器電路工作原理完全相同。78XX、 圖 78XX、79XX 穩(wěn)壓集成電路原理框圖 穩(wěn)壓器的主要參數(shù) 輸出電壓 V。輸出電壓是指穩(wěn)壓器的各工作參數(shù)符合規(guī)定時的輸出電壓值。對于固定輸出穩(wěn)壓 器，它是常數(shù)。對于可調(diào)式輸出穩(wěn)壓器，它是輸出電壓范圍。 。 輸出電壓偏差對于固定輸出穩(wěn)壓器，實(shí)際輸出的電壓值和規(guī)定的輸出電壓 Vo 之間往往有一定的 偏差。這個偏差值一般用百分比表示，也可以用電壓值表示。 最大輸出電壓 ICM最大輸出電流指穩(wěn)壓器能夠保持輸出電壓不變的最大電流。 最小輸入電壓 Vimin輸人電壓值在低于最小輸入電壓值時，穩(wěn)壓器將不能正常工作。 最大輸人電壓 Vimax最大輸入電壓是指穩(wěn)壓器安全工作時允許外加的最大電壓值。 最小輸入、輸出電壓差(ViVo)它是指穩(wěn)壓器能正常工作時的輸入電壓 U 與輸出電壓八是最小電壓差值。 電壓調(diào)整率 SV電壓調(diào)整率是指當(dāng)穩(wěn)壓器負(fù)載不變而輸入的直流電壓變化時，所引起的輸出 電壓的相對變化量。SV 常用下式表示:Sv =式中:△Vo——輸出電壓變化量。 △Vi——輸入電壓變化量。?Vο 100%(% / v ) ?Vι ? ?Vο（式 ）電壓調(diào)整率有時也用某一輸入電壓變化范圍內(nèi)的輸出電壓變化量表示。 電壓調(diào)整車用來表征穩(wěn)壓器維持輸出電壓不變的能力。 電流調(diào)整率 Si電流調(diào)整率是指，當(dāng)輸入電壓保持不變而輸出電流在規(guī)定范圍內(nèi)變化時，穩(wěn)壓器 輸出電壓相對變化的百分比，可用下式表示:Si =?Vo 100 % Vo（式 ）電流調(diào)整率有時也用負(fù)載電流變化時輸出電壓的變化量來表示。 輸出電壓溫漂 ST輸出電壓溫漂也稱輸出電壓的溫度系數(shù)。其定義為，在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)，當(dāng) 輸入電壓和輸出電流不變時，單位溫度變化引起的輸出電壓變化量，用公式表達(dá)為:ST =?Vo 100% ?T ? Vo（式 ）式中:△T—溫度變化量。 輸出阻抗 Z。輸出阻抗指，在規(guī)定的輸入電壓和輸出電流的條件下，在輸出端上所測得的交 流電壓與交流電流之比，即Zo =dV o dI o（式 ）輸出阻抗反映了在動態(tài)負(fù)載狀態(tài)下，穩(wěn)壓器的電流調(diào)整率。 輸出噪聲電壓 VN它是指當(dāng)穩(wěn)壓器輸入端無噪聲電壓進(jìn)入時，在其輸出端所測得的噪聲電壓值。 輸出噪聲電壓是由穩(wěn)壓器內(nèi)部產(chǎn)生的，它對許多負(fù)載是有害的。 7824 芯片的技術(shù)指標(biāo)7824 芯片參數(shù)如下圖所示圖 7824 芯片參數(shù) 7924 芯片的技術(shù)指標(biāo)7924 芯片參數(shù)如下圖所示圖 7924 芯片參數(shù) 電源模塊的確定7827924芯片都是定值穩(wěn)壓芯片，而我們要求的是連續(xù)可調(diào)的直流穩(wěn)壓電源， 因此我們必須要設(shè)計(jì)一個電路，使7824和7924組成的穩(wěn)壓電路可以實(shí)現(xiàn)調(diào)壓功能。7827924穩(wěn)壓集成電路 7827924穩(wěn)壓集成電路，由變壓器輸出交流雙向電壓經(jīng)橋式整流對整流，CC2濾波 得到一直流電壓，其中變壓器雙電源的中心抽頭作為公共接地端，然后分別把該直 流電壓正負(fù)極接入7824的1腳和7924的3腳。7824的3腳接到電位器 w2的滑動觸片“d” 上，7924的1腳接到電位器 w1的滑動觸片“c”上。當(dāng)將觸片“c”滑到“0”端接地 時，調(diào)節(jié) w2，即可從“a”端得到正向可變電壓；若將觸片“d”滑到“0”端接地，調(diào)節(jié) w1，在“b”端就可得到負(fù)向可變電壓，將 ww2換成同軸電位器，將獲得正 負(fù)對稱的可調(diào)電源，輸出電壓值連續(xù)可調(diào)，可達(dá)到同步調(diào)節(jié)的目的。 電路參數(shù)的計(jì)算 輸入電壓 Ui輸出電壓 U0 應(yīng)與穩(wěn)壓電源要求的輸出電壓的大小范圍相同，穩(wěn)壓電路的最大允 許電流 ICMI0max,穩(wěn)壓電路的輸入電壓范圍為Uo max + (Ui ? Uo) min ≤ Ui ≤ Uo min + (Ui ? Uo ) max式中：Uomax—最大輸出電壓 Uomin—最小輸出電壓 （UiUo)min—穩(wěn)壓塊最小輸入輸出壓差 （UiUo)max—穩(wěn)壓塊最大輸入輸出壓差 通常情況下我們?nèi)≥斎腚妷?Ui 比輸出電壓 Uo 大 6V（式 ） 變壓器副邊的輸出電壓 U2通常根據(jù)變壓器副邊輸出的功率 Po 來選擇變壓器。對于容性的負(fù)載，變壓器副 邊的輸出電壓 U2 與穩(wěn)壓器輸入電壓 Ui 的關(guān)系為Ui min Ui max ≤U2 ≤ ( ~ ) ( ~ )副邊電流的取值標(biāo)準(zhǔn)為（式 ）I 2 Io max 整流二極管及濾波電容