基于數(shù)顯直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)(已改無(wú)錯(cuò)字)
2023-02-18 16:31:25 本頁(yè)面
【正文】 力取決于它的熱阻給半導(dǎo)體器件加散熱片后可減小總熱阻。若令Rθ1 表示從結(jié)到器件外殼的熱阻，Rθ2 表示從器件外殼到散熱片表面的熱阻，RθA 表示從結(jié)到散熱片表面的熱阻，則RθA=Rθ1+Rθ2。若令Rθd 表示散熱片到周圍空氣的熱阻，Rθ’表示加散熱片后結(jié)到空氣的總熱阻，則Rθ’=RθA+Rθd。設(shè)集成穩(wěn)壓器的最高允許結(jié)溫為TJM，最高環(huán)境溫度為TAM，加散熱器后器件的功耗為PD，則有關(guān)系式：所以器件的最大功耗必須滿足PDM≤PD。 過(guò)流保護(hù)在目前，各種直流電源產(chǎn)品的應(yīng)用非常廣泛，電源技術(shù)已經(jīng)比較成熟。但是，基于成本的考慮，對(duì)于電源性能要求不是很高的場(chǎng)合，可采用帶有過(guò)流保護(hù)的集成穩(wěn)壓電路，同樣能滿足產(chǎn)品的要求。過(guò)流保護(hù)電路作為電源電路中不可缺少的一個(gè)組成部分，能夠有效地保護(hù)電子元件，根據(jù)其控制方法大致可以分為關(guān)斷方式和限流方式，而直流電機(jī)電源較宜采用關(guān)斷方式。過(guò)流保護(hù)電路首先要有一個(gè)電流取樣環(huán)節(jié)，常用做法是串聯(lián)一個(gè)小電阻或者是霍爾元件來(lái)獲得電流信號(hào)。由于霍爾元件體積比較大，價(jià)格昂貴，因而考慮采用串聯(lián)一個(gè)小電阻的方法。電路的過(guò)流保護(hù)原理圖如圖12所示。 圖12 過(guò)流保護(hù)電路原理圖R6為取樣小電阻。當(dāng)電源工作時(shí)，穩(wěn)壓器輸出端輸出正向直流電壓，電機(jī)開(kāi)始啟動(dòng)。由于直流電機(jī)啟動(dòng)瞬時(shí)電流iout較大(約為額定電流的8～10倍)，iout流過(guò)小電阻R6，并經(jīng)R5對(duì)C4充電。通過(guò)設(shè)定RC4的值，使充電時(shí)間τ大于電機(jī)啟動(dòng)時(shí)間δ，Q1(9013)處于截止?fàn)顟B(tài)，電機(jī)啟動(dòng)到穩(wěn)定狀態(tài)后，電流恢復(fù)到工作電流。一旦電機(jī)發(fā)生短路或堵轉(zhuǎn)，使電容C4兩端電壓達(dá)到Q1的導(dǎo)通電壓，則Q1導(dǎo)通。電機(jī)啟動(dòng)時(shí)必須滿足充電時(shí)間τ大于啟動(dòng)時(shí)間δ，Q1不導(dǎo)通，電機(jī)才能正常啟動(dòng)。由于啟動(dòng)電流很大，一般是額定電流的4~7倍，可看成不變，設(shè)為I=5I0。根據(jù)圖15，可得以下公式： 由于R4R5，所以iR5iR5因此i約等于iR5。此時(shí)為一階零狀態(tài)輸入響應(yīng)，求解得：，得：設(shè)電機(jī)負(fù)荷在額定狀態(tài)下運(yùn)行，電機(jī)電流I0已經(jīng)穩(wěn)定。電機(jī)短路或堵轉(zhuǎn)后，電流突然增大到短路電流IS，電容C4開(kāi)始充電?？紤]一定的設(shè)計(jì)余量，取保護(hù)電流設(shè)定值IGIS，式(1)同樣成立此為一階全響應(yīng)方程，初始條件uc4 (0+)=I0iR5, 強(qiáng)制分量uc4 (∞)=IGR5, 求解得：’,則’必須小于允許短路時(shí)間t,即：要使保護(hù)起到作用，uc4 (∞)，即： 顯示電路在電量的測(cè)量中，電壓、電流和頻率是最基本的三個(gè)被測(cè)量，其中電壓量的測(cè)量最為經(jīng)常。而且隨著電子技術(shù)的發(fā)展，更是經(jīng)常需要測(cè)量高精度的電壓，所以數(shù)字電壓表就成為一種必不可少的測(cè)量?jī)x器。數(shù)字電壓表（Digital Voltmeter）簡(jiǎn)稱DVM，它是采用數(shù)字化測(cè)量技術(shù)，把連續(xù)的模擬量（直流或交流輸入電壓）轉(zhuǎn)換成不連續(xù)、離散的數(shù)字形式并加以顯示的儀表。由于數(shù)字式儀器具有讀數(shù)準(zhǔn)確方便、精度高、誤差小、靈敏度高和分辨率高、測(cè)量速度快等特點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于測(cè)量領(lǐng)域。制作數(shù)字電壓表有很多種方法，現(xiàn)在市面上很多種芯片都可以用作數(shù)字電壓表的核心?？梢杂肁DC0808集成電壓轉(zhuǎn)換芯片和AT89C51單片機(jī)設(shè)計(jì)制作數(shù)字電壓表，具體方法是A/D轉(zhuǎn)換器在單片機(jī)的控制下完成對(duì)模擬信號(hào)的采集和轉(zhuǎn)換功能，最后由數(shù)碼管顯示采集的電壓值。這種方法具有精度高和穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)而且功能強(qiáng)大，但是手工制作電路的話比較復(fù)雜，而且需要編程。所以最終決定用ICL7107芯片制作數(shù)顯電壓顯示電路。ICL7107是應(yīng)用得比較成熟的芯片，二這種三位半的ADC的顯示精度對(duì)于本設(shè)計(jì)已經(jīng)足夠了。基于ICL7107的數(shù)顯電壓顯示電路簡(jiǎn)單可靠，雖然它只是三位半的AD轉(zhuǎn)換器，但是已經(jīng)可以滿足日常的電壓測(cè)量或者電壓顯示的要求，所以這種電路應(yīng)用非常廣泛，它的具體電路原理圖如圖13所示。圖13 基于ICl7107的數(shù)顯電壓顯示電路原理圖ICL7107是一種內(nèi)置程序的芯片，所以可以直接使用，免去了編程的麻煩。ICL7107本身帶有段式輸出，直接連接到LED上就可以顯示了，顯示用的數(shù)碼管應(yīng)為共陽(yáng)極數(shù)碼管。因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)不需要用到20V以上的電壓值。，如果需要用到其他的量程，可以通過(guò)修改輸出端電阻的參數(shù)來(lái)達(dá)到目的。 參數(shù)的計(jì)算系統(tǒng)時(shí)鐘由IC的3340腳決定。內(nèi)部振蕩頻率為48Hz，顯示每秒刷三次。 振蕩器頻率：fosc = Cosc 50pF Rosc 50KΩfosc = 48K Hz (典型值)振蕩周期：Tosc = RC/ 所以，38腳的C4取100pF，39腳的R5取100KΩ。積分電路由IC的228腳決定。 積分時(shí)鐘頻率：Fclock = Fosc / 4 積分周期：Tint = 1000 (4/Fosc) = 1000 (4/48K) = 滿量程模擬輸入電壓：Vinfs = 200mV (典型值) 最佳積分電流：Iint = 4uA 積分電壓：Vint = 2V 積分電阻：Rint = Vinfs / Iint = 200 mV/ 4uA = 50KΩ 積分電容：Cint = (Tint)(Iint) / Vint = 4uA / 2 = uF 所以， 28的R4取47KΩ。C2用于防止系統(tǒng)噪音的影響以及過(guò)載輸入時(shí)電路的恢復(fù)。 參考電容： Cref 1uF C1為參考電容。電阻R2用于調(diào)整參考電壓，參考電源為0~200mV可調(diào)。R3用于電壓校準(zhǔn)。 參考電壓與輸入電壓的關(guān)系為：Vin = 2Vref 如果要求電壓表的量程0~，參考電壓應(yīng)設(shè)置為100mV。 如果需要需要測(cè)量的電壓大于200mV，就要通過(guò)分壓電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。由于我們電源的指標(biāo)是5~12V，所以要求電壓表的量程為0~20V。 下面以20V來(lái)進(jìn)行分壓電阻（Rx）的計(jì)算，這里我們?cè)O(shè)定R4形成的參考電壓為100mV，R2為1KΩ，落在R2上的電壓降為2100mV = ，Rx計(jì)算如下： 為了方便電阻選擇，選用100 KΩ電阻，其誤差可通過(guò)調(diào)整R2來(lái)彌補(bǔ)。 元件的選擇制作時(shí)，顯示用的數(shù)碼管為共陽(yáng)型，2 KΩ可調(diào)電阻最好選用多圈可調(diào)精密電阻，分壓電阻選用誤差較小的金屬膜電阻，其他器件選用正品即可。R1選用100KΩ的金屬膜電阻，R2選用2KΩ的多圈可調(diào)精密電阻，R3選用24KΩ的金屬膜電阻，R4選用1KΩ的多圈可調(diào)精密電阻，R5選用47KΩ的金屬膜電阻，R6選用100KΩ的金屬膜電阻。，，C4選用100 pF的CCB電容。 ICL7107的校準(zhǔn)首先，先校準(zhǔn)參考電壓，用萬(wàn)用表測(cè)IC的35和36之間的電壓，是否為100mV，如不是，則需要調(diào)節(jié)電位器R4使兩端電壓為100mV。然后，用萬(wàn)用表測(cè)電源的輸出，然后通過(guò)調(diào)節(jié)電位器R2，使LED上的
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