直流稳定电源Word格式文档下载.docx
《直流稳定电源Word格式文档下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《直流稳定电源Word格式文档下载.docx（10页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
如图1.1所示。
图1.1总体设计框架
2.方案论证
2.1稳压电源模块
方案一：
使用78系列稳压芯片，电子产品中常见到的三端稳压集成电路有正电压输出的78系列和负电压输出的79系列。
这种稳压用的集成电路只有三条引脚输出，分别是输入端、接地端和输出端。
它的样子和普通的三极管相似，TO-220的标准封装，也有TO-92封装。
用78/79系列三端稳压IC来组成稳压电源所需的外围元件极少，电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路，使用起来方便可靠，价格便宜。
在实际应用中，应在三端集成稳压电路上安装足够大的散热器（当然小功率的条件下不用）。
当稳压管温度过高时，稳压性能将变差，甚至损坏。
此外，还应注意，散热片总是和最低电位的第③脚相连。
这样在78系列中，散热片和地相连接，而在79系列中，散热片却和输入端相连接。
缺点是它是串联分压稳压，功耗大，发热量大,效率比较低。
方案二:
使用LM317，输出电压：
1.25-37VDC；
输出电流：
5mA-1.5A；
芯片内部具有过热、过流、短路保护电路；
最大输入-输出电压差：
40VDC，最小输入-输出电压差：
3VDC；
使用环境温度：
-10-+85℃。
LM317是应用最为广泛的电源集成电路之一，它不仅具有固定式三端稳压电路的最简单形式，又具备输出电压可调的特点。
此外，它的调压范围宽、稳压性能好、噪声低、纹波抑制比高等优点。
方案三：
LT1083是凌利尔特公司生产的大功率线性三端稳压集成电路，采用TO-3P封装，输出电流高达7A。
它能够在低至1V的压差条件下运行，压降能够在最大电流条件下保证在1.5V内，且负载电流减小时允许压差同时减小；
可在多种电流水平条件下通过片内修正电路，提供所保证的最小压差，并能够使输出电压准确度调节至1%。
其电压调整率为0.015%，负载调整率为0.01%，具有热功耗限制保护。
本设计选择用方案三，LT1083制作的稳压电源板，带过热过流保护功能。
采用软启动接法，加一级LC滤波，性能提升很大。
该芯片可以达到最大7.5A的电流，我们这里设计2.5A，完全没有问题。
2.2稳流电源模块
利用运放构成深反馈电路，可以有效抑制外接干扰，使得恒流电源工作稳定性增强。
方案二：
利用LM317集成基准电压源，其3端与1端之间固定降压为1.25v，流经固定电阻后产生恒流的电流。
利用TL431电压基准和LM358运放构成深反馈电路，TL431高精度可调稳压基准提供一个完美的参考电压，结合运放构成的深反馈可以得到性能十分优良的可调恒流源。
鉴于各方面考虑，方案一输出电流受运放性能限制，方案二受温度影响较大。
本设计选择方案三，可以完美的达到性能指标。
2.3DC-DC变换模块
boost型DC-DC升压器。
这种方法容易实现，但是输入输出电压比太大，占空比大，输出电压范围小，难以达到较高的指标。
带变压器的开关电源。
由于使用变压器，开关管占空比合适，可做到输出电压范围宽。
采用单端反激开关电源。
开关电源常用于将220v交流高压变换成直流低压，这里则是将低压变换成高压，从理论上讲也是可以实现的，但是电路需作相应的变化。
此次选用方案三，单端反激式开关电源具有体积小，效率高的特点，特别适用于小功率场合，对于这次的要求，选用方案三是在合适不过的。
3.总体设计
总体电路可由六大模块构成：
1.绕组切换与整流滤波模块；
2.过流保护模块；
3.稳压电源模块；
4.稳流电源模块；
5.电压电流采集与显示模块；
6.DC-DC变换模块。
3.1硬件电路设计：
3.1.1绕组切换与整流滤波模块电路：
选用绕组切换电路来切换变压的不同绕组，可以降低三段稳压器输入输出两端的压差，降低发热量，提高效率。
其具体电路图如图3.1.1所示。
图3.1.1绕组切换电路
3.1.2过流、短路保护模块电路：
过流保护通过单片机的电流采集电路来判断电路是否过流或者短路，并利用软件控制手段实现高可靠的自恢复功能，能在故障排除后自动恢复电路。
采用继电器作为开关器件，控制电路的通断来实现保护。
其电路图如图
图3.1.2继电器模块电路
3.1.3稳压电源模块电路：
采用了LT1083三端可调稳压芯片作为主芯片，如图3.1.3所示。
配合软启动电路，可以实现上电防过冲的特点。
软启动电路由C8、Q2、R1构成，刚上电时由于电容的充电过程使得电压慢慢上涨，实现了软启动的功
能。
图3.1.3稳压电源电路
3.1.4稳流电源模块电路：
稳流电源采用运算放大器和TL431高精度可调基准源做深反馈式恒流源电路，性能优良。
其电路图如图3.1.4所示。
图3.1.4稳流电源电路
3.1.5电压电流采集电路：
电压采集采用分压电阻取样，利用运放做电压跟随器，匹配阻抗，可以很精准的测量电压电流值。
电流采样部分采用TI公司的INA282电流分监器芯片，具有50倍的固定增益，稳定可靠，配合康铜丝电阻，可以很精确的得到电流的具体数值。
其电路图如图3.1.5所示。
图3.1.5电压电流采集电路
3.1.6DC-DC变换模块：
DC-DC变换模块部分我们使用UC3843芯片作为核心控制器件，具备稳压和过流保护功能，调整率低，工作电压低的特点。
其电路如下图3.1.6所示。
图3.1.6DC-DC变换电路
3.2软件设计：
软件的整体流程如图3.2.1所示。
当系统通电时，首先初始化各个模块，然后采集电压电流信号，并显示。
与此同时，判断是否短路或者过流，如果有短路或者过流，则驱动继电器断开电路。
3S后执行重合闸操作。
图3.2.1软件流程图
4.系统测试及数据分析
4.1测试方法
（1）用数字万用变测试电压和电流值。
（2）利用EXCEL表格记录数据。
（3）用10Ω大功率水泥电阻对稳压电源进行性能指标测试。
4.2测试仪器
（1）普源TDS1002100M数字示波器；
（2）数字万用表；
（3）10Ω大功率水泥电阻；
4.3测试数据
稳压电源性能指标测试：
测试条件：
10Ω水泥电阻作为负载。
具体数据见表5-3-1所示。
表5-3-1稳压电源测试数据
空载电压（V）
带载电压（V）
电流（A）
负载调整率
5.55
0.53
0.000%
10.98
10.95
1.04
0.273%
12.41
12.39
1.19
0.161%
15.63
15.6
1.5
0.192%
17.79
17.75
1.72
0.225%
电压可调范围：
1.25V-18.5V；
纹波（空载）：
980uV；
纹波（1.5A满载）：
1.65mV；
稳流电路指标测试：
12V供电的条件下，负载端分别接150Ω、220Ω、330Ω电阻测试其电流大小，并调整不同的电流大小以测试其可调范围。
具体数据见表5-3-2所示。
表5-3-2稳流电路测试数据
测试电流（mA）
150Ω
220Ω
330Ω
第一组
24.02
0.00%
第二组
20.00
第三组
14.90
14.98
第四组
10.03
第五组
1.70
第六组
0.70
DC-DC变换电路测试：
输入电压
输出空载
电压
带载（20mA）
负载调整率（20mA）
带载（100ma）
（100mA）
9.00V
100.1
99.3
0.799%
96.4
3.696%
12.08v
99.8
0.300%
97.7
2.398%
输出纹波：
35.2mV
5.结论
5.1作品达到了题目所有基本和部分扩展功能及指标的要求：
（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．电压调整率≤0.2%（输入电压220V变化范围＋15%～
－20%下，空载到满载）
d．负载调整率≤1%（最低输入电压下，满载）
e．纹波电压（峰-峰值）≤5mV（最低输入电压下，满
载）
f．效率≥40%（输出电压9V、输入电压220V下，满载）
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．负载调整率≤1%（输入电压＋12V、负载电阻由
200Ω～300Ω变化时，输出电流为20mA时的相对变化率）
（3）DC-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．电压调整率≤1%（输入电压变化范围+9V～+12V）
c．负载调整率≤1%（输入电压+12V下，空载到满载）
d．纹波电压（峰-峰值）≤100mV（输入电压+9V下，
满载）
（4）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”
（5）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
（6）改善DC-DC变换器
a．提高效率（在100V、100mA下）
b．提高输出电压到150V
5.2存在问题及改进措施：
集成度有待改进，模块化电路比较明显。
可以做得更加精致一些。
6.参考文献
【1】.戴伏生《基础电子电路设计与实践》国防工业出版社2002.4
【2】.王成华,王友仁，胡志忠《电子线路基础教程》科学出版社2000
【3】.黄继昌，乔苏文，徐巧鱼《电源专用集成电路及其应用》
人民邮电出版社2006.06
【4】.吴友宇《模拟电子技术基础》清华大学出版社2009.05
升级会员 