电子设计大赛格式范例.docx

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电子设计大赛格式范例

目录

1前言2

2．总体方案设计2

2.1方案一2

2.2方案二3

2.3方案选择4

3．单元模块设计4

3.1单元模块功能介绍4

3.1.1辅助电源部分设计4

3.1.2主要电源部分设计6

3.1.3保护电路部分设计6

3.1.4继电器驱动部分设计7

3.1.5输出电压比较部分设计8

3.1.6编码译码部分设计8

3.2电路参数计算9

3.3特殊器件介绍：

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3.4各单元模块连接14

4．系统功能14

5．设计总结14

【参考文献】15

6系统原理图16

1前言

可以说，有电器的地方就有电源。

所有的电子设备都离不开可靠的电源为其供电。

现代电子设备中的电路使用了大量的半导体器件，这些半导体需要几伏到几十伏的直流供电，以便得到正常工作所必需的能源。

这些直流电源有的属于化学电源，如采用干电池和蓄电池，但这些不能持久性的供电。

大多数电子设备的直流供电方法都是将交流电源经过变压、整流、滤波、稳压等变换为所需的直流电压。

完成这种变换任务的电源成为直流稳压电源。

现代电子设备中使用的直流稳压电源有两大类：

线性稳压电源和开关性稳压电源。

线性稳压电源亦称串联调整式稳压电源。

它的稳压性能好，输出纹波很小，缺点是需要使用体积和重量都比较大的工频变压器，而且稳定效率较低。

开关型稳压电源效率高，体积小，重量轻，缺点是输出的纹波及产生的电磁干扰比较大。

开关电源和线性电源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。

通常，当输出功率较小时，线性电源的成本较低。

但是，当线性电源成本在某一输出功率点上时，反而高于开关电源，这一点称为成本反转点。

本设计就是针对线性稳压电源，只是对普通稳压电源进行一些增加，使稳压电源更智能化却更安全。

该电源主要在普通电源后增加一个LED数码显示电路、过电流保护电路和自动换档电路。

2．总体方案设计

2.1方案一

该方案是通过变压器变压，再经过整流电路、滤波电路进而将交流电变为直流电，在通过稳压器的稳压得到较稳定的电压，由于稳压器当输入电压固定时只能在它的电压差范围内调节输出电压，、所以要在调出电压差的范围时自动调档，这是通过两个比较器将输出电压和基准电压进行比较，再通过计数器的计数功能控制继电器控制器的输入情况来判断输出电压的大小在哪个范围，然后进行自动调档。

最后将稳压器的输出电压流经保护电路，最后输出。

如图2.1。

图2.1

2.2方案二

该方案也是通过变压器变压，再经过整流电路、滤波电路进而将交流电变为直流电，在通过稳压器的稳压得到较稳定的电压，主要是自动换档这一单元有所改变，该方案的这一单元的原理是：

将稳压器输出的电压通过六个比较器和基准电压进行比较，将得出的结果通过编码器、译码器得出有效的二进制码，接着通过继电器控制器控制继电器自动调节档位。

最后将稳压器的输出电压流经保护电路输出，如图2.2。

图2.2

2.3方案选择

方案一的优点在于所用的器件较少,但由于用计数器给继电器控制器有一个缺点:

当电源一开始就往下调,要是不置数的话,往下就不能计数,但如果置数的话,在方案上有点困难;方案二虽然元器件多点但它能完整的完成自动调档功能,并且思路简单明了,容易让人理解并不会出什么错误,元器件又好解决.所以我选用第二中方案。

3．单元模块设计

3.1单元模块功能介绍

3.1.1辅助电源部分设计

该部分的功能是提供主要电源部分所使用的芯片的驱动电压和用来作为基准电压。

图3.1.1辅助电源+5V

该电源提供稳定的直流电源+5V，它的主要功能是提供给比较器、译码器和编码器的驱动电压+5V。

如图3.1.1。

图3.1.2辅助电源+12V

该电源提供稳定的直流电源+12V，它的主要功能是提供给2803驱动电压+12V和提供比较器的基准电压。

如图3.1.2。

该电源主要通过整流、滤波和稳压三部分构成，起部分功能如下：

桥式整流电路：

在U2的正半周，a点的电位高于b点的电位，D1、D3导通，D2、D4截止，电流自a端经D1，RL和D3回到电源的b端；在U2的负半周，b点的电位高于a点的电位，D2、D3导通，D1、D3截止，电流自b端经D2、RL和D4回到电源的a端。

与半波整流电路相比，在U2、RL相同条件下，输出的只电流、电压都提高一倍；电流脉动程度减小；变压器在正、负半周都有对称的电流流过，既得到充分利用，又不存在单磁化的问题，但需要4个整流二极管，线路稍复杂。

与全波整流相比，虽然多用了2个整流二极管，但反向耐压低了一倍，变压器次级少了一圈，综合成本低于全波整流电路。

电容滤波电路

电容滤波电路的特点：

（1）电流的有效值和平均值的关系与波形有关，在平均值相同的情况下，波形越尖，有效值越大。

在纯电阻负载时，变压器副边的有效值I2=1.11IL，而有电容滤波时I2=（1.5～2）IL。

（2）负载平均电压VL升高，纹波（交流成分）减小，且RLC越大，电容放电速率越慢，则负载电压中的纹波成分越小，负载平均电压越高。

为了得到平滑的负载电压，一般取RL*C≥（3-5）T/2（式中T为电源交流电压的周期）。

（3）负载直流电压随负载电流增加而减小。

VL随IL的变化关系称为输出特性或外特性，如图所示。

电容滤波电路简单，负载直流电压VL较高，纹波也较小，它的缺点是输出特性较差，适用于负载电压较高，负载变动不大的场合。

3.1.2主要电源部分设计

图3.1.3可调电源部分

该部分通过三端可调集成稳压器实行对电压的调节，当调节电位器R2时，电压就会随着电阻的阻值变化而变化。

3.1.3保护电路部分设计

图3.1.4保护电路

如图3.1.3，该保护电路采用场效应管的功能，其工作原理如下：

当电源输出短路时，场效应管VT2的栅源极变成等电位而导通，其漏源极就会分去调整管VT1的基极电流达到减小调整管导通过电流的作用，R2为场效应管栅极的保护电阻。

选用场效应管时应使其导通电压降（漏源极间的电压）小于调整管发射结导通电压降。

3.1.4继电器驱动部分设计

图3.1.4继电器驱动

该部分的设计主要利用继电器的特殊功能：

当继电器两端有电压时，继电器则导通，反之继电器就断开。

继电器用2803芯片驱动，如图3.1.4所示，可知A，B两端接到整流部分，2803输入端接译码部分。

当译码信号传给2803时，它即将判断那端输出高电平，接到这端的继电器导通，即与变压器的一档位接通，起到换挡作用。

3.1.5输出电压比较部分设计

图3.1.6电压比较

该部分的原理主要是利用对输出电压与基准电压进行比较从而判断输出电压在哪个范围，由此得出比较信号，将它传给编码器编码。

如图3.1.5可知，六个比较器的输出端接编码器，输入端接的基准电压。

此基准电压是通过+12V的辅助电源供给的。

比较器的原理是：

当输入电压比基准电压高时输出高电平，而当输入电压比基准电压低时则输出低电平。

3.1.6编码译码部分设计

图3.1.7编码译码

如图3.1.6所示，编码器的输入端接比较器的输出端，在此编码器通过对输入信号的编码并传给译码器，通过译吗器的译码将输出信号传给2803控制继电器。

3.2电路参数计算

3.2.1辅助电源参数计算

1.因为Vi-Vo=2.5V，所以+5V稳压电源Vi应大于2.5V+5V=7.5V，+12稳压电源Vi应大于2.5V+12V=14.5V。

2.因为Vi=（1.1~1.2）Vj,所以Vj=Vi/（1.1~1.2）.那么+5V稳压电源Vj≥6.25V,+12稳压电源Vj≥12.08V。

3.考虑到电解电容并不是非常大，稳压输出的稳定，+5V稳压电源交流电压应大于6.6V，+12稳压电源交流电压应大于12.6V。

4.因为二极管有正向压降，+5V稳压电源交流电压应大于6.6+0.7×2=8V，+12稳压电源交流电压应大于12.6+0.7×2=14V。

5.考虑到交流电源电压的波动，在市网电压为200V时也能正常工作，则有200/220+Vj，所以+5V稳压电源交流电压应大于8.8V，+12稳压电源交流电压应大于14.8V。

6.交流变压器副边应选取的电压为：

+5V稳压电源交流电压为9V，+12V稳压电源交流电压为15V。

3.2.2主要电源参数计算

1.Vi-Vo≥2.5~3V且Vi-Vo≤40V。

2.Vo=Vre（1+R2/R1）+Iadj×R2,其中Vre=1.25,Iadi=100uA非常小可以忽略，所以Vo=1.25（1+R2/R1）。

3.R2的取植范围为120~240欧姆之间。

4.1.25V≤Vo≤37V,电流小于1.5A，保护电流为2.2A，最大耗散功率为20W。

3.2.3元器件的选择

1.假设负载电流为500mA，电源电压的频率为50HZ，则T=0.02S，电容C≥【（3~5）T/2】/RL,耐压植应大于1.42×Vj,即1.42×Vj×250/220。

（250/220为市网电源电压过高时的情况）

当输出电压为5V时C≥3000~5000uF，耐压植应大于14.5V。

当输出电压为12V时C≥1250~2083uF,耐压植应大于24.1V。

2.二极管应承受的最大反向电压均为V2的最大植，即Vrm=1.414V

当输出电压为5V时，二极管承受的电压为1.414×9=12.726V

当输出电压为12V时，二极管承受的电压为1.414×15=21.21V。

3.3特殊器件介绍：

LM317器件介绍

它的内部电路有比较器、偏置电路（图中未画出）、恒流源和带隙基准电压Vref等，它的公共端改接到输出端，器件本身无接地端。

所以消耗的电流都从输出端流出，内部的基准电压（约1.2V）接至比较放大器的同向端和调整端之间。

若接上外部的调整电阻R1、R2后，输出电压为

V0=Vref+（Vref/R1+Iadj）R2

=Vref（1+R2/R1）+IadjR2

LM317的Vref=1.2V,Iadj=50uA,由于调整端电流Iadj<

VO=Vref（1+R2/R1）

ULN2803器件介绍

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当输入段IN1为高电平，其余为低电平时，输出端OUT1为低电平，其余威高电平，以此类推，输入端为高电平时，对应的输出端为低电平，以此就可以控制变压器的档位。

CD4208编码器

原理图

编码器

该编码器有8个信号输入端，3个二进制码输出端。

此外，电路还设置了输入使能端EI，输出使能端EO和优先编码工作状态标志GS。

当EI=0是编码器工作；而当EI=1时，则不论8个输入端为何状态，2个输出端均

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