数字显示直流稳压电源论文毕业论文设计好.docx

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数显直流稳压电源

摘要

当今社会电能已是不可或缺的重要能源之一，由此带动了大量用电器件和设备的广泛使用。

针对电器的广泛使用及对电源稳定性、安全性的要求越来越高的实际需求，设计并实现了一套由交直流转换、整流滤波稳压、数字显示等模块组成的数显可调直流稳压电源。

此设计将220V交流电压通过变压整流，经过滤波，实现从交流电压到不稳定的直流电压的转变，再经过LM317稳压电路得到稳定的直流电压。

此外，在LM317电路中可以利用可调电阻，实现输出电压在7～30V，扩展了此电源的使用范围。

再经单片A/D转换集成电路（ICL7107）直接驱动LED数码管，以BCD码方式在LED上显示，能显示3位的测量电压，可视化的电压显示可以给使用带来方便及安全性，电压范围可精确到0.1%。

关键词：

直流电源；整流；滤波；稳压；数显；Protues仿真

DigitalDCPowerSupply

Abstract

Intoday'ssocietypowerisalreadyoneoftheindispensableimportantenergy,whichspurredlotsofelectricitydevicesandequipmentwidelyused.Widelyusedinelectronicsandpowersupplyreliability,safetyandtallertotherequirementofactualrequirement,designandimplementasetofac/dcfilterbyconverting,rectifiervoltage,digitaldisplaymodule'sdigitaldisplayadjustabledcvoltagestabilizer.

Thisdesignwill220Vacvoltagevariablepressurerectification,passthroughfiltering,realizefromtheacvoltagetotheunstabledcvoltagechangevoltagecircuit,andthenafterLM317getstabledcvoltage.Inaddition,inLM317circuitscanusevariableresistorandachieveoutputvoltagein7~30V,expandingthescopeofapplicationofthepowersupply.ThenafterA/DconversionmonolithicintegratedcircuitICL7107directdrivewithLEDdigitaltube,BCDinLEDdisplayonway,canshowthreemeasurementvoltages,visualvoltagedisplaycanbringconvenienceandsafetyforuse,voltagerangeaccuracycanreach0.1%.

Keywords:

dcpower;Rectification;Filtering;Regulator;Digitaldisplay;Protuessimulation

目录1.绪论1

1.1项目背景1

1.2项目主要任务2

2.数显直流稳压电源的总体设计3

2.1方案介绍与比较3

2.2方案比较4

3.硬件设计5

3.1结构框图5

3.2硬件选择与介绍5

变压器5

1N4004、1N4007二极管7

LM317T8

ICL7107芯片10

数码管14

3.3硬件模块设计16

交直流转换电路模块16

集成稳压模块18

显示模块19

4.电路图及仿真22

4.1Proteus简介22

4.2电路总图及仿真24

4.3调试与纠正25

4.4实物图26

结论28

致谢29

参考文献30

绪论

1.1项目背景

电源可以说是整个用电器件的心脏。

一个好的电源不仅仅可以使电器工作，还要确保电源在电器长时间正常工作时的稳定性和安全性，稳压电源是电源的发展趋势。

1955年美国的科学家罗那（G.H.Royer）首先研制成功了利用磁芯的饱和来进行自激振荡的晶体管直流变换器。

此后，直流变换器不断地被研制和涌现出来，从而取代了早期采用的寿命短、可靠性差、转换效率低的旋转和机械设备。

60年代，由于微电子技术的快速发展，高反压的晶体管出现了，从此直流变换器就可以直接由市电经整流、滤波后输入，不再需要工频变压器降压了，从而极大地扩大了应用范围,并在此基础上诞生了无工频降压变压器的开关电源。

　　70年代以后，与这种技术有关的高频，高反压的功率晶体管、高频电容、开关二极管、开关变压器的铁芯等元件也不断地研制和生产出来，使无工频变压器开关稳压电源得到了飞速的发展，并且被广泛地应用于电子计算机、通信、航天、彩色电视机等领域开始于60年代初期，到60年代中期进入实用阶段，70年代初期开始研制无工频降压变压器开关稳压电源。

1974年研制成功了无工频降压变压器开关净化稳压电源。

高频开关稳压电源90年代初期就已试制成功。

目前正在走向实用阶段和再进一步提高工作频率。

目前我国的开关稳压电源技术与一些先进的国家相比仍有较大的差距。

由于我国半导体技术与工艺跟不上时代的发展，导致我们自己研制和生产出的无工频变压器开关电源中的开关管大部分采用的仍是进口的晶体管。

所以我国的开关净化稳压电源事业要发展，要赶超世界先进水平，最根本的是要提高我国的半导体技术和工艺电子设备的体积在不断地缩小研制出效率更高、体积更小、重量更轻的开关变压器或者取代开关变压器，使能够满足电子仪器和设备微小型化的需要目前正在克服的困难进一步研制适应高频率工作的有关电路元器件，是要解决的第二个问题在开关稳压电源中的开关管工作在开关状态，其交变电压和电流会通过电路中的元件产生较强的尖峰干扰和谐振干扰

设计要求：

在输入220V交流电压，电压变化范围在＋15％～－15％的条件下实现：

a、最大输出电流为1A；

b、输出电压可调范围为7V～30V；

c、纹波电压（峰－峰值）220mv；

d、具有过流等保护功能；

e、通过A/D转换实现输出电压的数字显示；

数显直流稳压电源的总体设计

2.1方案介绍与比较

为更好的实现设计任务，在进行电路设计过程中，采用了模块化思路，是将整个电路分成几个分立的模块来分析，制作，最终进行组装，调试。

模块化一方面可以简化电路，另一方面在制作与调试时可以带来方便。

在设计中先不考虑数显模块，先从实现稳压入手。

由设计任务可以很明确的了解设计目的（如下图所示）

AC220VDC7～30V

图2-1设计概图

方案一、设计思想：

在电路中加入单级开关电源，直接将220V交流电压整流后，经过开关电源稳压输出，但是采用这种方式产生的直流电压的纹波电压比较大，得到的输出电压不够稳定，不符合设计要求，不予采用。

方案二、设计思想：

以AT89S51单片机为核心控制器，具有电压可预置、可步进调整、输出的电压信号和预置的电压信号可同时显示的数控直流电源。

系统由AT889S51控制电路、键盘电路、电源电路、D/A电路、功放电路、短路保护及报警电路、稳压输出电路、LED显示电路八部分组成。

系统通过“开关”、“+”、“-”三个按键来控制预置电压的升降，并通过数码管显示。

AT89S51单片机送出相应的数字信号，在D/A转换之后输出电流，经集成运放LM358转换、三极管放大、RC网络滤波，最终稳定。

同时由LED数码管显示输出电压7～30V

图2-3方案三设计框图

由于线性稳压电路的输出可调，输出为直流电压7～30V，线性稳压电路相比开关电源而言，产生的直流电压的纹波电压较小，所以产生的输出电压也更加稳定，可以基本实现设计目的。

这种方案的优点：

电路简单、便于调试。

2.2方案比较

相比三个方案：

第一方案，设计方向是正确的，也达到设计目标电压值，但没有注重电压的稳定性，显然不符合稳压直流电源的要求。

方案二，基于AT89S51单片机为核心，电压可预置、可步进调整、输出的电压信号和预置的电压信号可同时显示的数控直流电源。

系统由AT889S51控制电路、键盘电路、电源电路、D/A电路、功放电路、短路保护及报警电路稳压输出电路、LED显示电路八部分组成。

图3-1总设计框图

电路分为3个模块，分别实现各自的功能。

从将220V交流变压得到29V交流电压，再经过整流滤波，再接入稳压电路稳压，经数显电路A/D转换，驱动数码管直接显示输出的直流稳压的值。

3.2硬件选择与介绍

根据设计要求选择元器件：

采用220V到30V变压器、1N4004、1N4007、LM317T、ICL7107、数码管等关键元器件。

变压器

变压器简介：

变压器利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置，主要构件是初级线圈、次级线圈和（磁芯）。

在电器设备和无线电路中，常用作升降电压、匹配阻抗，安全隔离等。

变压器的功能主要有：

电压变换；电流变换，阻抗变换；隔离；稳压（磁饱和变压器）自耦变压器；高压变压器（干式和油浸式）等，变压器常用的铁芯形状一般有E型和C型铁芯，XED型，ED型CD型。

变压器按用途可以分为：

配电变压器、电力变压器、全密封变压器、组合式变压器、干式变压器、油浸式变压器、单相变压器、电炉变压器、整流变压器、电抗器、抗干扰变压器、防雷变压器、箱式变电器试验变压器转角变压器大电流变压器励磁变压器。

变压器的最基本型式，包括两组绕有导线之线圈，并且彼此以电感方式。

交流电流流于其中线圈时，线圈中将感应出具有相同频率之交流电压，而感应的电压大小取决于两线圈耦合程度。

耦合系数K1的变压器称之为理想变压器连接交流电源的线圈称之为线圈而跨于此线圈的电压称之为电压。

二次绕组的磁通量的相量为φm,该磁通量称为主磁通在线圈的感应电压可能大于或小于电压，是由线圈与线圈间的匝数比所决定的。

因此，变压器区分为升压与降压变压器两种。

大部分的变压器均有固定的铁芯，其上绕有与次的线圈。

基于铁的高导磁性，大部分磁通量局限在铁芯里，因此，两组线圈可以获得相当高程度之磁耦合。

在一些变压器中，线圈与铁芯二者间紧密地结合，其与电压的比值几乎与二者之线圈匝数比相同。

因此，变压器之匝数比，一般可作为变压器升压或降压的参考指标。

由于此项升压与降压的功能，使得变压器已成为现代化电力系统之一重要附属物，提升输电电压使得长途输送电力更为经济，至于降压变压器，它使得电力运用方面更加多元化，可以这样说，没有变压器，现代工业达到目前发展的现况。

电子变压器除了体积较小外，在电力变压器与电子变压器二者之间，并没有明确的分界线。

一般提供50Hz电力网络之电源均非常庞大，它可能是涵盖有半个洲地区那般大的容量。

电子装置的电力限制，通常受限于整流、放大，与系统其它组件的能力，其中有些部分属放大电力者，但如与电力系统发电能力相比较，它仍然归属于小电力之范围。

各种电子装备常用到变压器，理由是：

提供各种电压阶层确保系统正常操作;提供系统中以不同电位操作部分得以电气隔离;对交流电流提供高阻抗，但对直流则提