数字显示可调直流稳压电源.docx

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数字显示可调直流稳压电源

摘要

本文要紧论述了基于DSP芯片ICL7107的数字显示直流稳压电源的设计原理及实现方式。

综合考虑效率，输出功率，输入输出电压，负载调整率，纹波系数，本设计选用最终选择了串联稳压电源，要求较低，因此较易实现。

关于效率和纹波的要求能够通过认真调整磁性元件的参数（L，Q，M等）使其工作在最正确状态，因此咱们在选择方案的时候考虑到电路要简单，元件要容易找，还有在电路设计的时候幸免碰到某些没必要要的问题，因此咱们选择了它。

稳压电路部份能够采纳三极管等分立元件来实现，也能够采纳集成三端集成稳压芯片。

从性价比来讲，采纳三端集成稳压芯片来实现要好很多，此刻的稳压芯片功能壮大，且价钱低廉，很适合咱们这次的设计。

直流稳压电源由变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四部份组成。

为了让电路的元件在焊接的时候加倍紧凑，减少焊接的元件数量，而且从本钱上考虑，咱们采纳采纳7805输出正5V，并将其输入电压反转器7660，从而输出负5V。

由于那个地址的5V电源是作为数字电压表的工作电源，由于该部份电量较大（约100mA），并有测量精度的要求，因此必需保证稳压芯片有足够的散热面积，确保长期靠得住工作。

数字电压表部份采纳最多见的数字集成电路ICL7107，它不仅外围简单，测量精度高，价钱也超级廉价。

关键词：

串联稳压电源；元器件选择

ABSTRACT

ThispaperbasedonDSPICL7107digitaldisplaydcvoltagestabilizerdesignprincipleandrealizationmethod.Consideringefficiency,outputpower,input/outputvoltage,loadregulation,theripplecoefficient,thisdesignselectionultimatelychoseseriesmanostat,lowrequirements,therefore,easyimplementation.Forefficiencyandripplerequirementscanbeadjustedbytheparametersofmagneticcomponentscarefully,qq,m.（L）makesitworkinanoptimalstate,sowechoosewhenconsideringtheschemetosimplecircuit,components,andeasiertofindinthecircuitdesignofavoidingunnecessaryproblemsencounteredsome,sowechoseit.Voltagecircuitcanbeusedtoachievesuchdivisionelementtransistor,canalsoadoptsintegrationthreeterminalvoltageintegrationchip.Fromtheprice,usingthreechiptoachievebetterintegratedvoltageregulator,now,andpowerfulfunctionofchips,verysuitableforlowthepricewedesign.Dcvoltagepowertransformer,rectifiercircuit,bythefiltercircuitsandvoltagecircuitfourparts.Inordertoletthecomponentsinthecircuitofweldingismorecompact,reducethenumberofcomponents,andweldingfromcostconsiderations,weadopt7805outputisadopted,andthe5Vinputvoltageinverter,thusoutput7660reversenegative5V.Becausehereisadigitalvoltmeter5Vpowersupply,theworkofthispartofthelarger（duetothepower100mA）,andaboutthemeasurementprecision,somustensuresufficientheatvoltagechips,toensurelong-termreliableworkarea.Digitalvoltmeterpartadoptsthemostcommondigitalintegratedcircuit,itnotonlyICL7107peripheryissimple,highaccuracy,thepriceisverycheap.

Keywords:

seriesmanostat,Componentselection

第一章引言…………………………………………………………1

第二章方案论证与比较………………………………………………1

稳压电源的分类…………………………………………………2

稳压电源部份方案………………………………………………2

三端集成稳压芯片………………………………………………3

数字显示部份……………………………………………………3

第三章可调剂直流稳压电源………………………………………3

直流稳压电源的组成……………………………………………3

参数计算…………………………………………………………8

可调剂直流稳压电源原理图……………………………………10

元件的选择………………………………………………………10

第四章±5V直流稳压电源（7107工作电源）………………11

原理简叙…………………………………………………………11

±5V直流稳压电源原理电路图…………………………………11

元件的选择………………………………………………………12

第五章数字电压表……………………………………………………12

三位半LED显示A/D转换器ICL7107……………………………12

ICL7107外围电路图……………………………………………12

相关参数的计算……………………………………………………13

元件的选择…………………………………………………………14

第六章电路的调试与测试………………………………………………14

9~12V范围的校准……………………………………………………14

ICL7107的校准………………………………………………………15

直流稳压电源的测试…………………………………………………15

第七章结论……………………………………………………………16

参考文献…………………………………………………………………………16

致谢…………………………………………………………………………………………17

附录整机电路原理图PCB图…………………………………………17

第一章引言

随着电子产品的普及,数字显示可调直流稳压电源的应用也愈来愈普遍。

它能够更好的操纵电流的输入，延长电子产品的寿命。

此刻社会进展的趋势愈来愈智能化，电路的操纵也加倍精准。

人们对电子产品的需求也愈来愈苛刻。

电源的操纵超级重要，要做到有效的省电，延长寿命，而且要辐射小，对躯体的损害减少。

众所周知，许多科学实验都离不开电源，而且在这些实验中常常会对通电时刻、电压高低、电流大小和动态指标有着特殊的要求，但是目前实验所用的直流稳压电源大多输出精度和稳固性不高；在测量上，传统的电源一样采纳指针式或数码管来显示电压或电流，搭配电位器来调整所要的电压及电流输出值；利用上假设要调整精准的电压输出，须搭配精准的显示仪表监测，又因电位器的阻值特性非线性，在调整时，需要花费必然的时刻，何况还要心漂移，利用起来超级不方便。

因此，若是直流稳压电源不仅具有良好的输出质量而且还具有多功能和必然的智能化，以精准的微机操纵取代许多不精准的人为操作，在实验开始之前就对一些参数进行预设，这将会给各个领域中的实验研究带来不同程度的便利与高效。

因此，直流稳压电源尔后的进展目标之一确实是不仅要在性能上做到效率高、噪声低、高次谐波低、既节能又不干扰环境，还要在功能上力求实现数控化、多功能化、智能化、网络化。

电源采纳数字操纵能够采纳先进的操纵方式和智能操纵，操纵灵活，系统容易升级，同时操纵系统的靠得住性也大大提高，另外系统的保护也加倍方便，一旦显现故障也容易修改，还有确实是它的本钱低，系统一致性好，生产本钱大大的下降。

它也易组成多模块电源并联运行系统。

综合考虑效率，输出功率，输入输出电压，负载调整率，纹波系数，本设计选用方案三，要求较低，因此较易实现.关于效率和纹波的要求能够通过认真调整磁性元件的参数（L，Q，M等）使其工作在最正确状态，因此咱们在选择方案的时候考虑到电路要简单，元件要容易找，还有在电路设计的时候幸免碰到某些没必要要的问题，因此咱们选择了上述的方案中的第三个方案;第三个方案就能够够达到咱们的要求，因此方案三咱们采纳了。

第二章方案论证与比较

2．1稳压电源的分类

稳压电源的分类方式繁多，按输出电源的类型分有直流稳压电源和交流稳压电源；按稳压电路与负载的连接方式分有串联稳压电源和并联稳压电源；按调整管的工作状态分有线性稳压电源和开关稳压电源；按电路类型分有简单稳压电源和反馈型稳压电源，等等。

如此繁多的分类方式会让咱们摸不着头脑，不明白从哪里入手。

咱们必需弄清楚各个类别的特点，才能从当选出最正确方案。

2．2稳压电源部份方案

方案一：

简单的并联型稳压电源

并联型稳压电源的调整元件与负载并联，因此具有极低的输出电阻，动态特性好，电路简单，并具有自动爱惜功能；负载短路时调整管截止，靠得住性高，但效率低，尤其是在小电流时调整管需经受专门大的电流，损耗过大。

方案二：

输出可调的开关电源

开关电源的功能元件工作在开关状态，因此效率高，输出功率大；且容易实现短路爱惜与过流爱惜，可是电路比较复杂，设计繁琐，在低输出电压时开关频率低，纹波大，稳固度差，因此也不能采纳此方案．

方案三：

串联型稳压电源

并联稳压电源有效率低、输出电压调剂范围小和稳固度不高这三个缺点。

而串联稳压电源正好能够幸免这些缺点，因此此刻普遍利用的一样都是串联稳压电源。

而简易串联稳压电源输出电压受稳压管稳压值得限制无法调剂，必需对简易稳压电源进行改良，增加一级放大电路，专门负责将输出电压的转变量放大后操纵调整管的工作。

由于整个操纵进程是一个负反馈进程，因此如此的稳压电源叫串联负反馈稳压电源。

综合考虑效率，输出功率，输入输出电压，负载调整率，纹波系数，本设计选用方案三，要求较低，因此较易实现.关于效率和纹波的要求能够通过认真调整磁性元件的参数（L，Q，M等）使其工作在最正确状态，因此咱们在选择方案的时候考虑到电路要简单，元件要容易找，还有在电路设计的时候幸免碰到某些没必要要的问题，因此咱们选择了上述的方案中的第三个方案;第三个方案就能够够达到咱们的要求，因此方案三咱们采纳了。

稳压电路部份能够采纳三极管等分立元件来实现，也能够采纳集成三端集成稳压芯片。

从性价比来讲，采纳三端集成稳压芯片来实现要好很多，此刻的稳压芯片功能壮大，且价钱低廉，很适合咱们这次的设计。

三端集成稳压芯片

方案一:

采纳7805三端稳压器电源

固定式三端稳压电源（7805）是由输出脚Vo，输入脚Vi和接地脚GND组成，它的稳压值为+5V，它属于CW78xx系列的稳压器，输入端接电容能够进一步的滤波，输出端也要接电容能够改善负载的刹时阻碍，此电路的稳固性也比较好，只是采纳的电容必需要漏电流要小的钽电容，若是采纳电解电容，那么电容量要比其它的数值要增加10倍，可是它不能够调整输出的直流电源;因此此方案不易采纳.

方案二:

采纳LM317可调式三端稳压器电源

LM317可调式三端稳压器电源能够持续输出可调的直流电压.

只是它只能持续可调的正电压，稳压器内部含有过流，过酷爱惜电路;由一个电阻（R）和一个可变电位器（RP）组成电压输出调剂电路，输出电压为:

Vo=（1+RP/R）.由此可见此稳压器的性能和稳压稳固度都比上一个三端稳压电源要好，因此此此方案可选，此电源就选用了LM317三端稳压电源，也确实是方案二.

LM317其特性参数：

输出电压可调范围：

～37V

输出负载电流：

1.5A

输入与输出工作压差ΔU=Ui-Uo：

3～40V

能知足设计要求,应选用LM317组成稳压电路。

数字显示部份

方案一：

用AT89C2051实现模数转换

利用单片机的软硬件资源实现高精度高速A/D转换，转换精度和转换速度还能够通过软件来改变，价钱也低廉。

只是对软件部份要求较高，比较难实现。

方案二：

采纳三位半A/D转换器ICL7107

ICL7107是高性能，低功耗的三位半A/D转换器，它含有七段译码器，显示驱动，参考源和时钟系统，它将高性能和低本钱结合在一路。

由于内部集成了驱动电路，因另外围电路十分简单，能够很容易实现本次设计中的电压数字显示功能。

尽管精度相对方案一要差，只是关于本次设计的要求已经足够了，因此数字显示部份采纳方案二。

第三章可调剂直流稳压电源

直流稳压电源的组成

直流稳压电源由变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四部份组成。

电源变压器：

是降压变压器，它将电网220V交流电压变换成符合需要的交流电压，并送给整流电路，变压器的变比由变压器的副边电压确信。

整流电路：

利用单向导电元件，把50Hz的正弦交流电变换成脉动的直流电

滤波电路：

能够将整流电路输出电压中的交流成份大部份加以滤除，从而取得比较滑腻的直流电压。

稳压电路：

稳压电路的功能是使输出的直流电压稳固，不随交流电网电压和负载的转变而转变。

3．1．2整流电路

整流电路有单相半波、全波、桥式和倍压整流；三相半波、三相桥式全波整流等多种电路。

以下要紧介绍小功率电源中经常使用的单相桥式。

为分析简单起见，咱们把二极管看成理想元件处置，即二极管的正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大。

单相桥式整流电路：

在u2的正半周内，二极管D一、D2导通，D3、D4截止；u2的负半周内，D3、D4导通，D一、D2截止。

正负半周内部都有电流流过的负载电阻RL，且方向是一致的。

电路的输出波形如图3所示。

在桥式整流电路中，每一个二极管都只在半个周期内导电，因此流过每一个二极管的平均电流等于输出电流的平均值的一半，即。

电路中的每只二极管经受的最大反向电压为

（U2是变压器副边电压有效值）。

单相桥式整流电路输出电压平均值

……….（3-1）

单相桥式全波整流电路中二极管的平均电流和输出电流：

………………………..（3-2）

单相桥式全波整流电路二极管上经受的最高反向电压：

……………………………（3-3）

3．1．3滤波电路

一、电路的组成

交流电压经整流电路整流后输出的是脉动直流，其中既有直流成份又有交流成份。

滤波电路确实是利用储能元件电容两头的电压（或通过电感中的电流）不能突变的特性,将电容与负载RL并联（或将电感与负载RL串联），滤掉整流电路输出电压中的交流成份，保留其直流成份，达到滑腻输出电压波形的目的。

这一进程称为滤波。

单相桥式整流电容滤波电路：

全波整流滤波电路（C=100UF）波形图全波整流滤波电路（C=470UF）波形图

全波整流滤波电路（C=1000UF）波形图全波整流滤波电路（C=3300UF）波形图

全波整流滤波电路（C=6800UF）波形图

二、电容滤波电路的特点

输出电压U0与时刻常数RLC有关

RLC愈大→电容器放电愈慢→U0（平均值）愈大。

一样取（T为电源电压的周期）

近似估算:

U0=

流过二极管瞬时电流专门大

RLC越大→U0越高,负载电流的平均值越大→整流管导电时刻越短→iD的峰值电流越大。

一样选管时，取…………（3-4）

通过以上全波整流电容滤波电路的波形图和分析能够看出：

并联电容滤波后，输出电压直流成份（即输出电压平均值）提高了；脉动成份降低了（即输出波形滑腻）。

电容放电时刻常数RLC愈大，放电愈慢，输出电压愈高，脉动愈小，滤波成效愈好。

输出电压随输出电流（负载电流）增大而下降较快，输出特性较软。

滤波电容愈大，滤波成效愈好，但整流二极管的导通时刻愈短，其中的电流冲击也愈大。

电容滤波电路适用于输出电压较高,负载电流较小且负载变更不大的场合。

3．1．4稳压电路

随着半导体工艺的进展,此刻已生产并普遍应用的单片集成稳压电源，具有体积小,靠得住性高,利用灵活,价钱低廉等优势。

最简单的集成稳压电源只有输入，输出和公共引出端,故称之为三端集成稳压器。

依照设计所要求的性能指标，选择集成三端稳压器。

因为要求输出电压可调，因此选择三端可调式集成稳压器。

可调式集成稳压器，常见要紧有CW317、CW337、LM317、LM337。

317系列稳压器输出持续可调的正电压，337系列稳压器输出连可调的负电压，可调范围为~37V，最大输出电流

为1.5A。

稳压内部含有过流、过酷爱惜电路，具有平安靠得住，性能优良、不易损坏、利用方便等优势。

其电压调整率和电流调整率均优于固定式集成稳压组成的可调电压稳压电源。

LM317系列和lM337系列的引脚功能相同，管脚图和典型电路如图4和图5.

图4管脚图图5典型电路

LM317作为输出电压可变的集成三端稳压块,是一种利用方便、应用普遍的集成稳压块。

317系列稳压块的型号很多:

例如LM317HVH、W317L等。

爱好者常经常使用317稳压块制作输出电压可变的稳压电源（其电路的大体形式如以下图所示）。

稳压电源的输出电压可用下式计算：

Vo=（1+R2/R1）...................（3-5）

仅仅从公式本身看,R一、R2的电阻值能够随意设定。

但是R1和R2的阻值是不能随意设定的。

第一317稳压块的输出电压转变范围是Vo=—37V（高输出电压的317稳压块如LM317HVA、LM317HVK等,其输出电压转变范围是Vo=—45V）,因此R2/R1的比值范围只能是0—。

第二是317稳压块都有一个最小稳固工作电流,有的资料称为最小输出电流,也有的资料称为最小泄放电流。

最小稳固工作电流的值一样为。

由于317稳压块的生产厂家不同、型号不同,其最小稳固工作电流也不相同,但一样不大于5mA。

当317稳压块的输出电流小于其最小稳固工作电流时,317稳压块就不能正常工作。

当317稳压块的输出电流大于其最小稳固工作电流时,317稳压块就能够够输出稳固的直流电压。

若是用317稳压块制作稳压电源时（如下图）,没有注意317稳压块的最小稳固工作电流,那么你制作的稳压电源可能会显现下述不正常现象:

稳压电源输出的有载电压和空载电压不同较大。

要解决317稳压块最小稳固工作电流的问题,能够通过设定R1和R2阻值的大小,而使317稳压块空载时输出的电流大于或等于其最小稳固工作电流,从而保证317稳压块在空载时能够稳固地工作。

现在,只要保证Vo/（R1+R2）≥,就能够够保证317稳压块在空载时能够稳固地工作。

上式中的为317稳压块的最小稳固工作电流。

固然,只要能保证317稳压块在空载时能够稳固地工作,Vo/（R1+R2）的值也能够设定为大于的任意值。

经计算可知R1的最大取值为R1≈Ω。

又因为R2/R1的最大值为。

因此R2的最大取值为R2≈Ω。

在利用317稳压块的输出电压计算公式计算其输出电压时,必需保证R1≥Ω,R2≤Ω两个不等式同时成立,才能保证317稳压块在空载时能够稳固地工作。

固然在317稳压块的输出端并联泄流电阻R（如下图）,也能够为317稳压块提供最小稳固工作电流。

可是,由于并联的泄流电阻不能随输出电压的转变而转变,若是要保证317稳压块在输出电压为时,其输出电流大于其最小稳固工作电流,那么在317稳压块的输出电压为37V时,流过泄流电阻的电流就太大了,如此不仅浪费了电能,而且增加了317稳压块的负担,不是一种妥当的方法。

总结：

1．317稳压块的输出电压转变范围是Vo=—37V，故R2/R1的比值范围只能是0—。

2．317最小稳固工作电流的值一样为，需要保证Vo/（R1+R2）≥，经计算可知R1的最大取值为R1≈Ω，电阻R1常取值

。

又因为R2/R1的最大值为。

因此R2的最大取值为R2≈Ω。

3．2参数计算

选择电源变压器

确信副边电压U2:

依照性能指标要求：

Uomin=9VUomax=12V

又∵Ui-Uomax≥（Ui-Uo）minUi-Uoin≤（Ui-Uo）max

其中：

（Ui-Uo）min=3V，………………（3-6）

（Ui-Uo）max=40V（LM317输入与输出工作压差ΔU=Ui-Uo：

3～40）

∴15V≤Ui≤49V

此范围中可任选：

Ui=17V=Uo1

依照Uo1=～U2

可得变压的副边电压：

确信变压器副边电流I2

∵Io1=Io

又副边电流I2=～2）IO1取IO=IOmax=500mA…………………（3-7）

那么I2=＊0.5A=0.75A

选择变压器的功率

变压器的输出功率：

Po>I2U2=

选择整流电路中的二极管

∵变压器的副边电压U2=15V

∴桥式整流电路中的二极管经受的最高反向电压为：

桥式整流电路中二极管经受的最高平均电流为：

……………（3-8）

查手册选整流二极管IN4001，其参数为：

反向击穿电压UBR=50V>21V

最大整流电流IF=1A>0.25A

滤波电路中滤波电容的选择

依照输出电流大小选择滤波电容C的参数。

输出电压为12V，最大输出电流为1A，那么1A输出电流对应的负载电阻

=15Ω……………（3-9）

依照

=（3～5）T/2条件，那么

C1=

=1300～3300uF，取2200u-3300uF能够知足要求。

在这种情形下，滤波输出电压uo=（有效值）。

电路中滤波电容经受的最高电压为

，因此所选电容器的耐压应大于21V。

3．3可调剂直流稳压电源原理图

D1和D2作用是：

当输出短路时，C13上的电压D2泄放掉，从而达到反偏爱惜的目的。

另外，当输入短路时，C14等元件上贮存的电压会通过D1泄放掉，用于避免内部内部调整管反偏。

C13用以提高LM317的纹波抑制能力。

C14用以改善IC的瞬态响应。

C11和C12用于输入整流滤波。

还有LM317回因温度升高而截止，必需加散热片。

3．4元件的选择

由上面的参数计算可知，咱们选择输出电压U2为15V，功率34W的变压器，整流整流电路中的二极管选用IN4001，耐压50V，电流1A。

也可由四个整流二极管组成，也可直接用集成的整流桥块代替。

C11选用电解电容2200UF，C12选用陶瓷电容0