数控直流稳压电源.pptx

《数控直流稳压电源.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数控直流稳压电源.pptx（58页珍藏版）》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、一、设计任务与要求1、设计任务、设计任务 设计并制作有一定输出电压调节范围设计并制作有一定输出电压调节范围 和功能的数控直流稳压电源。和功能的数控直流稳压电源。第1页/共58页2、基本要求、基本要求1、输出直流电压调节范围、输出直流电压调节范围015V，纹，纹波小于波小于20mV。2、输出电流、输出电流0500mA。一、设计任务与要求第2页/共58页3、输出直流电压能步进调节，步进值为、输出直流电压能步进调节，步进值为1V。4、由、由“+”、“-”两键控制输出电压步进两键控制输出电压步进值的增或减。值的增或减。5、用数码管显示输出电压值，当输出电压、用数码管显示输出电压值，当输出电压为为15V

2、时，数码管显示为时，数码管显示为“15”。一、设计任务与要求第3页/共58页1、直流稳压电源框图、直流稳压电源框图电源电源变压器变压器整流整流电路电路滤波滤波电路电路稳压稳压电路电路+uO220V50Hz数控电源电路与普通直流电源电路区别在数控电源电路与普通直流电源电路区别在于稳压电路部分！于稳压电路部分！+uI二、设计的基本原理第4页/共58页2、稳压电路工作原理、稳压电路工作原理采用串联型稳压电路，其原理图为采用串联型稳压电路，其原理图为二、设计的基本原理调调 整整 管管取取 样样 电电 路路比比 较较 放放 大大 器器基基 准准 电电 压压 电电 路路第5页/共58页输出电压为：输出电压

3、为：二、设计的基本原理 显然，显然，UO与与UZ成线性关系，若成线性关系，若UZ是数是数控的，则控的，则UO就可以是数控的。故基准电源就可以是数控的。故基准电源电路可用数控基准电源电路代替。电路可用数控基准电源电路代替。第6页/共58页3、数控基准电源、数控基准电源数控基准电源的原理框图数控基准电源的原理框图 二、设计的基本原理此处，此处，UO代替稳压管电压代替稳压管电压UZ。第7页/共58页数控基准电源的工作原理数控基准电源的工作原理二、设计的基本原理 产生记数的脉产生记数的脉冲信号，实现电冲信号，实现电压步进值的增或压步进值的增或减。减。“+”键控键控制步进增，制步进增，“”键控制步进减。

4、键控制步进减。对单脉冲产对单脉冲产生电路的信号进生电路的信号进行行“+”或或“”计数，或从预计数，或从预置数端直接输入置数端直接输入所需的数值。所需的数值。将计数器输将计数器输出的数字量转换出的数字量转换成模拟量成模拟量UO，控制稳压电源的控制稳压电源的输出。输出。将计数器将计数器的输出译码，的输出译码，显示当前稳压显示当前稳压电源的输出。电源的输出。第8页/共58页三、具体设计、总框图第9页/共58页、单元电路设计1、数控基准电源、数控基准电源1、单脉冲产生电路、单脉冲产生电路 单脉冲通常可以用按键产生，实际的电路单脉冲通常可以用按键产生，实际的电路有多种形式，可以由门电路构成，也可以由集有

5、多种形式，可以由门电路构成，也可以由集成单脉冲触发器构成。成单脉冲触发器构成。三、具体设计第10页/共58页单脉冲产生电路单脉冲产生电路1（1）工作原理）工作原理按键闭合：按键闭合：C充电，充电，充充=R1C按键断开：按键断开：C放电，放电，放放=R2CG：施密特触发器，有：施密特触发器，有VT+、VT-则则uC与与uO的波形为：的波形为：即按键一下，输出即按键一下，输出一个负脉冲。一个负脉冲。注意：注意：R1电阻必须有，电阻必须有，否则电容否则电容C容易损坏。容易损坏。、单元电路设计 1、数控基准电源第11页/共58页（2）R、C及及VCC值估算值估算VCC估算：估算：必须必须UR2 VT+

6、、单元电路设计 1、数控基准电源VT+可根据选用的施密特触发器型号，从手册上查得。其值与施密特触发器的工作电源电压VDD有关。一般VDD、VCC取自同一个电源，根据实验室提供的稳压电源确定，如5V、10V、12V、15V等。因故第12页/共58页设：充电开始到uC=VT+所需时间为tW。则：故：、单元电路设计 1、数控基准电源R、C估算：估算：按键闭合后，必须能使按键闭合后，必须能使电容电容C充电到充电到VT+以上，从而以上，从而使施密特触发器输出翻转。使施密特触发器输出翻转。tW必须小于手按键时间。其中第13页/共58页R、C估算：估算：一般 取C=0.1F；查得VT+；由公式计算R1、R2

7、（可取R1=R2）；单脉冲产生电路2可自己看指导书。设：手按键时间为1ms；则、单元电路设计 1、数控基准电源第14页/共58页2、可逆计数器、可逆计数器 可逆计数器可直接用可逆计数器可直接用74LS192/74LS193实实现。为使现。为使D/A转换方便起见，选用十六进制的转换方便起见，选用十六进制的 74LS193。、74LS193逻辑符号及引脚功能逻辑符号及引脚功能74LS193减计数减计数加计数加计数异步置异步置0端端同步置数端同步置数端借位借位进位进位、单元电路设计 1、数控基准电源第15页/共58页、与前后电路连接与前后电路连接74LS193、单元电路设计 1、数控基准电源 单脉冲

8、单脉冲 产产 生生 电电 路路 RD 接接双掷开关。双掷开关。RD=1时，直接清时，直接清0；RD=0时，正常工作。时，正常工作。单脉冲单脉冲 产产 生生 电电 路路“+”按键按键产生步进产生步进“”按键按键产生步进产生步进分别接分别接4个个双掷开关双掷开关用于置数用于置数分别接分别接D/A转换器转换器的的4个输入端。个输入端。LD接双掷开关。接双掷开关。LD=1时，计数，实现步进；时，计数，实现步进；LD=0时，时，CP上升沿时刻置数：上升沿时刻置数：Q3Q2Q1Q0=D3D2D1D0第16页/共58页3、D/A转换电路转换电路 D/A转换电路有多种型号，我们选用最常转换电路有多种型号，我们

9、选用最常用的用的DAC0832 D/A转换芯片为例，说明转换芯片为例，说明D/A转转换电路的设计。换电路的设计。、内部结构内部结构、单元电路设计 1、数控基准电源第17页/共58页、单元电路设计 1、数控基准电源数据数据输入输入端端输入输入寄存寄存器选器选通端通端DAC寄存寄存器选通端器选通端模拟地模拟地电源电源515V数字地数字地？ILE：信号允许端，：信号允许端，高电平有效；高电平有效；CS：片选端，片选端，低电平有效；低电平有效；WR1：写输入端：写输入端1，低电平有效。低电平有效。XFER：信号传送控制端，：信号传送控制端，低电平有效；低电平有效；WR2：写输入端：写输入端2，低电平有

10、效。低电平有效。第18页/共58页、单元电路设计 1、数控基准电源VREF：参考电压输入端，电压范围为：参考电压输入端，电压范围为10V；Iout1：D/A转换器电流输出端，接外部运放的转换器电流输出端，接外部运放的反相输入端反相输入端；Iout2：D/A转换器电流输出端，接外部运放的转换器电流输出端，接外部运放的同相输入端；同相输入端；RF：反馈电阻端，内部已有与倒反馈电阻端，内部已有与倒T型网络匹配型网络匹配的电阻的电阻R。接外部运放的输出端。接外部运放的输出端。第19页/共58页、DAC0832基本工作方式基本工作方式双缓冲方式双缓冲方式：两级寄存器均工作在输入锁存状态，即两级寄存器均工

11、作在输入锁存状态，即 、单元电路设计 1、数控基准电源ILE=0 或 CS=1 或 WR1=1 WR2=1 或 XFER=1第20页/共58页、DAC0832基本工作方式基本工作方式单缓冲方式单缓冲方式：一级寄存器锁存，另一级直通一级寄存器锁存，另一级直通。、单元电路设计 1、数控基准电源第21页/共58页、DAC0832基本工作方式基本工作方式完全直通方式完全直通方式：两级寄存器均工作在直通状态，即两级寄存器均工作在直通状态，即 、单元电路设计 1、数控基准电源ILE=1 CS=WR1=WR2=XFER=0第22页/共58页、D/A转换电路的连接及参数设置转换电路的连接及参数设置连接方式连接

12、方式：采用完全采用完全直通方式。直通方式。、单元电路设计 1、数控基准电源也可自选反馈电阻，接在也可自选反馈电阻，接在U O与与IOUT1之间。之间。第23页/共58页、D/A转换电路的连接及参数设置转换电路的连接及参数设置VREF设置设置：、单元电路设计 1、数控基准电源8位位 D/A转换器的输出电压为：转换器的输出电压为：因计数器输出只有因计数器输出只有4位，只能接位，只能接D/A转换器转换器中中D0D7的的4位，故位，故输出输出电压与输入端的选择有电压与输入端的选择有关。关。第24页/共58页、单元电路设计 1、数控基准电源若若选低选低4位，则：位，则：步进值为：若取步进值为：应取合适的

13、VREF及步进值。考虑:则应取若取步进值为：则应取若若选高选高4位，则：位，则：步进值为：若取步进值为：则应取若取步进值为：则应取第25页/共58页、D/A转换电路的连接及参数设置转换电路的连接及参数设置数控基准电源输出电压范围数控基准电源输出电压范围：、单元电路设计 1、数控基准电源若若选低选低4位，则：位，则：D=0000000000001111因故若若选高选高4位，则：位，则：D=0000000011110000故第26页/共58页、D/A转换电路的外接运放选取转换电路的外接运放选取根据运放的最大输出电压、输出电流选择根据运放的最大输出电压、输出电流选择、单元电路设计 1、数控基准电源若

14、若选低选低4位位运放的最大输出电压为：若若选高选高4位位第27页/共58页、单元电路设计 1、数控基准电源若若选低选低4位位若若选高选高4位位运放的最大输出电流为：、D/A转换电路的外接运放选取转换电路的外接运放选取第28页/共58页、输入电压输入电压UI的确定的确定、单元电路设计 2、稳压电路由模电知识：由模电知识：因设计指标：因设计指标：一般一般故故考虑电源电压波动考虑电源电压波动10%，则：，则：即即取取第29页/共58页、调整管参数选择（三个极限参数）调整管参数选择（三个极限参数）、单元电路设计 2、稳压电路由模电知识：由模电知识：设计指标：设计指标：选管子，使选管子，使注意管子类型，

15、注意管子类型，PNP还是还是NPN。第30页/共58页、运放的选取运放的选取、单元电路设计 2、稳压电路运放输出电流：运放输出电流：设计指标：设计指标：运放输出电压：运放输出电压：运放电源电压：运放电源电压：必须大于运放的输出电压。必须大于运放的输出电压。第31页/共58页、单元电路设计 2、稳压电路基准电源的运放要求：基准电源的运放要求：若若选高选高4位位显然，满足比较放大器的要求，就可以满足基准显然，满足比较放大器的要求，就可以满足基准电源的要求，故运放可选用同一种。电源的要求，故运放可选用同一种。比较放大器的运放要求：比较放大器的运放要求：、运放的选取运放的选取第32页/共58页、取样电

16、路取样电路R1、R2的选取的选取、单元电路设计 2、稳压电路输出电压：输出电压：设计指标：设计指标：步进值：步进值：步进值：步进值：则：则：第33页/共58页、取样电路取样电路R1、R2的选取的选取、单元电路设计 2、稳压电路则则若若若若则则R1、R2比例越大，调整越困难，故应选择合适的比例越大，调整越困难，故应选择合适的 。实际电路中，实际电路中，R1可用一个固定电阻和一个可调电阻可用一个固定电阻和一个可调电阻串联，以便于调整比例。串联，以便于调整比例。第34页/共58页、纹波小于纹波小于20mV的设置的设置、单元电路设计 2、稳压电路产生纹波的原因有两个：产生纹波的原因有两个：变化，或变化

17、。纹波为纹波为D最大时的最大时的UO。故。故选低4位选高4位第35页/共58页、纹波小于纹波小于20mV的设置的设置、单元电路设计 2、稳压电路变化，不变时：选低4位选高4位A、第36页/共58页、纹波小于纹波小于20mV的设置的设置、单元电路设计 2、稳压电路即D/A转换器VREF端接的电压值必须在范围内，才能使纹波小于20mV。变化，不变时：A、怎么实现？第37页/共58页、纹波小于纹波小于20mV的设置的设置、单元电路设计 2、稳压电路变化，不变时：选低4位选高4位第38页/共58页、纹波小于纹波小于20mV的设置的设置、单元电路设计 2、稳压电路即取样电路电阻比值必须在范围内，才能使纹

18、波小于20mV。变化，不变时：第39页/共58页1、译码显示电路框图译码显示电路框图、单元电路设计 3、译码显示电路译码显示电路框图第40页/共58页2、十六进制、十六进制/BCD码转换电路码转换电路、单元电路设计 3、译码显示电路十位十位个位个位Q3Q2Q1Q0D2C2B2A2D1C1B1A100000000000100010010001000110011010001000101010101100110011101111000100010011001101000010000101100010001110000010010110100010011111000010100111100010101

19、、列真值表第41页/共58页2、十六进制、十六进制/BCD码转换电路码转换电路、单元电路设计 3、译码显示电路、卡诺图化简1111110111100010110100Q1Q0Q3Q2110111100010110100Q1Q0Q3Q21111111101100010110100Q1Q0Q3Q2第42页/共58页2、十六进制、十六进制/BCD码转换电路码转换电路、单元电路设计 3、译码显示电路、卡诺图化简1111110110110010110100Q1Q0Q3Q2111111011110110010110100Q1Q0Q3Q2、画电路图（略）第43页/共58页、单元电路设计 、元器件选取规则1、

20、选电源、选电源电路中需用稳压电源的有：电路中需用稳压电源的有：VCC、VDD、VREF、UI，这些值应根据计算结果，结合实验室稳压电源的允，这些值应根据计算结果，结合实验室稳压电源的允许值选取，然后再计算其它参数值。许值选取，然后再计算其它参数值。VCC、VDD尽量选尽量选择相同的值，从而减少使用电源个数，择相同的值，从而减少使用电源个数，VREF尽量选整尽量选整数数,以使调整方便，误差少。以使调整方便，误差少。2、选运放、选运放实验室提供了两种运放芯片实验室提供了两种运放芯片LM353、LM342，查，查手册了解参数，确定引脚功能，搞清电源数值，按运手册了解参数，确定引脚功能，搞清电源数值，

21、按运放的电源电压必须大于输出电压的要求选择。放的电源电压必须大于输出电压的要求选择。3、选电阻、选电阻实验室提供的电阻均是标称值的，应根据计算结实验室提供的电阻均是标称值的，应根据计算结果，选择相近值的电阻，不够部分加电位器调节。果，选择相近值的电阻，不够部分加电位器调节。第44页/共58页 将每一个单元电路经过将每一个单元电路经过Multisim仿仿真后，再做实际电路。真后，再做实际电路。、Multisim 仿真第45页/共58页分别焊接单元电路，然后将各模块组装。分别焊接单元电路，然后将各模块组装。1、整体结构布局和元器件的安置、整体结构布局和元器件的安置首先应该考虑电气性能上的合理性，其

22、次要尽首先应该考虑电气性能上的合理性，其次要尽可能注意整齐美观，具体应注意以下几点：可能注意整齐美观，具体应注意以下几点：（1）整整体体结结构构布布局局要要合合理理，要要根根据据电电路路板板的的面面积积合理布置元器件的密度。合理布置元器件的密度。（2）元元器器件件的的安安置置要要便便于于调调试试、测测量量和和更更换换。电电路路图图中中相相邻邻的的元元器器件件，在在安安装装时时原原则则上上也也应应就就近近安安装装。不不同同级级的的元元件件不不要要混混置置在在一一起起，输输入入级级和和输输出出级级之之间间不不要要靠靠近近，以以免免引引起起级级与与级级之之间间的的寄寄生生耦耦合合，使干扰和噪声增大。

23、使干扰和噪声增大。组装第46页/共58页（3）对对于于有有磁磁场场产产生生相相互互影影响响和和干干扰扰的的元元器器件件，应该尽可能分开或采取自身屏蔽。应该尽可能分开或采取自身屏蔽。（4）发发热热元元器器件件的的安安置置要要尽尽可可能能靠靠近近电电路路板板的的边边缘缘，以以利利于于散散热热，必必要要时时加加装装散散热热器器。为为保保证证电电路稳定工作，对温度敏感的元器件要远离发热元件。路稳定工作，对温度敏感的元器件要远离发热元件。（5）元元器器件件的的标标志志安安装装时时应应该该一一律律向向外外，以以便便检检查查。元元器器件件在在电电路路板板上上的的位位置置方方向向原原则则上上应应横横平平竖竖直

24、直。接接插插集集成成电电路路时时首首先先应应认认清清管管脚脚排排列列方方向向，所所有有集集成成电电路路的的插插入入方方向向应应保保持持一一致致，集集成成电电路路上上有缺口的或有小孔标志的一端一般在左侧。有缺口的或有小孔标志的一端一般在左侧。组装第47页/共58页 2、正确布线、正确布线电电子子电电路路合合理理布布线线，不不仅仅影影响响其其外外观观，而而且且是是影影响响电电子子电电路路性性能能的的重重要要因因素素之之一一。电电路路中中常常见见的的自自激激振振荡荡，往往往往是是由由于于布布线线不不合合理理所所致致。因因此此，为为保保证证电电子子电电路路工工作作的的稳稳定定可可靠靠，在在电电路路安安

25、装装时时布布线线应应注意以下几点：注意以下几点：（1）所所有有布布线线应应直直线线排排列列，并并做做到到横横平平竖竖直直，以以减减小小分分布布参参数数对对电电路路的的影影响响。走走线线要要尽尽可可能能短短，信信号号线线不不可可迂迂回回，尽尽量量减减少少形形成成闭闭合合回回路路。信信号号线线之之间间、信信号号线线与与电电源源线线之之间间不不要要平平行行，以以防防寄寄生生耦耦合而引起电路自激。合而引起电路自激。（2）布布线线应应贴贴近近电电路路板板，不不应应悬悬空空，更更不不应应跨跨接接在在元元件件上上面面，走走线线之之间间应应避避免免相相互互重重叠叠，电电源源线线不要紧靠有源元件的引脚。不要紧靠

26、有源元件的引脚。组装第48页/共58页（3）为为使使布布线线整整洁洁美美观观，并并便便于于测测量量和和检检查查，要要尽尽可可能能选选择择不不同同颜颜色色的的线线，电电源源线线的的正正负负极极和和地地线的颜色要有规律。线的颜色要有规律。（4）布布线线时时一一般般先先布布置置电电源源线线和和地地线线，再再布布信信号号线线。布布线线时时要要根根据据电电路路原原理理图图或或装装配配图图，从从输输入入到到输输出出逐逐级级布布线线，切切忌忌东东接接一一根根西西接接一一根根没没有有规规律律，这样容易形成错线和漏线。这样容易形成错线和漏线。（5）地地线线是是所所有有信信号号共共同同使使用用的的通通路路，一一般

27、般地地线线较较长长，为为减减小小信信号号通通过过公公共共阻阻抗抗的的耦耦合合，故故地地线线要选择较粗的导线。要选择较粗的导线。组装第49页/共58页3、焊接工艺、焊接工艺组装第50页/共58页4、所需工具、所需工具1）、小剪刀；）、小剪刀；2）、小螺丝刀；）、小螺丝刀；3）、镊子钳；）、镊子钳；4）、）、45W电烙铁。电烙铁。每组一套。每组一套。购买地点：信息楼购买地点：信息楼410房间房间购买时间：本周四（购买时间：本周四（7月月2日）上午日）上午9：00也可自己在其它地方购买，只要符合要求即可。也可自己在其它地方购买，只要符合要求即可。组装第51页/共58页1、调试各单元电路、调试各单元电

28、路调试1、调试单脉冲电路，按键一下产生一个矩形波。、调试单脉冲电路，按键一下产生一个矩形波。2、测试可逆计数器是否可正常工作：、测试可逆计数器是否可正常工作：计数器给一个矩形波，输出数字加计数器给一个矩形波，输出数字加1（或减（或减1）；）；第52页/共58页调试3、调试、调试D/A转换器电路转换器电路 可在电路中增加可在电路中增加3个个电位器电位器RP1、RP2、RP3，如图。，如图。、零点校准、零点校准RP3：调零电位器。：调零电位器。当输入当输入00000000时，时，若若vO0，调节，调节RP3，使，使vO=0。若运放无调零部分就不用接若运放无调零部分就不用接RP3。给数字量，用万用表

29、测试输出模拟电压。、校准调节、校准调节 第53页/共58页调试3、调试、调试D/A转换器电路转换器电路、校准调节、校准调节 、增益校准、增益校准RP2：调放大倍数电位器。：调放大倍数电位器。当输入当输入11111111时，时，若若vO9.96V，调，调RP1。增大增大RP1，使，使VREF减小，减小，vO下降，直到下降，直到vO=9.96V。3、调试、调试D/A转换器电路转换器电路第55页/共58页调试3、调试、调试D/A转换器电路转换器电路、步进调节、步进调节在输入数字量在输入数字量00001111变化时：变化时：4、调试基准电源电路将基准电源电路连接起来，输入数字量00001111变化时，基准电压输出变化正确，译码输出显示015。低4位高4位第56页/共58页2、调试总电路、调试总电路调试各各块块电电路路连连接接后后，调调试试输输出出电电压压在在输输入入数数字字量量00001111变变化化时时，能能实实现现015V变变化化，同同时时显显示示015数字。数字。第57页/共58页感谢您的观看！第58页/共58页