七、电源设计设计制作报告.doc
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1、电源设计作者:1111111111111辅导教师:1111111111111111摘 要就像水是人的生命之源,电源则是电路的能量来源。本文设计制作了一个集稳压、稳流、DC-DC变换和变频于一体的高稳定电源。采用TL494组成的降压型DCDC稳压电路和LM324组成的线性稳压电路组成稳压电路,LM324组成稳流电路,DC-DC变换电路由TL494和高频电压器构成,变频则由单片机控制,通过软件实现。采用LCD12864液晶显示主芯片温度和输出电压,数码管显示输出电流.本电源功能全面,输出稳定可调,在工业生活中具有很大用途.关键字:稳压 稳流 DCDC变换 变频一、引言电源作为电路的能量来源,在电路
2、中起着关键作用。设计并制作交流变换为直流的稳定电源并进行变频电源设计,要求如下:(1)基础部分 稳压电源。在输入电压220V、50Hz电压变化范围1520条件下:a输出电压可调范围为+9V+12Vb最大输出电流为1.5Ac在输入电压220V变化范围1520下,空载到满载的电压调整率0.2d最低输入电压下,满载的负载调整率1e最低输入电压下,满载时,纹波电压(峰峰值)5mVf输出电压9V、输入电压220V下,满载时,效率40%g具有过流及短路保护功能 稳流电源。在输入电压固定为12V的条件下:a输出电流:420mA可调b输入电压12V、负载电阻由200300变化时,负载调整率1%(输出电流为20
3、mA) 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10mAb输入电压变化范围+9V+12V下,电压调整率1c输入电压+12V下,空载到满载,负载调整率1d输入电压+9V下,满载,纹波电压(峰-峰值)100mV 对输出电压进行变频设计.使输出电压频率在(25hz75hz之间变化),并能显示频率变化。(2)发挥部分 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” 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 改善DC-DC变换器a提高效率(在100V、100mA下)b提
4、高输出电压 用数字显示输出电压和输出电流。二、方案设计1.设计思路在接入市电下,先制作稳压电源稳定输出电压范围在+9V+12V;然后制作稳流电源,在稳定输入电压为+12V下,输出稳定电流范围420mA可调;第三步制作DC-DC变换器,在输入电压为+9V+12V条件下,输出电压+100V,输出电流10mA;最后用单片机以软件实现变频设计.在稳压部分增加线性稳压模块可有效降低电压调整率和负载调整率,采用集成芯片可提供过流、过压保护。采用温度传感器结合软件实现过热保护。电源关键在于输出纹波尽量小,带负载能力尽量大,所以整个设计主要围绕这两方面进行。系统框图如下图1所示:图1 总系统框架图2。方案论证
5、与选择(1)稳压电源方案论证与选择方案一:从滤波电路输出后,直接进入线性稳压电路。系统框图如下图2所示。线性稳压电路输出值可调,输出为+9V+12V直流电压.这种方案优点在于:电路简单,容易调试,但效率上难以保证,因为线性稳压电路的输入端一般为15V左右的电压,而其输出端只有912V,两端压降太大,功率损耗大,不利电路总效率.方案二:以方案二为基础,在线性稳压电路的前端加入降压型DCDC变换器,采用脉宽调制(PWM)技术和恒压差控制技术,系统框图如图3所示。在这种情况下,通过DCDC变换器把不稳定的直流电压转变为稳定的直流电压,由于采用脉宽调制技术和恒压差控制,使得线性稳压电路两端压差减小,有
6、效降低功耗.另外,因为使用脉宽调制,很容易进行过流、过热和自保恢复。图3 方案二系统框图综合比较,方案二更加满足要求。(2)稳流电源方案论证与选择方案一:采用双运放构成恒流电路。这种方案利用运放构成一个深度负反馈电路,能够有效抑制外界干扰,使得恒流电源工作稳定性增强。方案二:采用LM317集成芯片构成基准电压源。将LM317的3端与1端之间固定压降为1。25V,流经固定电阻后产生稳定电流.综合比较,考虑LM317集成度非常高,不利于实行项目自我设计,因此选择方案二。(3)DCDC变换器方案论证与选择方案一:采用Boost型DC-DC升压器。这种方案虽然容易实现,但是不适合自行设计,输出/输入电
7、压比也太大,输出电压范围小,难以达到较高指标.方案二:采用带变压器的开关电源.采用高频电压器,可以做到输出电压宽,开关频率和占空比合适.(4)显示器的论证与选择方案一:采用七段数码管显示。数码管,显示大亮度高,驱动部份的软件简单,但是耗电和功耗比较大。题目要求最高显示6位数码,对数码管而言硬件电路较复杂,还要显示万年历,因此数码管不适合完成此功能。方案二:采用LCD12864液晶显示.12864是一种图形点阵液晶显示器,它主要由行驱动器/列驱动器及12864全点阵液晶显示器组成。可完成图形显示,也可以显示84个(1616点阵)汉字。具有很好的人机界面。综合比较,考虑到需显示的量比较多,因此同时
8、采用方案一和方案二.12864主要显示温度、输出电压和频率,数码管显示输出电流。3.系统硬件电路设计(1)整流滤波电路整流滤波电路将220V/50Hz的交流电压转换成直流电压。电路原理如图4所示。当输入为220V交流电压时,首先通过变压器降至23V左右交流电压,整流部分选用全波桥式整流电路形式,经电容滤波输出电压为29V直流电压。(2)稳压电源电路PWM降压型开关稳压电路:采用集成芯片TL494为控制核心,其他由PNP型大功率开关管TIP32A、二极管MR850和LC低通滤波电路组成.电路原理图如下图5所示。TL494产生固定开关频率控制大功率开关管TIP32导通与断开,开关管导通期间,二极管
9、MR850反偏,由输入提供能量给电感,同时提供能量给负载。当开关管断开时,电感电压使二极管导通,电感中存储的能量传送给负载。图5 PWM降压型开关稳压电路开关电源的开关频率由TL494上引脚端5和6上的电容和电阻决定,关系式为 选取开关频率=1.1MHz,则选取电阻=1K,电容=1000P.电容和电阻到输入地接一0。1的电阻,达到限流保护的作用。线性稳压电路:在降压型开关稳压电路的基础上,实现线性高精度稳压,以降低纹波,提高电压调整率和负载调整率。线性稳压电路由稳压管TL431(2。5V)、比较器(LM324)、达林顿管MJE3055和电阻反馈网络组成。电路原理如下图6所示。图6 线性稳压电路
10、图稳压管产生一个基准电压2。5V,接比较器同向输入端,输入电压经电阻网络分压反馈至比较器方向输入端进行比较,比较输出电压控制达林顿管的发射极电压,从而得到所需高稳定直流电压。输出电压为取=3K,=1K,则调节电位器可使输出在+9V+12V可调。(3)稳流电源电路 稳流电路主要由双运放LM324构成。电路原理如下图7所示.图7 LM324构成稳流电源电路输出级LM324的同向电压和反向电压分别为+ 根据放大器特性,=,取,则上的压降等于基准电压,计算得到=.则输出电流为调节电位器可得到输出电流范围420mA.(4)DCDC变换器电路升压型开关稳压电路的工作原理如图7所示。开关管导通时,输入电流流
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