一种可调式数字直流稳压电源的设计精选.doc

一种可调式数字直流稳压电源的设计 作者：周鼎，葛健，刘磊 2006-5-22 任务 设计并制作交流变换为直流的稳定电源。 基本要求 在输入电压220V、50HZ、电压变换范围＋15％～－20％的条件下： a: 输出电压可调范围为＋9V～＋12V b: 最大输出电流为1.5A c: 纹波电压（峰－峰值）=220mv(最低输出电压下，满载) d: 效率=40%（输出电压9V、输入电压220V下，满载） e: 具有过流以及短路保护功能 三：发挥部分 扩充功能 a:短路排除故障后，自动恢复为正常状态 b:短路保护 c:过热保护 扩大输出电压调节范围 用数字显示输出电压 摘要：在业余条件下进行电子制作，拥有一个可调节输出电压的稳压电源是非常有用的，市面上所售的成品可调稳压电源价格一般都在百元以上，外表看上去是挺好看的，但对于业余电子爱好者来说，实用是最主要的。本介绍的这款可调稳压电源，输出电压范围为到12V，最大输电流为1A，这些参数对于业余制作中的调试用电源基本能满足要求。 方案认证与比较 在进行电路的设计过程中，我们采用的是模块化思想，将整个电路分成几个分立的模块来分析、制作，最后再进行组装、调试。 方案一： 采用单级开关电源，由220V交流整流后，经开关电源稳压输出，但是由于这种方式产生的直流电压纹波比较大，无法得到稳定的电压输出，不符合我们的要求。 方案二： 我们将从滤波电路输出的电压接到线性稳压电路（如下图所示） 线性稳压电路的输出值可调，为9～12V的直流输出。此方案的优点是：电路简单、很容易调试，但是效率比较低，其输入端一般为15V左右的电压，而输出只有9～12V，压降较大，功率损耗比较严重，无法实现效率≥40％的目的。 方案三： 以方案二为基础，在线性稳压电路前加入DC-DC变换器，采用脉宽调制（PWM）技术，并采用恒压差控制技术，如右图所示 在这种情况下，由DC-DC变换器来完成从不稳定的直流电压到稳定的直流电压的转变，由于采用脉宽调制技术和恒压差控制技术，使得线性稳压电路两端压差减小，电路消耗大幅度下降，解决了方案二重的效率低下的问题。其次，由于使用脉宽调制技术，使得电路有了过流、过热、自动恢复等功能。 本电路从功能上分成五个模块，下面是对具体的电路模块进行的说明 交直流转换电路模块 本电路的目的在于从50HZ、220V的交流电压中得到直流电压。电路如图所示 当输入220V交流电压时，首先通过变压器降至25V左右交流电压。整流部分选用了全波桥式整流电路，输出为32V的直流电压。 DC-DC转换电路模块 使用此电路的目的在于最大限度地降低模块的功耗，同时，为下一级提供一个稳定的直流电压。它的电路图如下： DC-DC电路为有核心芯片TL494作控制的单端PWM降压型开关稳压电路。图中R10与C5决定开关电源的开关频率。电阻R8作为限流保护电阻用。其片内误差放大器（EA1）的同相输入端（脚2）通过5.1千欧电阻（R7）接入反馈信号，从后级线性稳压电路得到分压。开关管采用PNP型大功率晶体管。 工作原理：在恒定频率的PWM通断中，控制开关通断状态的控制信号是通过一个控制电压UVOM 与锯齿波相比较而产生的。控制电压则是通过偏差（即实际输出电压与其整定值之间的差值）获得的。锯齿波的峰值固定不变，其重复频率就是开关的通断频率。在PWM控制中，这以频率保持不变，频率范围为几千赫到几百千赫。当放大的偏差信号电平高于锯齿波的电平时，比较器输出高电平，这以高电平的控制信号导致开关导通，否则，开关处于关断状态。当后级反馈电压高于TL494的基准电压5V时，片内误差放大器EA1输出电压增加，将导致外接晶体管T和TL494内部T1,T2管的导通时间变短，使输出电压下降到与基准电压基本相等，从而维持输出电压稳定，反之亦然。 参数计算：由R10=39千欧，C5＝0.01uF,得振荡频率fosc=28.2kHZ 为保证电流连续，电感取值不能太小，但也不能太大。计算如下： Lmin=[(UI-UO) )/(2×I0)]TON =[(35-10)/(2×1.5)]×0.00002=167uH CU0×Toff/(8×l×f×U0) =15×10×0.000001/(8×0.001×30×1000×0.1) =6.25uF Iop=ILP=[(UI-UO)/(2×L)]×0.00002+1.5=1.75A 线性稳压电路模块 本电路的目的是在第一级稳压的基础上实现线性高精度稳压，降低纹波，提高电压调整率和负载调整率，最