1、目錄1 前言 22總體方案設計 32.1 方案一 32.2 方案二 42.3 方案選擇 53單元模塊設計 53.1 單元模塊功能介紹 53.1.1 輔助電源部分設計 53.1.2 主要電源部分設計 73.1.3 保護電路部分設計 73.1.4 繼電器驅動部分設計 83.1.5 輸出電壓比較部分設計 93.1.6 編碼譯碼部分設計 93.2 電路設計及參數計算 103.3 特殊器件介紹： 113.4 各單元模塊連接 164系統調試及結果分析 175設計總結 17【參考文獻】 186 系統原理圖 191 前言可以說，有電器的地方就有電源。所有的電子設備都離不開可靠的電源為其供電。 現代電子設備中的

2、電路使用了大量的半導體器件，這些半導體需要幾伏到幾十伏的直流供電，以便得到正常工作所必需的能源。這些直流電源有的屬于化學電源， 如采用干電池和蓄電池，但這些不能持久性的供電。大多數電子設備的直流供電方法都是將交流電源經過變壓、整流、濾波、 穩壓等變換為所需的直流電壓。完成這種變換任務的電源成為直流穩壓電源。現代電子設備中使用的直流穩壓電源有兩大類：線性穩壓電源和開關性穩壓電源。 所謂線性穩壓電源就是其調整管工作在線性放大區，這種穩壓電源的最主要的缺點是變換效率低，一般只有35%60%左右。開關穩壓電源的開關管工作在開關狀態，其主要的優越性就是變換效率高，可高達70%95%。目前，計算機、通信設

3、備、雷達、 電視及家用電器等現代電子設備中的穩壓電源已基本采用了開關穩壓電源，因此，下面將介紹開關穩壓電源的設計。222 .總體方案設計2.1 方案一該方案是通過變壓器變壓，再經過整流電路、濾波電路進而將交流電變為直 流電，在通過穩壓器的穩壓得到較穩定的電壓， 由于穩壓器當輸入電壓固定時只 能在它的電壓差范圍內調節輸出電壓，、所以要在調出電壓差的范圍時自動調檔， 這是通過兩個比較器將輸出電壓和基準電壓進行比較，再通過計數器的計數功能控制繼電器控制器的輸入情況來判斷輸出電壓的大小在哪個范圍，然后進行自動調檔。最后將穩壓器的輸出電壓流經保護電路，最后輸出。如圖2.1。圖2.12.2 方案二該方案也

4、是通過變壓器變壓，再經過整流電路、濾波電路進而將交流電變 為直流電，在通過穩壓器的穩壓得到較穩定的電壓， 主要是自動換檔這一單元有 所改變，該方案的這一單元的原理是：將穩壓器輸出的電壓通過六個比較器和基 準電壓進行比較，將得出的結果通過編碼器、 譯碼器得出有效的二進制碼，接著 通過繼電器控制器控制繼電器自動調節檔位。 最后將穩壓器的輸出電壓流經保護 電路輸出，如圖2.2。圖2.22.3 方案選擇方案一的優點在于所用的器件較少，但由于用計數器給繼電器控制器有一 個缺點：當電源一開始就往下調，要是不置數的話，往下就不能計數，但如果置數 的話，在方案上有點困難；方案二雖然元器件多點但它能完整的完成自

5、動調檔功 能,并且思路簡單明了，容易讓人理解并不會出什么錯誤，元器件又好解決.所以 我選用第二中方案。3 .單元模塊設計3.1 單元模塊功能介紹3.1.1 輔助電源部分設計該部分的功能是提供主要電源部分所使用的芯片的驅動電壓和用來作為基 準電壓。圖3.1.1輔助電源+5V該電源提供穩定的直流電源+5V,它的主要功能是提供給比較器、譯碼器和 編碼器的驅動電壓+5V如圖3.1.1。圖3.1.2輔助電源+12V該電源提供穩定的直流電源 +12V,它的主要功能是提供給 2803驅動電壓 +12V和提供比較器的基準電壓。如圖 3.1.2 o該電源主要通過整流、濾波和穩壓三部分構成，起部分功能如下： 橋式

6、整流電路：在U2的正半周，a點的電位高于b點的電位，D1、D3導通，D2、D4截止， 電流自a端經D1, RL和D3回到電源的b端；在U2的負半周，b點的電位高于a 點的電位，D2、D3導通，D1、D3截止，電流自b端經D2、RL和D4回到電源的 a端。與半波整流電路相比，在 U2、RL相同條件下，輸出的只電流、電壓都提 高一倍；電流脈動程度減小；變壓器在正、負半周都有對稱的電流流過，既得到 充分利用，又不存在單磁化的問題，但需要 4個整流二極管，線路稍復雜。與全 波整流相比，雖然多用了 2個整流二極管，但反向耐壓低了一倍，變壓器次級少了一圈，綜合成本低于全波整流電路。電容濾波電路電容濾波電路

7、的特點：(1)電流的有效值和平均值的關系與波形有關，在平均值相同的情況下， 波形越尖，有效值越大。在純電阻負載時，變壓器副邊的有效值I2=1.11IL ,而有電容濾波時12= (1.52) IL。(2)負載平均電壓VL升高，紋波(交流成分)減小，且 RLC越大，電容 放電速率越慢，則負載電壓中的紋波成分越小， 負載平均電壓越高。為了得到平 滑的負載電壓，一般取 RL*O (3-5) T/2 (式中T為電源交流電壓的周期)。(3)負載直流電壓隨負載電流增加而減小。 VL隨IL的變化關系稱為輸出 特性或外特性，如圖所示。電容濾波電路簡單，負載直流電壓VL較高，紋波也較小，它的缺點是輸出 特性較差，

8、適用于負載電壓較高，負載變動不大的場合。3.1.2 主要電源部分設計圖3.1.3可調電源部分該部分通過三端可調集成穩壓器實行對電壓的調節，當調節電位器R2時,電壓就會隨著電阻的阻值變化而變化3.1.3 保護電路部分設計圖3.1.4保護電路如圖3.1.3，該保護電路采用場效應管的功能，其工作原理如下：當電源輸出短路時，場效應管VT2的柵源極變成等電位而導通，其漏源極就會分去調整管VT1的基極電流達到減小調整管導通過電流的作用，R2為場效應管柵極的保護電 阻。選用場效應管時應使其導通電壓降（漏源極間的電壓）小于調整管發射結導 通電壓降。3.1.4 繼電器驅動部分設計J?1234567CON7JDQ

9、?JDJDJDQ?JDQ-T71JDQ?JDQ-T71JDQJDQ-T7TUO ATUO STUO4TUO aluoMoc 8NI 7ni 6ni 5ni 4NI 3NI 2niIC?ULN2803圖3.1.4繼電器驅動該部分的設計主要利用繼電器的特殊功能：當繼電器兩端有電壓時，繼電器則導通，反之繼電器就斷開。繼電器用2803芯片驅動，如圖3.1.4所示，可知A,B兩端接到整流部分，2803輸入端接譯碼部分。當譯碼信號傳給 2803時，它即將判斷那端輸出高電平，接到這端的繼電器導通，即與變壓器的一檔位接通， 起 到換擋作用3.1.5 輸出電壓比較部分設計VCCGND?1?1?1?1?1?1U?

10、A145832U?A145832U?A145832U?A145832U?A14583254U?ACA139圖3.1.6電壓比較該部分的原理主要是利用對輸出電壓與基準電壓進行比較從而判斷輸出電 壓在哪個范圍，由此得出比較信號，將它傳給編碼器編碼。如圖 3.1.5可知，六 個比較器的輸出端接編碼器，輸入端接的基準電壓。此基準電壓是通過+12V的輔助電源供給的。比較器的原理是：當輸入電壓比基準電壓高時輸出高電平，而當輸入電壓比基準電壓低時則輸出低電平。3.1.6 編碼譯碼部分設計U?0A1B2C34GS567EI EO91071361214 GND 一U?Q0Q1Q2AQ3BQ4CQ5DQ6Q7Q8

11、Q9402815314974LS148圖3.1.7編碼譯碼如圖3.1.6所示，編碼器的輸入端接比較器的輸出端，在此編碼器通過對輸入信號的編碼并傳給譯碼器，通過譯嗎器的譯碼將輸出信號傳給2803控制繼電3.2 電路參數計算3.2.1 輔助電源參數計算1 .因為Vi-Vo=2.5V ,所以+5V穩壓電源Vi應大于2.5V+5V=7.5V, +12穩壓電源Vi 應大于 2.5V+12V=14.5V。2 .因為 Vi=(1.11.2)Vj, 所以 Vj=Vi/(1.11.2). 那么+5V 穩壓電源 Vj >6.25V, +12 穩壓電源 Vj >12.08VO3 .考慮到電解電容并不是非

12、常大，穩壓輸出的穩定，+5V穩壓電源交流電壓應大于6.6V, +12穩壓電源交流電壓應大于 12.6V。4 .因為二極管有正向壓降，+5V穩壓電源交流電壓應大于 6.6+0.7 X 2=8V, +12 穩壓電源交流電壓應大于 12.6+0.7 X2=14U5 .考慮到交流電源電壓的波動，在市網電壓為200V時也能正常工作，則有200/220+Vj ,所以+5V穩壓電源交流電壓應大于 8.8V, +12穩壓電源交流電壓應大于14.8V。+5V穩壓電源交流電壓為 9V, +12V穩壓電6 .交流變壓器副邊應選取的電壓為:源交流電壓為15V。3.2.2主要電源參數計算1 .Vi-Vo >2.5

13、3V 且 Vi-Vo < 40V2 .Vo=Vre(1+R2/R1)+Iadj XR2,其中 Vre=1.25,Iadi=100uA 非常小可以忽略，所 以 Vo=1.25(1+R2/R1)。3 .R2的取植范圍為120240歐姆之間。4.1.25V <V(X 37V,電流小于1.5A,保護電流為2.2A,最大耗散功率為20W3.2.3元器件的選擇1 .假設負載電流為500mA電源電壓的頻率為50HZ；則T=0.02S,電容C>(35) T/2 /RL,耐壓植應大于 1.42 XVj,即 1.42 X Vj X 250/220。(250/220 為市網電 源電壓過高時的情況)

14、當輸出電壓為5V時C>30005000uF,耐壓植應大于14.5V。當輸出電壓為12V時C> 12502083uF,耐壓植應大于24.1V。2 .二極管應承受的最大反向電壓均為 V2的最大植，即Vrm=1.414V當輸出電壓為5V時，二極管承受的電壓為1.414 X9=12.726V當輸出電壓為12V時，二極管承受的電壓為1.414X 15=21.21V。3 .3特殊器件介紹:LM317器件介紹它的內部電路有比較器、偏置電路（圖中未畫出）、恒流源和帶隙基準電壓 Vref等，它的公共端改接到輸出端，器件本身無接地端。所以消耗的電流都從 輸出端流出，內部的基準電壓（約1.2V）接至比較

15、放大器的同向端和調整端之問。若接上外部的調整電阻 R1、R2后，輸出電壓為V0=Vref+（Vref/R1+Iadj）R2由于調整端電流Iadj<<I1,故可以忽略，上式=Vref(1+R2/R1)+IadjR2 LM317的 Vref=1.2V,Iadj=50uA, 又可簡化為VO=Vref(1+R2/R1)ULN280湍件介紹123456789I N1OUT1I N2OUT2I N3OUT3I N4OUT4I N5OUT5I N6OUT6I N7OUT7I N8OUT8COMDI ODEUL N2 80 31 81 71 61 51 41 31 21 11 0I1I2I3I4I

16、5I6I7I8O1O2O3O4O5O6O7O810000000011111110100000010111111001000001101111100010000111011110000100011110111000001001111101100000010111111010000000111111110E E LJ E 血 E EJL E回四目網回囚可回00000000當輸入段IN1為高電平，其余為低電平時，輸出端 OUT1為低電平，其余威 高電平，以此類推，輸入端為高電平時，對應的輸出端為低電平，以此就可以控 制變壓器的檔位。CD4208編碼器DcB書0234§6190QDc10D0

17、aDc020DcD1D40QccDC-0Dc10U01Dat)c0D0;011nc)0aat)G0CD01Dc*cDaIDG0:D01力1Dc0口01C2&&D11Q0cQaai9C-001110e0Da0c12DIGflqp二D0a尸cQ19-D01u0口a0c001!G1qDcua)00口1011Uc0D03c3c11fDcUc0Qa口c0101Q1Hn 0qcPc0:11f1cDc03口3cD101t11Uc0c03G0D1原理圖pO0l>0-1 rzD°>*編碼徐ABC S G01234567000000000 1-231 17 1EO5O 日7

18、4LS1 48該編碼器有8個信號輸入端，3個二進制碼輸出端。止匕外，電路還設置了輸入使能端EI,輸出使能端EO和優先編碼工作狀態標志 GS。當EI=0是編碼器工作；而當EI=1時，則不論8個輸入端為何狀態，2個輸 出端均74148優先編碼器為高電平，且優先標志端和輸出使能端均為高電平，編碼器處于非工作狀態。 這種情況被稱為輸入低電平有效，輸出高電平有效的情況。當 EI為0,且至少 有一個輸入端有編碼要求時，優先編碼工作狀態標志GS為0,表明編碼器處于工作狀態，否則為1。由功能表可知，在8個輸入端均無低電平輸入信號和只要 輸入0端有低電平輸入時，A2A1A0勻為111,出現了輸入條件不同而輸出代

19、碼相 同的情況，這可由GS犬態力口以區別，當GS=1時，表示8個輸入端均無低電平輸 入，此時A2A1A0=11仍非編碼輸出；GS=O寸，A2A1A0=11俵示響應輸入0端為 低電平時的輸出代碼。功能表輸入輸出EI01234567A2A1A0GSEOHXXXXXXXXHHHHHLHHHHHHHHHHHHLLXXXXXXXLLLLLHLXXXXXXLHLLHLHLXXXXXLHHLHLLHLXXXXLHHHLHHLHLXXXLHHHHHLLLHLXXLHHHHHHLHLHLXLHHHHHHHHLLHLLHHHHHHHHHHLH4 .4各單元模塊連接主要電源部分提供可調穩定電壓，通過自動控制部分控制主要電源部分的電 壓檔位，再通過保護電路部分保護電路的可靠性， 當電路過流時可以起到保護作 用。其中輔助電源部分則是提供自動控制部分和保護電路部分所用到的芯片的驅 動電壓。4 .系統功能可以輸出穩定的直流電壓；精度高且在調節范圍內連續可調；當輸出兩接線短路時由于保護功能而不燒壞電源;在調節過程中自動換檔。5 .設計總結本設計的目的是利用市電通過一定的技術產生直流穩壓電，并利用它為電子器件提供必要的電壓、電流。該電源能提供一定的穩定的電壓， 并且在它的量程范圍內連續可調，同時具有保護作用，當電源輸出段短路是，電源自動斷開以至不會燒壞電壓。通過這次設計，我從