数控稳压电源

沈阳航空航天大学

课程设计

（说明书）

数控稳压电源的设计

班级

学号

学生姓名

指导教师

沈阳航空航天大学

课程设计任务书

课程名称电子技术综合课程设计

课程设计题目数控稳压电源的设计

课程设计的内容及要求：

一、设计说明与技术指标

设计一个可控制的且具有LED显示的可调电源，输出电压有3V、6V、9V……24V及熄灭等九档，其步进值为3V。技术指标如下：

①完成220V市电的整流滤波，输出电路中所需的所有直流电压。

②主要由直流电源的输出电路，数控电压选择电路和数字显示电路三部分组成。

③利用编译码电路及LED数码管完成数字显示功能，要求至少含有8个数字及熄灭等九个显示状态。

二、设计要求

1．根据技术指标，通过分析计算确定电路和元器件参数。

2．画出电路原理图（元器件标准化，电路图规范化）。

三、实验要求

1．根据技术指标制定实验方案；验证所设计的电路，用软件仿真。

2．进行实验数据处理和分析。

四、推荐参考资料

1．全新实用电路集粹编辑委员会著. 全新实用电路集粹（下册）.[M]北京：机械工业出版社，2006年

2.卿太全，李萧，郭明琼.常用数字集成电路原理与应用. [M]北京：人民邮电出版社，2006年

五、按照要求撰写课程设计报告

成绩评定表：

指导教师签字：

2016 年 1 月3 日

一、概述

当今社会一切都朝着简捷与方便发展，电源技术在服务于各行各业上发挥着重要作用。集成与数控技术的发展，为数控电源技术提供了广阔的发展前景，同时也也提出了更高的要求。线性稳压器的优点是稳压性好，输出纹波电压小，电路简单，成本低廉，但其功耗大，稳压电源的功率比较低。开关式稳压电源高效节能，代表着稳压电源的发展方向，其本身消耗也比较低。数控稳压电源与传统的稳压电源电路相比，具有操作简单，电压稳定度高的特点直流稳压电源是常用的电子设备。

本次模拟与数字电子技术课程设计的题目为数控式电源的设计。本次课程设计的目的为设计一个可控制的且具有LED显示的可调电源，输出电压有3V、6V、9V……24V及熄灭等九档，其步进值为3V。该电路它能保证在电网电压波动或负载发生变化时，输出稳定的电压。一个低纹波高精度的稳压电源在仪器仪表、工业控制及测量领域有着重要的实际应用价值。通过设计的过程来进一步的了解与深化课本所学的稳压电源与逻辑电路的等相关的知识，从而达到学以致用的效果。

二、工作原理

根据设计任务要求，设计一个可控制的且具有LED 显示的可调集成稳压电源，输出电压有3V、6V、9V……24V 八档及全灭状态，其直流电步进值为3V。主要由直流稳压电源的输出电路，数控电压选择电路和数字显示电路三部分组成。

图1 数控式稳压电源的理想框图

从图1中可以看出，数控式稳压电源将输入的220V/50Hz的高压交流电转换为稳定的低压交流电，并且传递给整流电路，通过整流电路将低压交流电转换为稳定的低压直流电，滤波电路把整流电路输出的电压中交流部分进行滤除，使输出的电压脉动减小，更加平滑，最后利用稳压电路将输出的脉动较小，平滑程度较低的低压直流电稳定，不再随任何条件的变化而变化，由此完成第一阶段直流稳压电源输出电路的功能。

数控电压选择电路设计比较简单，直接利用八个等值电阻的串联分压即可，再利用八个开关来控制输出电压。数字选择电路需要用到七端显示译码器与七端数码显示器，这

就需要我们将八个输入电压信号进行BCD码的编译，然后根据逻辑关系将电路连接即可。

三、电路设计

根据设计任务，本设计电路主要包括三大模块，直流稳压电源，数控电压选择电路以及数字显示电路。

1.直流稳压电源输出电路

此电路将实现把电网电压220V/50Hz的交流电转变成设计要求的24V稳定直流电压。电网电压为220V/50Hz的交流电压，利用电源变压器将电网电压降低为低电压，但是降压后的电压仍为交流电，而且电压幅值正反交替，需要通过整流电路把降压后的低压交流电转化为低压单向直流电，但是此低压直流电脉动变化很大，需要用滤波电路将脉动较大的直流电滤除掉，输出脉动较小，平滑程度较高的低压直流电，为了保证滤除后的低压直流电不再受外界因素影响，加上稳压电路确保输出的直流电足够稳定。直流稳压电源输出电路图如图2所示。

图2 直流稳压电源输出电路

2.数控电压选择电路

该部分是将直流稳压电源输出的24V电压分成8个档输出即3V、6V、9V、12V、15V、18V、21V和24V。将八个分档电压进行选择输出需要八个阻值大小相同的电阻和八个控制其输出的开关。然后将八个电阻串联，使每个电阻分得的电压为3V，即步进电压为3V。然后再选择合适的逻辑门联成逻辑电路，使八个档的输出电压可以实现选择输出。由此可得电路如图3所示。

图3 数控电压选择电路

从图3中可以看出选用八个阻值为150Ω的电阻R1-R8和八个相同的开关J1-J8相连。这样，R8的两端电压为3V，R7的两端电压为6V,以此类推。这样使得J8控制R8两端电压，J7控制R8、R7两端电压，以此类推。最后对八个分档电压进行BCD编码。然后选择合适的逻辑门，将八端输出电压按照逻辑关系进行连接。图三电路中使用了两个三输入或非门74LS27，一个两输入或门74LS32，两个非门74LS04。

将3V、6V、9V、12V、15V、18V、21V和24V八档电压输出通过逻辑电路翻译成BCD 码如下表1所示。

表1 八档电压输出值的编译BCD码真值表

编译BCD码

3V 0 0 0 0 1 1

6V 0 0 0 1 1 0

9V 0 0 1 0 0 1

12V 0 1 0 0 1 0

15V 0 1 0 1 0 0

18V 0 1 1 0 0 0

21V 1 0 0 1 0 0

24V 1 0 0 1 0 0

3.数字显示电路

该部分选用两个七段显示译码器74LS48，和两个七端数码显示器。该部分现在只需要一个驱动芯片将逻辑电路的编译码通过该芯片驱动数码管显示数字即所选择的输出电压值，这样就实现了数码管分别显示了八个档输出电压值的八个状态。由于要求除了八个分压档输出值的显示还有一个全灭状态，这里只需一个开关将芯片的使能端在高低电平之间转换即可。这样就实现了九种状态。

图4 数字显示电路

如图4所示，若要达到全灭的效果，需要将J1断开，使7448的使能端接入低电平，数码管不显示数字以达到全灭的效果。若要将J1闭合，7448的使能端接入高电平，数码管根据其他八个开关的断开与闭合状态分别显示不同的输出电压值。

四、性能测试

1.直流稳压源输出电路的测试

电压表测试直流稳压电源的输出电压，如图5所示。

图5 直流稳压电源的输出

图6 直流稳压电源的输出电压值

2.数控电压选择电路和数字显示电路的测试

（1）3V直流电源的测试如图7所示。测量直流电源结果如图8所示。

图7 3V直流电压测试电路

图8 3V直流电压测试结果（2）6V直流电源的测试如图9所示。

测量直流电源结果如图10所示。

图9 6V直流电压测试电路

图10 6V直流电压测试结果

（3）9V直流电源的测试电路如图11所示。

9V直流电源的测试结果如图12所示。

图11 9V直流电压测试电路

图12 9V直流电压测试结果

（4）12V直流电源的测试电路如图13所示。

12V直流电源的测试结果如图14所示。

图13 12V直流电压测试电路

图14 12V直流电压测试结果

（5）15V直流电源的测试电路如图15所示。

15V直流电源的测试结果如图16所示。

图15 15V直流电压测试电路

图16 15V直流电压测试结果

（6）18V直流电源的测试电路如图17所示。

18V直流电源的测试结果如图18所示。

图17 18V直流电压测试电路

图18 18V直流电压测试结果

（7）21V直流电源的测试电路如图19所示。

21V直流电源的测试结果如图20所示。

图19 21V直流电压测试电路

图20 21V直流电压测试结果

（8）24V直流电源的测试电路如图21所示。

24V直流电源的测试结果如图22所示。

图21 24V直流电压测试电路

图22 24V直流电压测试结果

（9）全灭状态如图23所示。

当开关J9与地相连时，数码显示管将全灭。

图23 全灭状态电路图

五、结论

通过性能测试可以看出本次数控式稳压电源的设计稳压性好，电路简单，成本低廉。满足设计要求共输出八档直流电，分别是 3V、6V、9V、12V、15V、18V、21V 和24V。并用数码管显示相应的电压读数。当没有输出电压时数码管全灭。数码管的状态显示利用编译码电路来驱动。该电路它能保证在电网电压波动或负载发生变化时，输出稳定的电压，与预期结果相同。

还有一个重要的就是仿真软件，这也是我们必须要学习的东西，对于每一个软件的操作都有其技巧性，在此次设计中我开始的时候做的很慢，很多步骤都是重复的工作，浪费了不少时间。元件的分布和摆放也是有一定的学问的，设计一个电路，我们不是只要实现了功能就可以了，如何使电路图美观、便于修改，节省时间，如何使其他人可以在短时间内看得懂，这都是需要研究的。我意识到在以后的学习中，自己必须加强对新生事物的探索能力，要尝试独立完成一些基本学习内容。要注重细节,在不断的学习中培养严谨的求学态度,严格要求自己,认真对待学习中遇到的问题。

参考文献

[1] 阎石主编. 数字电子技术. [M]北京：高等教育出版社，2006年

[2]．全新实用电路集粹编辑委员会著.全新实用电路集粹（下册）.[M]北京：机械工业出版社，2006年

[3]. 全新实用电路集萃丛书编辑委员会著.电源应用电路集萃.[M]北京：机械工业出版社，2005年

[4]. 李秀人.电子技术实训指导.[M]北京：国防工业出版社。1998年

[5]. 卿太全，李萧，郭明琼.常用数字集成电路原理与应用. [M]北京：人民邮电出版社，2006年

[6]. 张辉.王鲁云.数字电路分析与设计.[M]大连：大连理工大学出版社，2010

[7]. 王鲁云，张辉.数字电路实验教程.[M]大连：大连理工大学出版社，2010

[8]. 袁良范，马幼鸣.简明电路分析.[M]北京：北京理工大学出版社，2011

[9]. 徐志军 .数字电路技术实用手册.[M]电子工业出版社 2005年

[10]. 张庆双.实用电子电路200例. [M]机械工业出版社2005年

附录I 总电路图

附录II 元器件清单