±5V连续可调稳压电源.doc
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1、5V连续可调稳压电源成绩本科毕业论文(设计)题目: 5V连续可调稳压电源 学生姓名 杨 勇 学 号 2005160227 指导教师 宋竹霞 院 系 信息科学与技术学院专 业 电子科学与技术 年 级 2005级 教务处制34诚信声明本人郑重声明:本人所呈交的毕业论文(设计),是在导师的指导下独立进行研究所取得的成果。毕业论文(设计)中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等,均已明确注明出处。除文中已经注明引用的内容外,不包含任何其他个人或集体已经发表或在网上发表的论文。特此声明。论文作者签名: 日 期: 年 月 日摘 要当前电子线路实验室采用的QJ3003系列可调式直流稳压电源(DC R
2、EGULATE ATEO POWER SURRPLY)是双路输出0-30V的稳压电源,但在实验教学中经常需要一个过零的正负连续可调信号源,比如过零比较器实验。对此,提出一个5V连续可调稳压电源设计方案。本方案按照线性串联式直流稳压电源的思路,整个系统采用模块化设计,分为四大模块:基础电源模块、5V连续可调模块、电路短路(过流)保护模块和LED数显模块。每个模块也可以独立的用到其他电路中,这就加强了模块使用的拓展性。主体电路采用OP07CP芯片,显示电路采用专用芯片ICL7107。电路原理主要涉及运算放大电路、电压跟随器、电压窗口比较器、串联双重稳压电路以及互补功率放大(OCL)电路。经过调试本
3、电路的各种技术参数符合要求,过零点漂移小,电压稳定性好,可拓展性好。关键词:AC/DC电源模块、串联直流稳压、电压跟随、互补功放AbstaractCurrently used in electronic circuits laboratory QJ3003 Series Adjustable DC Power Supply (DC REGULATE ATEO POWER SURRPLY) is a dual output of 0-30V regulated power supply, but often the need for experimental teaching of a cont
4、inuously adjustable plus or minus zero signal source, such as zero-crossing comparator experiment.We proceed from the actual use make of a continuously adjustable 5V signal source voltage regulator design. The program in accordance with the linear DC power supply series of ideas, the whole system is
5、 modular design, is divided into four modules: the basis of power supply module, 5V continuously adjustable module, a short circuit (overcurrent) protection module and LED digital display module. Each module can also be used independent of other circuits, which has strengthened the use of the expans
6、ion module.OP07CP the main circuit chip, showing the use of a dedicated chip circuit ICL7107. Circuit theory relates to an arithmetic mainly enlarge circuit voltage, follow implement , voltage window comparator , in-line double stabilivolt circuit and complementary power amplification (OCL) circuit.
7、 After commissioning, the various technical parameters of the circuit meets the requirements, have a small zero drift, voltage stability, and good scalability.Key words:AC / DC power modules; DC series;voltage to follow; complementary power amplifier目 录前 言1设计概述3第一章 基础电源模块51.1设计方案的论证51.2设计方案的选择10第二章
8、5V连续可调模块112.1 OP07芯片资料112.1.1 OP07特点112.1.2 OP07封装形式及内部电路图112.2 5V连续可调电路122.2.1 设计思路122.2.2 电路原理分析132.3 电压过零点分析142.3.1 抑制纹波的措施142.3.2 抑制纹波电路152.4 电压输出隔离电路162.5 电流输出放大电路162.6 模块整体设计17第三章 短路(过流)保护模块193.1 设计方案193.2 过流保护方案中的问题及对策203.3 电压窗口比较器原理分析21第四章 LED数显模块234.1 设计方案234.2 LED数显电路24设 计 总 结25致 谢29参考文献31
9、前 言现代科学技术的飞速发展,电子设备产品早已遍及日常生活、工作、科研、医学、航空航天和军事等各个领域,现在所使用的大多数电子设备中,几乎都必须用到直流稳压电源来使其正常工作。随着电子产品的功能不断的强大,对直流稳压电源的性能要求越来越高,所以对直流稳压电源技术的研究有着深远的意义。以美国为首的几个发达国家在这方面的研究已经转向高频下电源的拓扑理论、工作原理、建模分析方法和高频大功率开关器件,高性能集成控制器和功率模块的开发研制方面发展。我国在此方面的起步较晚,1973年才开始这方面的研究工作,现在主要在小功率单端变换器方面发展较为迅速。在功率半导体器件及控制集成化方面,与国外同类产品有这很大
10、的差距。因此,直流稳压电源的研制及应用在此方面与之也存在很大的差距。直流稳压电源通常可分为线性稳压电源和开关稳压电源两大类1。线性稳压电源是指电压调整功能的器件始终工作于线性放大区的一种直流稳压电源。当前电子线路实验室采用的QJ3003系列可调式直流稳压电源(DC REGULATE ATEO POWER SURRPLY)是双路输出0-30V的稳压电源,但实验教学中经常会用到负电压,比如过零比较器实验,没有正负可调的直流信号源。对此,提出一个5V连续可调稳压电源设计方案。本方案采用线性串联式直流稳压源的思路,整个电路采用模块化设计。经过调试本电路的各种技术参数符合要求,过零点漂移小,电压稳定性好
11、,可拓展性好。设 计 概 述一、电源主要技术参数输入:市电电压:220V10%,50HZ2输出:-5V+5V连续可调电压四位LED显示连续可调电压过流(短路)保护功能过零点电压的稳定二、电源性能评定标准简介为了衡量一个电源的稳定度,国际电工委员会(IEC)在制定稳定电源标准时引出源效应和负载效应的概念:源效应:对于与一个稳压电源,在负载保持不变的情况下,由于输入电压变化而引起输出电压稳定量变化的效应。我国国家标准规定,当输入电压变化10%时,输出电压变化的相对百分比就是源效应。假设VOUT是输出电压的标准值,V是输出电压的实际值源效应计算公式:C.V.=VOUT/VOUT=VVOUT/VOUT
12、负载效应:对于一个稳压电源,在输入电压保持标准值的情况下,由于负载变化而引起输出电压稳定量变化的效应。假设电源空载时输出电压为VOUT,电源加满载时(电源达到最大负载能力)输出电压为Vf负载效应计算公式:C.V.= VOUT/VOUT=VfVOUT/VOUT三、设计思路本课题如果按照开关电源思路去设计,虽然性能优越,但是电路复杂度无法估计,设计周期较长,而且设计的经费比较大,所以我们从线性稳压电源基本原理出发,设计一个满足实验室能正常使用的简易、方便、小体积的稳压信号源。直流可调稳压源的核心部分是可调稳压电路。市电接入到基础电源部分,为后续电路提供基本工作的直流电压,再经过可调稳压电路实现正负
13、电压连续可调,在这里有两个难点:一是正负电压之间实现连续可调;二是零伏附近的纹波电压的抑制,以保证零伏附近的稳定输出。由于采用OP07运算放大器来实现电压可调,其最大输出电流只有50mA,所以还得设计一个功率放大器,实现电流的放大。因此,本课题设计的电压源由四个基本模块组成,具体包括基础模块,-5V+5V连续可调模块、输出短路(过流)保护模块和LED数字显示模块。电路结构框图 见图1图1 电路结构框图第一章 基础电源模块基础电源模块主要目的是将市电(220V10%,50HZ2)转变为稳定直流电压,为后续电路及芯片提供工作电压。1.1设计方案的论证方案一:采用电源变压器、整流滤波电路基础模块原理
14、框图 见图1.1图1.1 基础模块原理框图基础电源模块原理图 见图1.2图1.2 基础电源模块原理图电路原理分析电容1N40074的作用:一是滤除高频噪声;二是前级滤波作用。只用1N40074滤波后的电压还是有很大的交流成分,不能达到大部分芯片工作的需要,为了减少电压的波动,所以我们还再加一个低通滤波电路,使输出为平滑直流电压。常见的滤波电路:电容滤波、RC-型滤波、LC滤波以及LC-型滤波。由于电容滤波适用于负载电流比较小,且变化不大的场合。综合考虑,我们采用最常见的电容滤波电路。2,3使用滤波电容时注意的问题电容滤波是通过充放电特性实现,放电时间越长,输出电压越高,滤波效果也越高,所以一般
15、采用容量比较大的电容,实际使用时候采用电解电容。大容量的电解电容体积一般较大,要注意布局设计,不能放在温度较高的地方,否则可能发生爆炸。电解电容有正负极性,不能接反,否则可能发生爆炸。基础模块输出电压波形 见图1.3图1.3 基础模块输出电压波形方案二:采用专用集成芯片A采用HV-2405芯片HV-2405是一种能产生524V、50mA稳定的直流电压的单片开关电源芯片。它只需极少的外围元件,就可代替一个变压器,一个整流器和一个稳压器。这种芯片采用HARRIS的最新高压介质隔离工艺制造可使开关电路仅从交流端吸收负载所需的电流,为小功率负载供电。由HV-2405组成的交流市电供电的低压直流稳压电源
16、 见图1.4图1.4 HV-2405组成的直流稳压电源工作过程:1、首先预调整单元将一个大电容(C2)通过芯片内电子开关接到交流端。将其充到输出电压为6V的电平然后开关关断,C2上电平保持,直到下一个循环开始;2、C2上的电荷通过调整稳压单元向负载提供直流电流。为保证连续供电,大电容C2每个周期都要刷新一次。工作条件:1、输入电压交流100260V;2、输入频率48440Hz。输出电压设置 见表1.1表1.1 HV-2405组成的直流电源输出电压设置参数Vout5V6V8V12V14V16V18V19V20V22VR2(Kohm)01357911131517注:FU一般为0.5A;C2、C3耐
17、压应比输出电压高10V。B采用MAX610系列ACDC芯片MAX610系列是一种单片小功率交流直流变换器,具有如下特点:标准输出电压为5V0.2V;静态电流为75A;有过流保护;有过压欠压检测标志;有掉电复位功能,并且延迟时间可调;输出电压可调,范围在1.315V之间。MAX610系列ACDC芯片构成的小功率无变压器稳压电源 见图1.5图1.5 MAX610系列ACDC芯片构成的小功率无变压器稳压电源图(a)为电压可调电源。图(b)为电流扩展式电源。图(c)为芯片封装及原理图C采用PS05005电源变换模块PS05005是由美国马克希姆公司推出的2.5W超小型、高效率ACDC电源变换模块。它不
18、用电源变压器,只需外部整流、滤波器就能接220V交流市电。产生5V、500mA的直流输出4。其封装为DIP40,但只有8个引出端子 见图1.6(b)PS05005电源变换模块组成的电源 见图1.6(a)图1.6 PS05005电源变换模块组成的电源及其封装方案三:采用专用电源模块目前市场上有专用AC/DC电源模块,这里选用MORNSUN公司的LH05-10C0512-01AC/DC电源模块。工作参数 见表1.2表1.2 LH05-10C0512-01AC/DC电源模块参数表LH05-10C0512-01AC/DC电源模块具有电压范围宽、交直流两用,高效率,高可靠性,低功耗,安全隔离,高功率密度
19、,输出过压保护等优点。工作温度:-20+70输入电压:85264VAC/120370VDC输出电压:5VDC过流保护:115%IO 尺寸:48.53620.5(mm)电压调节率0.5%输出纹波/噪声50mV电压精度2%隔离电压3000VAC负载调节率1%(单路)输出电压(Vo1/Io1)5V/600mA输出电压(Vo2/Io2)12V/100mA负载调整率主:3%效 率76%副:5%管脚接口12345678地AC(N)AC(L)-Vo1+Vo1-Vo2COM+Vo2(注:根据设计需求的最大输出电流来选择相应的模块型号,这里以LH05-10C0512-01AC/DC电源模块为例)电源模块模型 见
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