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第一次课设报告
信息科学与工程学院
第一次课程设计报告
设计题目:
数控直流稳压电源
指导老师:
黄天星
设计作者:
廖宇
设计时间:
2014.6.30—2014.7.12
目录
第1章设计指标2
1、1设计指标2
第2章数控直流稳压电源设计方案2
2、1摘要2
2、2系统总体框图2
第3章单元电路设计与分析3
3.1单元电路设计3
3.2各部分电路解析………………………………………………3
3.2.1电源电路…………………………………………3
3.2.2循环脉冲发生电路…………………………………4
3.2.3开关电路……………………………………………4
3.3CD4017工作原理及内部结构…………………………5
3.4LM317基本功能与优点………………………………7
3.57812的简单说明………………………………………8
3.6其它元件技术要求9
第4章整机电路9
4.1、原理图………………………………………………………9
4.2、PCB图………………………………………………………10
4.3、3D图………………………………………………………10
第5章电路的制成与调试11
5.1制版11
5.2数控稳压电源调试说明12
收获与体会13
第1章:
设计指标
1、1设计指标:
1、1、1输入电压:
市电(交流220V±15%)
1、1、2输出电压:
八档直流稳压输出、用按钮切换档位、数控输出
第0档:
1.5----15V可调;
第1档:
1.5V;第2档:
3V;第3档:
4.5V;第4档:
5V;
第5档:
6V;第6档:
9V;第7档:
12V;
1、1、3输出电流:
所有档位大于1A
1、1、4纹波电压<10mV
1、1、5负载调整率、电压调整率
第2章:
数控直流稳压电源设计方案
2、1摘要:
本文主要介绍的是采用数控档位的直流稳压电源。
它主要由直流稳压部分、数控部分等组成。
数控部分采用一按键产生单脉冲形式进行操作,控制对应档位电压的开关的关闭,操作简单明了,并把数据转换为二进制,送到发光而极管显示。
该系统输出稳定度、精度较高,适用于一般器件的供电电源。
2、2系统总体框图:
可调稳压电路
整流滤波电路
变压器
输入输出
按钮
计数器
(1)电源变压器:
是降压变压器,它将电网220V交流电压变换成符合需要的交流电压,并送给整流电路,变压器的变比由变压器的副边电压确定。
(2)整流电路:
利用单向导电元件,把50Hz的正弦交流电变换成脉动的直流电
(3)滤波电路:
可以将整流电路输出电压中的交流成分大部分加以滤除,从而得到比较平滑的直流电压。
(4)稳压电路:
稳压电路的功能是使输出的直流电压稳定,不随交流电网电压和负载的变化而变化。
第3章:
单元电路设计与分析
3.1单元电路设计
在设计单元电路首先应考虑电源供电问题,设计出电源电路得出循环脉冲发生器所需电源电压为直流+5v,可以用固定三端集成稳压器(7805)来产生直流+5v。
同时要得到3-17.5v之间可调的直流电压,就可以用可调式三端集成稳压器(LM317)来实现,通过调整端与地之间所接电阻值的不同来改变输出的电压值,但调整端与地之间的分压电阻值的大小如何去控制,我们会想到用计数/分频器(CD4017)去控制开关三极管的导通与截止来实现可调端与地之间所接电阻值的大小,从而控制可调三端集成稳压器的电压输出值,以实现其电路设计要求的功能。
电源电路可通过变压器降压,二极管整流,电容滤波,将~220v电压降为18v左右交流电压经虑波送给固定三端集成稳压器得到+5v电压,可以给循环脉冲发生器CD4017提供工作电压,确保芯片的电源输入。
此外它还为可调三端集成稳压器提供输入电压,
(1)顺序脉冲发生电路通过CD4017(计数/分频器)得到顺序脉冲去控制开关管的导通与截止。
(2)开关电路既是通过开关三极管的导通与截止去改变可调三端集成稳压器的调整端与地之间电阻的串入状态,;来实现电阻值的改变。
(3)分压电路既在三端集成可调稳压器调整端串入几个档位的电阻,通过开关电路控制可调端接入电阻的档位。
通过以上电路的工作调节最终使三端集成稳压器输出电压达到课题所要求的电压值。
3.2各部分电路解析
3.2.1电源电路
整流电路选用1N5408整流,滤波电容选用4700uF。
电路如图3-1:
图3-1
脉动直流电压经滤波送给固定三端集成稳压器7805稳压,产生一个直流+5v的电压给CD4017(计数/分频器)供电,同时所得到的脉动直流电压+23v经滤波又送入可调三端集成稳压器LM317进行可调稳压输出。
3.2.2循环脉冲发生电路
该部分电路主要计数/分频器CD4017构成。
CD4017是上升沿有效,通过按键给CP(13脚)输入脉冲,当输入一个脉冲Q0、Q1、Q2、Q3、Q4顺序产生CP脉冲送给开关电路。
CD4017是按BCD码计数、时序译码器组成的顺序脉冲发生器。
如图3-2:
图3-2
3.2.3开关电路
电路如图3-3:
由8开关三极管和8个限流电阻组成,开关三极管选用9014,限流电阻选用3K金属膜电阻。
CD4017产生的顺序脉冲使开关管一次导通。
为了使显示输出各个电压值明显,在开关电路加接LED显示,当三极管导通时对应的LED发光。
3.3CD4017工作原理及内部结构
CD4017引脚图
表3—1CD4017功能表
输入
输出
CP
INH
CR
Q0—Q9
CO
×
×
1
Q0
计数脉冲为Q0—Q4时:
CO=1
↑
0
0
计数
1
↓
0
0
×
0
保持
计数脉冲为Q5—Q9时:
CO=0
×
1
0
↓
×
0
×
↑
0
图3—2CD4017引脚排列
CD4017引脚:
CO进位脉冲输出端
CP时钟输入端
CR清除端
INH禁止端
Q0-Q9计数脉冲输出端
图3-3CD4017的内部结构图
十进制计数/分频器CD4017,其内部由计数器及译码器两部分组成,由译码输出实现对脉冲信号的分配,整个输出时序就是O0、O1、O2、…、O9依次出现与时钟同步的高电平,宽度等于时钟周期。
CD4017有10个输出端(O0~O9)和1个进位输出端~O5-9。
每输入10个计数脉冲,~O5-9就可得到1个进位正脉冲,该进位输出信号可作为下一级的时钟信号。
CD4017有3个输(MR、CP0和~CP1),MR为清零端,当在MR端上加高电平或正脉冲时其输出O0为高电平,其余输出端(O1~O9)均为低电平。
CP0和~CPl是2个时钟输入端,若要用上升沿来计数,则信号由CP0端输入;若要用下降沿来计数,则信号由~CPl端输入。
设置2个时钟输入端,级联时比较方便,可驱动更多二极管发光。
由此可见,当CD4017有连续脉冲输入时,其对应的输出端依次变为高电平
图3—1CD4017的输出波形
3.4LM317基本功能与优点
其中Uout为可调三端集成稳压器LM317的输出电压,R为上拉电阻(一般在为120到240欧姆),Rp为调整电压的电位器。
三端稳压输出电路:
即可调三端集成稳压器LM317,由可调端接入不同的档位电阻输出所要的电压值。
LM317 是以TO-220为塑封,输出电压范围为1.25v-37v,最大电流为1.5A,该电路输出必须大于1.5mA,集成电路才能正常工作,否则电路设计不合理。
3脚为输入端,1脚为电压调整端,2脚是经电压调整后的输出端,工作时LM317在输出端2脚与调整端1脚之间提供1.25v基准电压。
其管脚分部如图3-4:
图3-4LM317引脚图
LM317的优点
1.减小纹波的措施
LM317自身具有60DB以上的输入纹波压缩座,采用ADJ端子与地之间连接电容C2的作用就减小纹波。
2.增加电流的方法
LM317与固定输出3端子稳压器一样也可以采取输出电流的措施,由于输出电流可以高达2A,因此在将NPN晶体管互补连接可进以步提高总的电流放大率
3.保护作用
三端可调式集成稳压器内有过流保护,热保护和安全工作区保护电路,即使输出端短路稳压器也不会损坏。
特别提醒:
LM318一定要接散热器。
3.57805的简单说明
7805主要用途:
适用于各种电源稳压电路。
7805主要特点:
输出稳定性好、使用方便、输出过流、过热自动保护。
从正面看①②③引脚从左向右按顺序标注,①脚输入,②脚接地,③脚出
3.6其它元件技术要求
二极管元器元件
最大输入反向峰值电压:
1000V
最大输入反向平均电压:
700V
额定输出电流,If平均:
1A
在1A交流25℃下最大正向导通电压:
1.1V
正向浪涌电流,Ifs最大:
30A
总功率:
2.5W
三极管元器件
利用三极管的开关特性硅0.5V锗0.3V
9014引脚:
1、发射极 2、基极 3、集电极
4、整机电路
4.1、原理图
4.2、PCB图
4.3、3D图
5、电路的制成与调试
5.1制板
1根据设计的电路,用protel进行原理图设计和PCB的绘制。
2根据设计的PCB的实际大小,选择电路板。
3用砂纸轻轻清理电路板铜膜的污渍。
4用热转印法讲PCB图打印在转印纸上
5将电路板的铜膜面整齐的贴在转印纸上,对齐keepoutlayer的线。
并包好。
包好后确认keepoutlayer的线与板子的边缘对齐。
6用电熨斗熨,确保温度要达到要求,这里取最高温熨麻的温度,熨至转印纸上的墨完全印在了电路板的铜模上。
7拿去腐蚀。
这里用的是高锰酸钾,双氧水和水按约为1:
1:
1配置的腐蚀液里面进行腐蚀。
待暴露的铜膜完全腐蚀掉后,用筷子夹出电路板,用并用清水冲洗干净。
8在钻孔机上打焊孔。
9再次用砂纸小心清理干净电路板上的墨迹,
10在电路板上用天那水棉球蘸取松香均匀涂抹在电路板铜膜的那一面上。
再用吹风筒吹干松香里面水成分,促进松香凝固。
11在电路板上焊接元器件。
12成板
5.2数控稳压电源调试说明
1、不插4017芯片,用数字万用表的二极管档检测输入端、输出端、317三个引脚端间、7805三个引脚端间、4017所有引脚间以及每两根线之间是否有短路。
如有,则先处理(不允许有短路);如无,则检查每根连线是否有短路,如有,则线用细线焊接连起来。
2、再检查三极管和4017的引脚连线情况,看是否连接正确。
3、不插4017芯片,不接负载,接交流电源。
用万用表检查317输入、输出电压;7805输入、输出电压和4017第16脚、8脚的电压情况。
如果都正确啦,则用细导线直接从5V(4017的16脚)接到相应的引脚,看看相应的发光二极管是否亮。
如亮,则调整相应的精密微调电阻,317的输出端电压应跟随变化;如不亮,则检查相应的三极管。
以此类推,调好所有的档位。
4、最后再插入4017。
注意:
4017不允许带电拔插,最好手不要碰它的引脚,否则被击穿。
5、最后再带负载调试,得到设计所有档位的要求。
6、数据分析:
测试数据如下:
档位U测档位U测
01.30-19.5044.99
12.9956.02
24.5068.89
35.01711.86
收获与体会:
这次课程设计学到了不少东西,主要学到了整流滤波方面知识,还有数字电路部分知识。
学到了制版的很多细节知识,从一窍不通到可以做出自己作品。
制版过程中很多细节需要注意。
布线的粗细要合适,焊盘焊孔大小要合适,布局要合理漂亮,在节省电路板的前提下尽量不要让原件挤在一起。
怎样使用打印机打印PCB图。
腐蚀液浓度腐蚀时间要合适。
焊接温度与焊接时怎么样焊离得另一个焊盘比较近的焊盘。
从别人失败的教训中我也学到了,焊接时不要粗心,有的同学把二极管焊反或是电极电容接反了。
有的从PCB开始就已经错了。
以致到后面变得很麻烦。
所以一定不要粗心。
LM317管脚的特殊性也值得一提,布板时不要想当然。
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