直流穩(wěn)流電源的制作

1、 合肥學院第七屆電子設計競賽設計題目： 直流穩(wěn)壓電源 系 別： 電子信息與電氣工程系 年級專業(yè)： 09級電氣信息類 小組成員： 李崇崇 0905071036 劉劍鋒 0905071029 何 芳 0905075029 2011年3月14日直流穩(wěn)流電源的制作 摘要：利用lm317的穩(wěn)壓特性配合電器元件實現(xiàn)輸出穩(wěn)定電流。首先，從單片機輸出一個數(shù)字信號，控制x9241（可控電阻）通過改變x9241的輸出電阻，來達到改變最終到負載的電壓的目的。為提高精度減小系統(tǒng)誤差，在電路中又增加了自動調節(jié)模塊：用模數(shù)轉換器對電流源輸出電壓進行采樣，輸入單片機，與參照電壓進行比較，進而對其輸入到x9241上的電信號進

2、行微調。 關鍵詞：lm317、x9242、單片機、數(shù)控、直流電源正文：一、任務設計并制作直流穩(wěn)流電源。輸入交流200240V，50Hz；輸出直流電壓10V。二、要求1、基本要求（1）輸出電流范圍：200mA1A；（2）改變負載電阻，輸出電壓在10V以內變化時，要求輸出電流變化的絕對值輸出電流值的1+5 mA； （3）紋波電流1mA；（4）自制電源。2、發(fā)揮部分（1）可設置并顯示輸出電流給定值，要求輸出電流與給定值偏差的絕對值給定值的1+10 mA；（2）具有“+”、“-”步進調整功能，步進10mA；輸出電流范圍為20mA1000mA，步進1mA；（3）設計、制作測量并顯示輸出電流的裝置 (可同

3、時或交替顯示電流的給定值和實測值)，測量誤差的絕對值測量值的0.1+3個字；（4）改變負載電阻，輸出電壓在10V以內變化時，要求輸出電流變化的絕對值輸出電流值的0.1+1 mA；（5）紋波電流0.2mA；（6）其他。目前，比較常用的是穩(wěn)壓電源，而對穩(wěn)流電源的生產、使用都比較少，但穩(wěn)流電源在工程技術和測量領域內有重要的實際作用，而已有的電流源大都價格昂貴?；诖宋覀冊O計了一種直流穩(wěn)流電源，其輸出電流范圍為200mA1A，可步進調整輸出電流。輸出電壓小于10V。三設計思路：3.1穩(wěn)壓部分將220V，50HZ交流電經過變壓器改變電壓，然后送入整流電路、濾波電路，然后送入1號lm317。在lm317的

4、輸出端和調整端會有一個穩(wěn)定電壓。變壓整流電路圖 穩(wěn)壓流程圖和對應的電壓輸出波形圖3.2穩(wěn)流部分把1號lm317的輸出端和調整端通過電阻器件并接到另一個2號lm317的輸入端上，2號lm317調整端接地，輸出端接大電阻。電路簡圖如下圖.。穩(wěn)流簡圖由圖可知，2號里面lm317的輸出與調整端電壓恒定設為U，Iadj的大小由lm317屬性決定故可知I2=U/R2+IadjVRx=(I2-Iadj) RxVR1=U-VRx=U(R2-Rx)/R2I1=VR1/R1=U(Rx-R2)/R1R2于是，根據基爾霍夫電流定律可得，流經負載的電流Iout為Iout=I1-Ix=U(R2-Rx)/R1R2-(I2-

5、Iadj)由上面的結果可看出，公式中自變量只有Rx，其余都為定值，輸出到負載的電流，是一個與負載電阻大小無關的物理量。所以可以輸出穩(wěn)定電流?？刂撇糠钟缮厦婀轿覀冎垒敵鲭妷?，可以通過Rx的大小來調節(jié)，對于Rx的原件選擇，我們提出三種方案：1用電位器、2用電阻箱、3用x9241集成電路。首先我們想到的是電位器，因為其小巧、使用方便、價格便宜，但是由于我們要做的穩(wěn)流電源有一項要求是能實現(xiàn)電流“+”“-”步進調整功能，步進10mA電位器的精度顯然不夠，放棄選用。于是又想到，可以使用變阻箱，變阻箱可以提供比較準確的需要的電阻值，但是使用電阻箱也有許多硬傷。首先，變阻箱體積相對來說有些大；其二，如果輸

6、出一個給定的電流，那么首先得要計算所需要的電阻值，使用起來會很不方便；其三，不能實現(xiàn)電流的步進。當然，這些不足都可以設法改進，例如可以改造一個，電源所需要的阻值在箱內設定好的變阻箱，這樣可以直接旋轉旋鈕到自定義刻度上來達到控制目的，但這樣會極大加大設計難度，而且不易實現(xiàn)，所以也只有放棄。后來又查閱資料發(fā)現(xiàn)有數(shù)字電位器x9241可以實現(xiàn)電阻可控。X9241 引腳排列圖x9241 是4 個數(shù)字控制電位器為一體的單塊 CMOS集成電路。每個數(shù)字電位器由 63 個電阻串聯(lián)而成。可以由單片機給出數(shù)字信號來控制x9241的輸出電阻，而且單片機在后面也會用到，只要把原本電路中的可變電阻改為x9241就可以了

7、。具體來說就是：首先通過小鍵盤輸入所要的電流，（我們設計的是通過鍵盤對數(shù)字進行增減，而非直接輸入數(shù)字）到單片機，由單片機對x9241控制，使之輸出預定電阻Rx，由Rx進而控制電流源電路，得到額定電流。數(shù)字電位器X9241與PIC單片機的接口電路3.3顯示部分輸出部分要用到模數(shù)轉換器，首先從設計采樣電路從電流源去的電信號，通過模數(shù)轉換器A/D轉換為數(shù)字信號，輸入單片機（與x9241的使用過程相反）再由單片機控制數(shù)碼管顯示電流值。程序流程圖3.4自動校準部分以上的電路可以基本實現(xiàn)電流的穩(wěn)流、可調和步進等功能，但會有一定的系統(tǒng)誤差。改進方法：把模數(shù)轉換器得到的數(shù)字信號，經過單片機計算，對實測值與給定

8、值進行比較，如果誤差較大，單片機自動對x9241輸出做出相應調節(jié)，進而改變x9241的輸出電阻，此過程由植入單片機的程序自動執(zhí)行。電路各模塊關系圖3.5其他為進一步減小紋波，需在電流源電路中加入抑制高頻信號的瓷片電容如104，和抑制低頻信號的電解電容等，如下頁圖穩(wěn)流部分加入電容的電路圖四、測試儀器與測試方法測量電源產生的電流大小，可以選用示波器，先測量加在電源上的電阻上的電壓，然后除以測試負載的電阻，得到實際電流值。同理測紋波，也可以先測出紋波電壓，然后用紋波值除以測試電阻，求得紋波電流值。五、總結：本篇文章在理論上論證了直流電源制作的可行性，設計的直流電源可以實現(xiàn)題目要求：輸出電流穩(wěn)定、與給定值偏差較小、紋波較小可以步進調整輸出電流。參考文獻：康華光，模擬電子技術，第五版，北京高等教育出版社，2006年1逄玉臺等，X9241的原理及應用，微電子技術，2006年22期29卷高恭嫻 聶睿瑞，一種基于單