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用轻触开关调整的直流稳压电源

用轻触开关调整的直流稳压电源

点击数:7429 次   录入时间:03-04 11:40:50   整理:http://www.55dianzi.com   电源类

  这款使用轻触开关进行输出电压调整的直流稳压电源。调节范围在+1.5V~+37V之间任意切换。本电源分低电压(+1.5V~+15V),高电压(+16.5V~+37V)两档,分别以1.5V为步进电压任意可逆选择输出电压。
  
  电路图如下图所示。

直流稳压电源电路


  
  工作原理
  
  接通电源开关,市电电压经变压器Tl降压后得到两组分别为~9V及~33V的电压。~9V电压由VD1整流C4滤波,经LM7805T输出SV给控制电路及LED指示灯提供工作电压。另一组—33V电压经VD2整流Cl滤波后得到约40V的正电压。这个正电压由三端可调稳压器LM317T输出所需的直流稳定电压。
  
  我们知道LM317的基准电压VREF=l.25V。其输出与输入端之间的绝对电压|Vo-V|不得超过40V,否则可能损坏LM317。而当输入、输出端压差小于3V时,LM317将失去稳压性能,但可成为输入端与输出端压差约为1.5V的电压跟随器。
  
  LM317的典型应用如下图所示。

LM317的典型应用电路


  
  输出电压V0=1.25V×(l+Rw/RA),调节可变电阻RW、即改变Rw与RA之间的比值,即可达到改变输出电压大小的目的。当输入电压是40V时,选择合适的分压电阻Rw与RA可使输出电压在1.25V到37V之间变化。
  
  图1按照所需输出电压的不同按动对应轻触开关键S0~S9,控制电路将会输出一个高电平去控制对应的三极管导通,把代替Rw的各个串联定值电阻的对应引脚短接到地,短接电阻的个数不同相当于改变了图2中的Rw值,因而选择不同的输出电压。
  
  控制电路部分是由两块CMOSIC构成,包含有时钟、计数、及单稳态电路。利用IC4 CD4011其中两个与非门与C9、R32、R33构成RC非门振荡器产生时钟信号,振荡频率fo-l/(1.2RC),可见时钟频率的高低取决于R32及C9的取值,按图所示取值时频率为fo=llHz(注:fo的取值过高会使电路的抗干扰能力降低,而过低时则会导致切换输出变慢,最佳fo≈10~20Hz)。R33的作用是为了减小CMOS门电路的内部保护二极管导通时对电容充放电的影响,一般情况下R33=(5~10)R32。
  
  IC3 CD4017是一块常用的十进制计数器电路。CD4017有两个时钟输入端CLK和ENA端。
  
  当用时钟脉冲上升沿作计数时脉冲由CLK端输入,ENA端应接低电平;若用脉冲的下降沿计数时,则脉冲由ENA端输入,此时CLK端应接高电平。当CD4017作为典型十进制计数器应用,只要CLK端或ENA端不断有脉冲输入,输出端Q0~Q9就会依次输出高电平。当Q9输出为高电平后再有一个脉冲输入时,进位端Qco将输出一个进位脉冲作为级联时进位使用(在此不需级联应用故Qco端不用)。
  
  利用CD4017两个时钟输入端的不同特性,可使CLK端虽然不断有时钟脉冲输入,但也只保持有一个输出端是高电平输出。原因是由于ENA端加有高电平,只有再按动S0~S9任意键才会改变CD4017的输出端状态,否则只会保持只有一个输出端是高电平。此高电平加到对应三极管基极使其导通。刚通电时由于复位端RST高电平复位,同时EN端通过R39、C32接高电平,因此即使CLK端有时钟脉冲输入但也禁止计数,输出端Q0输出一个保持高电平,并通过R12使Vl导通。Vl的C-E极将RP1短接到地,同时LED3发光指示。所以每次开机时,输出电压总是输出最小值1.5V(档位开关置于低压档),以防止输出过高电压危及负载。此时当按下除SO外任何一按键Sl-S9,由于这些输出端都为低电平相当于给ENA端接至低电平,计数器开始计数,每个输出Q端将按T=l/fo=0.ll秒的速度轮流计数输出高电平。假如按下的是S9键,那么只要按下S9键的时间持续约1.1秒,Q9端将输出高电平并通过轻触开关加到ENA端且计数器停止计数。此时即使松开S9但由于R39的作用输出将保持不变。
  
  在选择不同输出电压的切换过程中,会有扫描脉冲扫过计数器Q0~Q9中某些输出端,引起对应三极管瞬间轮流导通,使LM317的输出端有一个变化很快的不稳定电压输出从而影响用电设备。在如何解决这一问题上,文中采用了单稳态电路在切换过程中将输出端断开供电,待切换到相应电压档且电压输出稳定后再接通负载。
  
  图中IC4CD4011的两个与非门与Cl0、R35构成单稳态(延时)电路。CD4011的引脚与继电器状态如下表所示:

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  由表中的逻辑关系可知,不按下任何键时单稳态电路为常态,IC4的④脚处于高电平状态,继电器吸合输出所需稳定电压。
  
  按动某一按键,IC4的①脚相当于接低电平,③脚变为高电平并对Cl0充电使④脚立即变为低电平,单稳态电路翻转继电器释放切断输出电压。这个翻转过程是对电容Cl0充电的暂稳态过程。随着充电的完成电路恢复常态,继电器重新吸合。暂稳态时间由公式T=R35Cl0ln(Vdd/Vtr)决定,其中Vtr为非门电路的输入转换电压。当R35=39kΩ、C10=47μF时延时(暂稳态)保持约为3秒,这个时间远远大于计数器的最长切换计数时间。
  
  只要保证继电器可靠释放3秒后再吸合,便能消除扫描脉冲引起输出电压波动对用电负载设备的冲击。



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  元器件的选择
  
  电源变压器选用65W以上的优质品,IC1在安装时应加足够大散热器。IC1、IC3、IC4引脚如下图。

引脚


  
  VD2可用电流大于5A的硅整流桥堆或用参数相当的二极管组成整流桥代替,VD1要求满载电流为1A即可,也可用四个1N4001代替。三极管Vl~Vl0选用中功率管如:2SC8050等;发光二极管根据个人喜好颜色以及形状来选择,但要求发光二极管的驱动电流越小越好,同时LEDl~LED2应选用不同颜色以区分档位不同。档位开关用6脚自锁型按键开关(用拨动开关亦可)。继电器选用小型12V单触点型如:“GOOD SKY”的Ml-SH-2012LM、“SIBGLE” 的SMI-12VDC-SL-C或“SANYOU”DESRD-S-112D(笔者用的是MI-SH-2012LM型)。电阻RP1用质量可靠的微调电阻器,Rl~Rll用1/2W五环金属膜电阻器。其余电阻均为l/4W碳膜电阻器。电容如图所示,其它元器件无特殊要求。制作成本约五十元左右。
  
  装焊与调试
  
  整机的印刷电路可参考下图。

印刷电路

 

  
  印制线路板分为主电源板和一块按模块接插件安装形式来设计的控制面板。把两块板的元器件焊接好,将控制面板通过引线口JP直接插进接口XP把两块板连接起来。
  
  然后从Jl口引出连接线,把另外单独安装的档位开关和控制面板的档位指示灯焊接好。
  
  装焊完毕检查无误便可接通电源,同时把档位开关置于低电压档(使R2短路不起作用)。三极管Vl导通,发光管LED2、LED3发光指示、其余均熄灭,同时继电器吸合。用万用表测试电源板中的Cl两端的电压为+40V左右、C5两端的电压为稳定的+5V,否则应重新检查电路中元器件的焊接是否有误,排除故障后才能再次通电。接着用万用表测量输出接口P3的输出电压,调节微调电阻RP1(用RP1代替定值电阻主要是为了补偿Vl~Vl0导通时C-E极等效电阻对分压电路的影响,以便于调节),使输出电压为+1.5V。然后任意按动S0~S9键,检查每次按动时继电器是否立即释放约3秒后再吸合,测量每相邻两键之间的输出电压差为±1.5V。对应输出电压档的LED指示灯应发光指示。最后将档位开关置于高电压档位置(即把R2与各分压电阻相串联,使每档的分压电阻增加1.2kΩ,输出电压每档递增1.5V)。按动SO键,LED1、LED3发光指示,测量输出电压是否为16.5V。
  
  否则可把R2换成可调电阻加以调节,达到所需输出电压后再用合适的定值电阻替换,以确保输出电压的精确度。在焊装无误的情况下,经过以上的简单调试电路便能正常工作。
  
  电路的主要性能参数如下:

主要性能参数




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