一種普及型數字式直流穩壓電源的製作方法
2023-10-25 09:02:42 1
專利名稱：一種普及型數字式直流穩壓電源的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種數字式可調壓的直流穩壓電源。
目前，數字式直流穩壓電源大多數都採用微處理器和專用的數－模轉換器，這種數－模器件的解析度一般不小於八位二進位。雖然其精度高、分檔細，但其價格也較高，在一般的電子實驗室、教學、維修、日常生活等一般場合顯得大材小用，其優良的性能也不能得到很好的發揮。
本實用新型的目的在於提供一種普及型的數字式直流穩壓電源，它採用普通的數字電路，能滿足一般應用場合的需要。
本實用新型的目的是這樣實現的它由電壓調整電路、比較放大電路、數－模轉換電路、計數電路、解碼顯示電路、輸出通斷控制電路、過電流檢測電路等組成。由計數電路設定的電壓數據，一路送至解碼顯示電路，另一路送至數－模轉換電路，產生基準電壓，送至比較放大電路，與電壓調整電路的輸出電壓作比較、放大，控制電壓調整電路，完成穩壓過程。數－模轉換電路由加權電阻網絡和互補模擬開關網絡構成，其實質是一模擬電子電位器，它受控於計數電路，根據計數電路送來的數據產生不同的分壓比，對固定參考電壓進行分壓，產生基準電壓供比較放大電路使用。輸出通斷控制電路對輸出電壓進行通、斷控制。過電流檢測電路對輸出電流進行檢測，當電流過大時，使輸出通斷控制電路關閉輸出，保護電路免受損壞。
本實用新型的優點在於(1)採用普通的數字電路，生產、維修都較方便；(2)省去了專用的、昂貴的數－模轉換器，使整機價格降低，便於普及；(3)其輸出電壓的誤差與一般應用場合的要求相適應。
附圖1是本實用新型的原理框圖，它包括電壓調整電路(1)、比較放大電路(2)、數－模轉換電路(3)、計數電路(4)、解碼顯示電路(5)、輸出通斷控制電路(6)、過電流檢測電路(7)、供電電路(8)。
附圖2(a.b)是本實用新型的一個實施例的電路原理圖。
附圖3(a.b.c)是本實用新型的另一個實施例的電路原理圖。
以下結合
本實用新型的兩個實施例。
附圖2a中，數－模轉換電路由加權電阻R1－R10和模擬開關K1－K10組成，R1－R10相串聯，K1－K10並聯在每個電阻上，當某一開關閉合時，與之並聯的電阻就被短路掉，電阻是按8421碼加權的。模擬開關K1－K5與K6－K10呈互補關係，K1－K5受控於計數電路的輸出數據，K6－K10受控於計數電路輸出數據的反碼，這樣當AC點間的阻值減小時，BC點間的阻值增大，反之亦然，而AB點間的總阻值則保持不變。該數－模轉換電路相當於一個電位器，C點是電位器的動觸點，當計數電路的輸出數據變化時，該電位器的分壓比發生變化，C點的輸出電壓Vo也隨之改變，Vo值與計數電路的計數值成線性比例關係，它為比較放大電路提供基準電壓。加權電阻本身存在著的誤差和模擬開關的導通電阻是本實用新型產生輸出電壓誤差的主要因素，實驗證明，若選用五色環碳膜電阻和普通的模擬開關，該誤差可控制在0.1伏左右。
電壓調整電路由電晶體Q1、Q2、Q3、電阻R16等組成，Q3受控於比較放大電路的輸出，它的C－E極間電阻的變化，通過Q2控制Q1的C－E極間電阻，使輸出電壓Vout得到控制。比較放大電路由電壓比較器IC1－a、微調電阻W2等組成，該電路以數－模轉換電路輸出的電壓Vo作為基準電壓，對輸出電壓Vout進行比較放大，去控制電壓調整電路。當Vout升高時，IC1－a輸出電平升高，Q3的C－E極間電阻減小，Q1的C－E極間電阻增大，使Vout降低；當Vout降低時，IC1－a輸出電平降低，Q3的C－E極間電阻增大，Q1的C－E極間電阻減小，使Vout升高。微調電阻W2用於確定輸出電壓Vout值與計數電路的計數值之間的比例係數，使輸出電壓Vout的值與計數電路的計器值相對應。
計數電路由IC4、IC5－a、IC3－e、IC3－f、UP鍵、DOWN鍵等組成。計數值分為整數部分和小數部分，IC4為整數部分計數器，它是四位二進位可逆計數器，其數據輸出端QA、QB、QC、QD一路送至數－模轉換電路，控制基準電壓Vo的整數部分，另一路送往解碼顯示電路的整數部分。IC5－a為小數部分0.5伏計數器，其輸出端Q.Q一路送往數－模轉換電路，控制基準電壓Vo的小數部分，使輸出電壓能夠以0.5伏為步長遞增或遞減，另一路送往解碼顯示電路的小數部分。這樣，計數值的範圍為8421碼的0000.0～ 1111.1，相當於十進位的0～15.5，步長為0.5，相應的輸出電壓Vout的範圍為0～15.5伏，步長為0.5伏。按鍵UP或DOWN分別控制計數電路作遞增或遞減計數，當按住UP或DOWN鍵不放時，由IC3－e、IC3－f組成的振蕩電路起振，產生約2Hz的脈衝信號，使計數器自動遞增或遞減。C1、R17組成初始化電路，在開機時，把計數電路的計數值予置成8421碼的1100.0，相當於十進位的12.0。
在附圖2b中，解碼顯示電路由IC6、IC7－a、IC7－b、IC8、IC9－b、Q8、Q9、Q10和七段數碼管P1(十位)、P2(個位)、P3(小數位)等組成。本實施例的解碼電路分為兩部分8421碼－BCD碼轉換電路和BCD碼七段解碼驅動電路。IC7－a、IC7－b、IC8、IC9－b 為8421碼－BCD碼的轉換電路，該電路把計數電路整數部分IC4的輸出QA、QB、QC、QD譯成BCD碼，產生的BCD碼從QA′、QB′、QC′、QD′端輸出個位數據，從QH端輸出十位數據。當計數器IC4的輸出為8421碼的0000～1001時，QD′、QC′、QB′、QA′的輸出也為相應的0000～1001，QH輸出為0；當計數器IC4的輸出分別為8421碼的1010、1011、1100、1101、1110、1111時，對應的QD′、QC′、QB′、QA′的輸出分別為0000、0001、0010、0011、0100、0101，QH輸出為1。IC6為BCD碼七段解碼驅動電路，與個位數的數碼管P2相連；由於十位數的筆劃簡單，故不需解碼，QH的輸出經IC8－d構成的非門進行反相，由Q10驅動十位數的數碼管P1；小數位只顯示「0」和「5」，故也不需解碼，由小數位0.5伏計數器IC5－a輸出的Q.Q信號，經Q8、Q9分別驅動與小數位數碼管P3的「0」和「5」相關的筆劃。數碼管P1左上角的LED發光管作為輸出通斷指示，點亮時表示有輸出電壓Vout，熄滅時表示Vout被切斷。
附圖2a中，輸出通斷控制電路由IC5－b、IC9－a、允許輸出鍵ON、禁止輸出鍵OFF等組成，按OFF鍵時，IC5－b的Q端輸出高電平，通過D2使Q3導通，Q1截止，電壓調整電路不工作，輸出電壓Vout被切斷，按ON鍵時，IC5－b的Q端為低電平，D2截止，電壓調整電路正常工作，同時Q7導通，點亮輸出通斷指示燈，當按UP鍵或DOWN鍵調節電壓時，通過或門IC9－a使IC5－b置位，其Q端輸出高電平，禁止Vout輸出；另外，開機時由C2、R18構成的上電復位電路也能通過或門IC9－a使IC5－b置位，其Q端輸出高電平、禁止Vout輸出。
過電流檢測電路由電壓比較器IC1－b、電阻R11－R14、微調電阻W1等組成，R12、R13、R14、W1為IC1－b輸入端的耦合電阻，R11為電流取樣電阻，當輸出電流增大到某一值時，R11上的壓降足以使IC1－b翻轉輸出高電平，通進或門IC9－a使IC5－b的Q端輸出高電平，禁止Vout輸出。被檢測電流的最大值由微調電阻W1設定。
供電電路由三端穩壓器IC2等組成，＋20～＋30伏的輸入電壓Vin經IC2穩壓供數字電路使用，同時作為數－模轉換電路的固定參考電壓。
另一實施例的電路如附圖3所示。
在附圖3b中，電壓調整電路由Q1、Q2、Q3、L、D2、IC4－a、IC3－a、IC3－b及光電耦合器PC－A等組成，這是一個它激式開關電源電路，採用脈寬調製。IC3－a、IC3－b、C1、R19、PC－A等組成可調脈寬振蕩電路，脈衝寬度由PC－A的極間電阻給予調節，極間電阻越小，脈寬越窄，產生的脈衝信號由IC4－a驅動Q3，控制開關管Q1導通或截止。L為儲能電感，D2為續流二極體。電壓調整電路由L線的電平控制其輸出Vout的通斷，當L線為高電平時，振蕩電路產生的脈衝能通過與非門IC4－a，輸出Vout為通狀態；當L線為低電平時，IC4－a輸出高電平，使Q3導通，Q1截止，輸出Vout被切斷。
比較放大電路由電壓比較器IC1－a、電阻R20、W1、光電耦合器PC－B等組成，該電路將輸出電壓Vout與M線來的基準電壓進行比較放大，當Vout升高時，IC1－a輸出電平升高，使PC－B的電流增大，PC－A的極間電阻減小，導致振蕩電路的脈寬變窄，輸出電壓Vout降低。
過電流檢測電路由IC1－b、R15－R18、W2等組成，工作原理與上一實施例相同，N線為其輸出端。
供電電路由Q4、D1、IC2等組成，＋45～＋55伏的輸入電壓Vin經Q4、D1進行一級穩壓，向電壓比較器IC1供電，再經IC2進行二級穩壓，向數字電路供電。
在附圖3a中，數－模轉換電路由加權電阻R1－R14、模擬開關K1－K14等組成，電阻是按BCD碼加權的、IC5－a－IC5－f構成數據反碼電路，工作原理同上一實施例。
計數電路由IC6、IC7、IC8－a組成，IC6、IC7均為BCD碼雙時鐘可逆計數器，IC6為十位數計數器，IC7為個位數計數器，IC8－a為小數位0.5伏計數器。總的計數範圍為BCD碼的000000.0～111001.1，相當於十進位的0～39.5，步長為0.5。IC4－b、IC4－c、IC12－b、IC3－c、IC3－d、K15及UP鍵、DOWN鍵等組成整數部分計數器的遞增、遞減控制電路，IC3－c、IC3－d組成約2Hz／5Hz振蕩電路，其振蕩與否受門IC12－b控制，當門IC12－b輸出低電平時，振蕩電路停振。振蕩電路的輸出分別由IC4－b、IC4－c控制送向個位計器器IC7的加、減時鐘端，當按下UP鍵、門IC4－c打開，同時振蕩電路起振，把脈衝送向計數器IC7的加法時鐘端CPu，計數電路作遞增計數；當按下DOWN鍵，門IC4－b打開，同時振蕩電路起振，把脈衝送向計數器IC7的減法時鐘端cpd，計數電路作遞減計數。當模擬開關K15斷開時，振蕩電路的頻率為2Hz，用於普通速度的調節，當K15接通時，振蕩電路的頻率為5Hz，用於快速調節。K15受OFF鍵控制，按下OFF鍵K15導通。0.5伏鍵能觸發雙穩態觸發器構成的0.5伏計數器IC8－a作0伏、0.5伏的狀態變換，R22、C3構成按鍵消抖動電路。IC8－a的復位端受DOWN鍵或UP鍵的控制，在作遞增或遞減計數時，IC12－b輸出高電平，把IC8－a置成0伏狀態。C2、R21組成初始化電路，在開機時，計數電路的整數計數器IC6、IC7被予置成一個初始值，該初始值可以通過編碼開關B0～B5設置，小數計數器IC8－a則通過C4、R24復位。
輸出通斷控制電路由IC8－b、IC12－a、OFF鍵、ON鍵等構成，其原理與上一實施例相同，在本實施例中，OFF鍵還兼作快調鍵，與DOWN鍵、ON鍵配合使用，能快速調節計數電路的計數值。
在附圖3c中，解碼電路、顯示電路由IC10、IC11、Q6、Q7、七段數碼管P1(十位)、P2(個位)、P3(小數位)等組成，IC10、IC11為BCD碼七段解碼驅動電路，IC10為十位數解碼，其輸出驅動十位數碼管P1，IC11為個位數解碼，其輸出驅動個位數碼管P2。其餘原理與上一實施例相類似。
權利要求1.一種數字式直流穩壓電源，它包括比較放大電路(2)電壓調整電路(1)、供電電路(8)，電壓調整電路(1)受控於比較放大電路(2)，用於完成穩壓過程，其特徵在於，它還包括計數電路(4)、數-模轉換電路(3)、解碼顯示電路(5)、輸出通斷控制電路(6)、過電流檢測電路(7)，計數電路(4)的輸出數據一路送往數-模轉換電路(3)，另一路送往解碼顯示電路(5)，數-模轉換電路(3)由加權電阻網絡和互補模擬開關網絡構成，其輸出端與比較放大電路(2)的一個輸入端相連，比較放大電路(2)的另一個輸入端與電壓調整電路(1)的輸出端相連，輸出通斷控制電路(6)的輸出端與電壓調整電路(1)的輸入端相連，控制輸出電壓的通斷，過電流檢測電路(7)對電壓調整電路(1)的輸出電流進行檢測，其輸出端與輸出通斷控制電路(6)相連，以便在電流過大時，通過輸出通斷控制電路(6)切斷電壓調整電路(1)的輸出電壓。
2.根據權利要求1所述的數字式直流穩壓電源，其特徵在於計數電路(4)為8421碼或BCD碼可逆計數電路，分為整數部分計數器和小數部分計數器，由UP鍵、DOWN鍵分別控制計數電路(4)作遞增、遞減計數。
3.根據權利要求1所述的數字式直流穩壓電源，其特徵在於數－模轉換電路(3)中的加權電阻是按8421碼或BCD碼權位加權的，各加權電阻相串聯，模擬開關並聯在每個加權電阻上，該電路中有一數據反碼電路，用於對模擬開關進行互補控制。
4.根據權利要求1所述的數字式直流穩壓電源，其特徵在於解碼顯示電路(5)中有一8421碼－BCD碼轉換電路。
5.根據權利要求1所述的數字式直流穩壓電源，其特徵在於解碼顯示電路(5)中有BCD碼－七段解碼驅動電路和七段數碼管，七段數碼管包括十位數、個位數和小數位數碼管。
6.根據權利要求1所述的數字式直流穩壓電源，其特徵在於輸出通斷控制電路(6)中有允許輸出鍵ON、禁止輸出鍵OFF，用於選擇該電路的工作狀態，該電路還受UP鍵、DOWN鍵的控制，在進行遞增、遞減計數時能使輸出通斷控制電路(6)處於禁止狀態。
7.根據權利要求1所述的數字式直流穩壓電源，其特徵在於比較放大電路(2)由電壓比較器構成，該電路中有一可變電阻用於設定輸出電壓值與計數電路的計數值之間的比例係數。
8.根據權利要求1所述的數字式直流穩壓電源，其特徵在於電壓調整電路(1)中有一與負載相串聯的電晶體可變電阻。
9.根據權利要求1所述的數字式直流穩壓電源，其特徵在於電源調整電路(1)是一它激式脈寬調製的串聯型開關電源電路。
10.根據權利要求1所述的數字式直流穩壓電源，其特徵在於過電流檢測電路(7)由電壓比較器和電流取樣電阻等組成，電流取樣電阻串聯在電壓調整電路(1)的輸出端，電壓比較器的兩個輸入端分別與取樣電阻的兩端相接。
專利摘要本實用新型公開了一種普及型數字式直流穩壓電源，它由電壓調整電路(1)、比較放大電路(2)、數—模轉換電路(3)、計數電路(4)、解碼顯示電路(5)等組成。由計數電路(4)設定的電壓數據一路送至解碼顯示電路(5)，另一路送至數—模轉換電路(3)產生基準電壓，基準電壓送至比較放大電路(2)，與輸出電壓作比較、放大，控制電壓調整電路(1)完成穩壓過程。它採用普通數字電路，成本低，便於普及。
文檔編號G05F1/46GK2108955SQ9123320
公開日1992年7月1日 申請日期1991年12月30日 優先權日1991年12月30日
發明者王建華 申請人:王建華