实例解读 如何确定数控直流稳压电源设计方案

目前国内的新型稳压电源设计过程中，数控直流稳压电源作为工业系统常用到的电源类型，其设计任务也相对较多。本文将会从一个实际案例出发，通过对案例设计要求和方案的选择解析，帮助刚刚开始从事设计工作的工程师掌握稳压电源设计和方案选择的技巧。

首先我们来看一下该案例中所提出的数控直流稳压电源的设计任务与要求。在该案例中，要求所设计的电源输出电压范围是0—9.9V步进可调，调整步距0.1V。输出电流范围是≤500mA，静态误差控制在1%FSR以内，纹波需要控制在10mV以内且输出电压值用LED数码管显示。输出电压可预置在0—9.9V之间的任意一个值。

在了解了该种稳压电源设计的要求之后，工程师需要依据其参数要求，制定一个详细合理的结构框图，以此作为新方案的设计依据。我们依据上文中所提及的参数设计要求，制定出的数控直流稳压电源组成框图如下图图1所示。在该系统框图中，操作人员将会通过按键对系统发出电压调整指令，该指令与输出电路的状态信号一起送入数控部分电路，经过处理后产生符合指令要求的输出电压信号，并经输出电路功率驱动后输出。当输出电路的输出电流超过极限值时，由过流保护电路产生的信号送入数控电路，关闭系统的电压输出，对系统的输出电路进行保护。另外，数控部分还产生显示信息送入显示电路，将输出电压或其它信息报告给操作人员。

图1

从该数字控制电源系统的工作原理框图中，我们可以看到该控制系统主要包括以下几个部分，即自制稳压电源、数控部分电路、显示电路、模拟/数字转换电路(D/A变换器)、过流保护及输出电路部分。在整个系统中，数字控制部分我们可以使用“+”、“-”按键来控制可逆计数器，计数器的输出输入到D/A变换器，经D/A器转换成相应的电压，此电压经过放大到合适的电压值后，去控制稳压电源的输出，使稳压电源的输出电压以0.1V的步进值增减。

接下来就是进行相对应的电源系统方案设计，在这里我们共设计了两种不同的方案，下面将会分别进行两个方案的介绍和优缺点分析。首先来看第一个方案。第一个方案中采用7805来构成直流电源，采用7805构成直流电源的电路详细情况如图2所示。通过改变RP阻值使7805的公共端的电压在-5V到10V之间可调，则7805的输出端电压就可实现0-15V之间可调了。这种方案是利用了7805的输出端与公共端的电压固定为+5的特性来设计的。但存在不好数控的问题。

图2

接下来我们来看第二种方案的设计思路。在符合设计要求的情况下，第二种方案中我们采用的是串联型稳压电路。采用串联型稳压电路的原理图如图3所示，数控基准电压源的电压大小可以通过可逆计数器进行数据设置，计数器的内容对应于稳压电源的输出电压，同时该计数器值经过译码显示电路，显示出当前稳压电源的输出电压。计数器的输出送至D/A转换器，转换成相应的电压，此电压去控制稳压电源的输出，使稳压电源的输出以0.1V的步进值增或减。优点是容易进行数控，调节简单。

图3

在仔细对比了两种稳压电源设计的方案后，接下来我们就需要依据实际需要和设计要求，针对这两种方案进行选择。第一种方案在结构基础方面采用的是7805构成直流电源，设计原理比较简单易懂，但存在不好数控的问题。第二种方案采用串联型稳压电路，容易进行数控且具有控制精度高，调节简单。因此，在本案例中，第二种方案所设计的串联型稳压电路比较符合设计要求。