数控直流稳压电源的测试

时间：2024-09-03

南京信息职业技术学院电子信息学院顾振飞

1.引言

本文所测量的数控直流稳压电源有一定输出电压范围和功能，可预置输出电压的果，并在数码管上予以同步显示。它与传统的稳压电源相比，具有操作方便、电压稳定度高、干扰小、容易控制、可靠性高体积小的特点，其输出电压大小采用数字显示，用到单片机、数字技术中的可逆计数器、D/A转换器、译码显示等电路。可实现定时开、关机，定时变压，显示输出电压、电流，预置输出电压值等功能。

2.数控直流稳压源的组成及测试

此数控直流稳压电源共有六部分，输出电压的调节是通过“+”，“-”两键操作，步进电压精确到0.1V控制可逆计数器分别作加，减计数，可逆计数器的二进制数字输出分两路运行：一路用于驱动数字显示电路，精确显示当前输出电压值；另一路进入数模转换电路（D/A转换电路），数模转换电路将数字量按比例，转换成模拟电压，然后经过射极跟随器控制,调整输出级，输出稳定直流电压。为了实现上述几部分的正常工作，需要另制±15V，和±5V的直流稳压电源，及一组未经稳压的12V～17V的直流电压。本设计中数控电源主要就是对此组电压进行控制，使输出0～9V的稳定的可调直流电压。

根据组成结构和信号电压特点，主要测试仪器使用到：万用表，示波器，直流稳压电源等。本测试以输入220v，50Hz的市电，输出为稳定的5V的直流电为例进行电路参数设计和测试。

2.1 直流稳压电源的基本组成

直流稳压电源由电源变压器﹑整流器滤波器﹑稳压器等部分组成，其框图如图1所示。

（1）交流电压变换部分

将电网电压变为所需的交流电压，同时还可以起到直流电源与电网的隔离作用。万用表可以测量50Hz220V交流电是否可以通过电源变压器降压为较低电压值的交流电。

（2）整流部分

整流电路的作用，是将变换后的交流电压转换为单方向的脉冲电压。这部分采用示波器来观察整流波形。

（3）滤波部分

对整流部分输出的脉冲直流电进行平滑，使之成为含交变成分很少的直流电压。其实际上是一个性能较好的低通滤波器，且截止频率一定低于整流输出电压的输出频率，因此也使用示波器观察滤波波形。

（4）稳压部分

尽管经过整流滤波后电压接近于直流电压，但是其电压值的稳定性很差，它受温度，负载，电网电压等因素的影响很大，因此，还必须有稳压电路，以维持输出直流电压的基本稳定。这部分可以采用万用表和示波器两种测试方法。

2.2 直流稳压电源各部分测试

（1）电源变压器

电源变压是将电网电压变换成实际电路所需的交流电压。

根据电路图，我们选择在次级线圈测量输出电压。通常使用万用表的交流220V档位进行测量。测量结果U2应当满足N1/N2=U1/U2这样的关系式。

（2）整流电路

整流是稳压电源的一个重要组成部分，主要作用是进行波形变换，即将交流信号变为直流信号。其又可分为半波整流和全波桥式整流。

整流部分的输出可以用示波器来观察输出。我们采用DS1022C数字示波器来测量。数字示波器观察波形迅速，电压频率测量方便迅速。全波整流的波形如图2所示。

（3）滤波电路

本设计采用电容滤波。

电容滤波的过程主要是将全波整流波形中较高的脉动成分滤除掉。因为电容两端的电压不会突变，所以利用这个原理使用电容将高脉动波形转变成低脉动波形。

测量方法同全波整流一样，使用DS10 22C数字示波器可以观察到滤波之后的波形，形状已经接近平滑，但是仍然有待改进。电容的本质是通交流，隔直流，理论上说电源滤波用电容越大越好。在测量过程中，我们分别测试了47μF，100μF和1000μF的滤波效果，结论是1000μF的滤波效果最好。

（4）稳压电路

滤波后的输出电压即使纹波很小，也仍然存在稳定性问题，因此需采用稳压电路进行稳压。最基本的稳压方法就是二极管稳压。除此以外，我们采用了三端集成稳压器LM7805和LM7905。

测量时，可以选择DS1022C示波器，使用双踪功能。CH1观察集成稳压器的1管脚，也就是滤波的波形，CH2观察3管脚即稳压后的波形，同时显示在屏幕上，可以观察到稳压之后波形比较平稳。

另外，可以用万用表来测量输入输出的直流电电压值。使用万用表直流电压20V档位来进行测量。但是无法直观的与滤波波形进行比较。以LM7805为例：

输入电压（VO=5～18V）：35V

输出电压：5V

2.3 数字显示电路的测试

2.3.1 工作原理

图1 直流稳压电源组成框图

图2 全波整流输入（左）输出（右）波形

数字显示驱动采用两块74LS248芯片，74LS248为四线七段译码驱动器，内部输出带上拉电阻它把从计数器传送来的二～十进制码，驱动数码管显示数码。

74LS248，七段译码器，输出高电平有效，适合于共阴极接法的七段数码管使用A3，A2，A1，A0，为8421BCD码输入，a,b,c,d,e,f,g为七段数码输出，LT为试灯输入信号，用来检查，数码管的好坏，IBR为灭零输出信号，用来动态灭零，IB/QBR为灭灯输出信号，该端既可以作输入也可以作输出，具体工作如上真值表所示。

测量集成电路我们主要选用万用表直流电压档，通过管脚高低电平，判断工作状态和信号的输出情况。当集成电路工作电压为5V时，高电平电压在5V左右，低电平电压一般在1V左右。

2.3.2 原件选择

与74LS248功能相同的还有，74LS247，7CD4511，74LS245等。

2.4 D/A转换电路（数模转换器）的测试

（1）DAC0832工作原理介绍

数模转换电路，采用DAC0832集成块，它是一个8位数/模转换电路，这里只使用高4位数字量输入端。由于DAC0832不包含运算放大器，所以需要外接一个运算放大器相配，才构成完整的D/A转换器，低位DAC输出模拟量经9:1分流器分流后与高位DAC输出模拟量相加后送入运放，具体实现，由900Ω和100Ω的电阻相并联分流实现，运放将其转换成与数字端输入的数值成正比的模拟输出电压，运放采用具有调零的低噪声高速优质运放NE5534。

d7～d0：8位二进制数据输入端；ILE：输入锁存允许，高电平有效；CS：片选信号，低电平有效；WR1，WR2：写选通信号，低电平有效；XFER：转移控制信号，低电平有效；Rf：内接反馈电阻，Rf=15KΩ；IOUT1，IOUT2：输出端，其中IOUT1和运放反相输入相连，IOUT2和运放同相输入端相连并接地端；Vcc：电源电压，Vcc的范围为+5V～+15V；Vref：参考电压，范围在-10V～+10V；GND：接地端。

当ILE=1,CS=0,WR=0，输入数据d7～d0存入8位输入寄存器中，当WR2=0，XFER=0时，输入寄存器中所存内容进入8位DAC寄存器并进行D/A转换。当DAC0832外接运放A构成D/A转换电路时，电路输出量V0和输入d7～d0的关系式为：

（2）DAC0832芯片的特点

DAC0832最具特色是输入为双缓冲结构，数字信号在进入D/A转换前，需经过两个独立控制的8位锁存器传送。其优点是D/A转换的同时，DAC寄存器中保留现有的数据，而在输入寄存器中可送入新的数据。系统中多个D/A转换器内容可用一公共的选通信号选通输出。由于DAC0832输出级没有加集成运放，所以需外加NE5534相配适用。

IN-为反相输入端,IN+为同相输入端；OUT为输出端；Balance为平衡输入端,主要作用是,使内部电路的差动放大电路处于平衡状态；COMp/Bal的作用为,通过调节外接电阻,以达到改善放大器的性能和输出电压；VCC-和Vcc+为正负电源供电。

对于数字控制电路来说，测量的方法均相同，同上一个数显译码器一样，按照真值表的高低电平对应关系，使用万用表测量管脚输出电压值，与真值表一一对应检查。

3.问题和改进措施

本电源输出电压大小尚受限制，在需要较高输出电压时，在不改变调节精度（即步进电压值）前提下，只要增加计数器的级联数和相应D/A转换器的个数，扩大数显指示范围，配合选用高电压输出运放，就能轻易地满足要求。当需要正负对称输出电压时，只要另增一组电源，对D/A转换器及调整输出电路稍作改动即可达到目的。

数字示波器精度高，速度快，读数误差小，在观察测量电压频率上有很大优势，但是由于精度过高，在观察波形上容易受到谐波的干扰，导致自动选取XY坐标单位有误，过分放大谐波，导致误判失真波形。这方面对测试人员的测试经验要求较高，需要能在数字示波器自动测量的基础上配合手动测量调节，选取合适的XY坐标和单位进行测量，并且能较准确的判断波形的情况。