AC-DC数字稳压电源设计与Multisim仿真

一、课题要求

设计一个AC-DC数字稳压电源，并在Multisim或者Proteus中仿真该系统。基本要求如下：

（1）输入220V，50Hz交流电，输出直流电压调节范围2~9V；

（2）输出直流电压能步进调节，步进值为1V，由“+”、“-”两键分别控制输出电压步进增、减；

（3）输出电流不低于500mA；

（4）稳压系数（输出电压变化量与输入电压变化量之比）小于0.2；

（5）由一个8段数码管显示当前设置的电压值。

（6）设计能支撑上述系统工作的辅助电源（即，1-5描述的是数字稳压电源，但为了让这个数字稳压电源工作，一般要外接工作电源，该部分就是设计该工作电源）。

二、方案选择

方案选择

方案一：电阻选择形式的数控直流稳压电源

原理框图

方案二：DA数模转换的数控直流稳压电源

原理框图：

通过加减计数器实现加减计数，将计数器的输出连接到DAC转换器的数据输入端，便可实现数模的转换最终获得所要的电压输出。

方案分析比较

以上方案都是建立在加减可逆计数器上实现数控的，有相同的降压与整流电路部分。

方案一：利用LM317可调集成稳压器，由电阻网络实现所要电压的调节，电阻是由理论公式计数而出的，输出电压精确，并且有一定的电流输出。数码显示是我们所常见的十进制。

方案二：由LM7815提供15V电压给DAC转换器用作基准电压，从计数器中提供数据进行数模转换，此时在DAC输出端能够输出精确的电压值，但是电流输出非常小，为了能输出一定范围的电流，又采用了NPN复合管对电流放大，电路简单，成本低。

综合上述：方案二输出电流大，电压精度高且稳定，电路简单，综合上述选择方案二作为此设计的方案

三、设计原理及电路图

1、降压与整流电路及滤波稳压电路

电源变压器将220V的交流电降至20V的交流电，再经整流桥全波整流，再由电容对其滤波。通过三端稳压芯片LM7815、LM7805得到稳定输出的+15v和+5v给电路提供电源

此部分电路如图所示。

DAC0832功能介绍、原理电路图

DAC0832是采样频率为八位的D/A转换芯片，集成电路内有两级输入寄存器，使DAC0832芯片具备双缓冲、单缓冲和直通三种输入方式，以便适于各种电路的需要(如要求多路D/A异步输入、同步转换等)。

DAC0832引脚功能说明：

DI0~DI7：数据输入线，TLL电平。

ILE：数据锁存允许控制信号输入线，高电平有效。

CS：片选信号输入线，低电平有效。

WR1：为输入寄存器的写选通信号。

XFER：数据传送控制信号输入线，低电平有效。

WR2：为DAC寄存器写选通输入线。

Iout1：电流输出线。当输入全为1时Iout1最大。

Iout2：电流输出线。其值与Iout1之和为一常数。

Rfb：反馈信号输入线,芯片内部有反馈电阻。

Vcc：电源输入线 (+5v~+15v)

Vref：基准电压输入线 (-10v~+10v)

AGND：模拟地,摸拟信号和基准电源的参考地。

DGND：数字地,两种地线在基准电源处共地比较好。

2、D/A 转换器DAC0832

DAC0832是采用CMOS工艺制成的单片直流输出型8位数/模转换器。如图所示，它由倒T型R-2R电阻网络、模拟开关、运算放大器和参考电压VREF四大部分组成。运算放大器输出的模拟量V0为：

由上式可见，输出的模拟量 与输入的数字量(成正比，这就实现了从数字量到模拟量的转换。

从自制的稳压直流电源中获得15V的直流电压作为DAC转换器的基准电压。其输出模拟量与输入数字量之间的关系位：

式中，V0为输出模拟量（电压），VREF为基准电压，D10为输入二进制数字信号所对应的十进制。

本设计要求是设计2~9V的电压，所以用15V为DAC的基准电压，对其进行数模转换。

且DAC有八个数据输入端。所以

数模转换表如下

发现高4位和低4位是一样的，所以可用一片74LS193计数器来接入DAC转换器的8个数据输入端。DAC转换电路如图所示。

3、步进及显示电路设计

74LS193是同步四位二进制可逆计数器，它具有双时钟输入，并具有异步清零和异步置数等功能，其引脚排列及逻辑符号如下所示：

图中：LOAD 为置数端， UP为加计数端，DOWN 为减计数端， CO、BO为加、减进位输出端，A、B、C、D为计数器输入端，CLEAR 为清除端，Q0、Q1、Q2、Q3为数据输出端。

真值表：

H=高电平 L=低电平 X=不定（高或低电平） ↑=由“低”→“高”电平的跃变

输出电压值的数码管显示

直接用四输入的BCD码LED数码管，可以不使用译码器，连接方式可见图所示。只要输出的电压能精确在反映控制值，这种方法在正常状态下，数码管显示的数值就是输出电压值。

总体电路设计

4、测试与分析

通过使用Mutism仿真软件搭建电路并进行仿真。

(1)电压测试

(2)电流测试

当连接负载后，电流输出范围大概在0.5~~1.3A,输出电流稳定。

经仿真测试，全部达到设计要求。