数控直流电源的组成原理和实现以及改进措施

一、系统组成与原理概述

本文所设计的数控直流电源与传统稳压电源相比，具有操作方便、电压稳定度高的特点，其输出电压大小采用数字显示，原理方框组成图见图１。它共由六部分组成。输出电压的大小调节通过“＋”、“－”两键操作，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：一路用于驱动数显电路，指示电源输出电压的大小值；另一路进入Ｄ／Ａ转换电路，Ｄ／Ａ转换器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所需的稳定电压。为了实现上述几部分电路的正常工作，需另制±１５Ｖ和±５Ｖ的稳压直流电源及一组未经稳压的１２～１７Ｖ的直流电压。

二、具体实现电路

根据以上数控直流电源的方框图，采用集成电路设计了输出电压为０～９．９Ｖ的数控电源，详细电路原理如图２所示。

１． 电路简介

两按钮开关作为电压调整键与可逆计数器的加计数和减计数输入端相连，可逆计数器采用两片四位十进制同步加／减计数集成块７４ＬＳ１９２级联而成，把第一块的进位和借位输出端分别接到下一组的加计数端和减计数端。两级计数器总计数范围从００００００００至１００１１００１（即０～９９）。

数显译码驱动采用两块７４ＬＳ２４８集成块，７４ＬＳ２４８为四线－七段译码器／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的８４２１码转换成十进制码，并驱动数码管显示数码。
数模转换电路采用两块ＤＡＣ０８３２集成块，它是一个８位数／模转换器，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ＤＡＣ，低位ＤＡＣ输出模拟量经９∶１的分流器分流后与高位ＤＡＣ输出模拟量相加后送入运放，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，运放采用具有调零端的低噪声高速率优质运放ＮＥ５５３４。

调整输出级采用运放作射极跟随器，使调整管的输出电压精确地与Ｄ／Ａ转换器输出电压保持一致。调整管采用大功率达林顿管，确保电路的输出电流值达到设计要求。数控电源各部分工作所需的±１５Ｖ和＋５Ｖ稳压电源由固定集成稳压器７８１５、７９１５和７８０５提供，调整管所需输入电压经简单整流、滤波即可得到，但要求能提供５Ａ的电流。

２． 电路调试

调节步骤如下：

１）输入数字００００００００，短接ＲＥ１、ＲＥ２、ＲＦ，调运放调零电位器Ｒｗ，用数字万用表检测，使输出电压Ｖｏ＝０±１ｍＶ．

２）输入数字１００１１００１，调整ＲＥ１、ＲＥ２、ＲＦ，使输出电压Ｖｏ达到预定的满量程值９．９Ｖ。

３． 主要技术指标

本文所设计数控直流电源的电压输出范围为０～９．９Ｖ，步进值为０．１Ｖ，输出纹波电压不大于１０ｍＶ，输出电流为５Ａ。

三、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（即步进值）的前提下，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。