直流稳压电源电路设计精选(九篇)

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第1篇：直流稳压电源电路设计范文

关键词: 仿真 电源 Protel 99

中图分类号: TM1 文献标识码: A文章编号: 1007-3973 (2010) 04-066-01

1 前言

直流稳压电源是能够保证在电网电压波动或负载发生变化时,输出稳定的电压的常用的电子设备。它广泛应用于仪器仪表、工业控制及测量领域中。故设计、制造一个低纹波、高精度的直流稳压电源在电源技术中占有十分重要的地位。采用电路设计仿真工具对直流稳压电源电路的设计理念和输出进行仿真验证是提高设计质量、降低研制成本、缩短研制周期的有效手段,在电源设计工作中有着重要的实际应用价值。

仿真即对所设计的电路板进行电器特性的分析,检验其是否符合设计者的要求。如果没有防震功能,在设计阶段就无法检验设计的好坏,只能进行无力的实验,这样,一旦设计阶段出现重大失误,那么一切只能重新再来,造成时间和物质上的极大浪费。对于复杂的电路设计来说更是如此??。

Protel 99 SE系统提供了强大的电路仿真功能,能够提供模/数信号的混合电路仿真,本文利用Protel 99 SE软件模拟设计并仿真了直流稳压电源电路,理论计算了该电路的主要参数,模拟分析了该电路工作过程,仿真计算了该电路工作状态,直观地验证了理论分析的结果,并得到相关结论。

2 理论分析

直流稳压电源电路如图1所示,其中仿真信号源为频率为50Hz,幅值为311V的正弦波信号,三极管电流放大倍数为205,稳压管D2稳定电压6.8V,其他参数如图所示。

图1 直流稳压电源电路图

该电路理论计算如下:

(1)输入电压:

(2)经变比为5:1的变压器变压后,变压器副线圈两端电压:

(3)经D1全桥整流后,再经C1滤波后, 由经验公式??估算电路两端输出电压平均值应为:

(4)由于稳压管D2稳定电压为6.8V,故三极管基极与集电极电压即电阻R1两端电压为:

(5)三极管工作在线性放大区,故输出电压为:

3 计算机仿真结果

图2 输入波形图图3 a、b两点电位波形图

图4 c点电位波形图图5 输出电压波形图

由以上分析结果可以看出:计算机仿真计算的结果中图3与理论计算中的相符合,图4与理论估算中的相符合,图5与理论计算中的相符合。

4 结论

(1)计算机仿真结果不但结果更精确,而且速度非常快,大大减轻了电子线路设计人员的计算强度,尤其在需要经常改变电路元件参数时或计算复杂电路时,计算机仿真计算的快捷、方便、精确的优越性就更显得突出。

(2)利用计算机方针软件设计分析电子线路可以省去很多新产品调试时间,也可以及时发现设计中的错误,避免浪费,即节约了成本有提高了效率。

(3)利用Protel 99 SE软件对一个电路进行仿真时,一般步骤是先放置信号源,再设置好自己想要仿真的内容,最后启动仿真程序,输出结果。

(4)计算机仿真结果与理论计算结果很接近,直观的体现了理论计算结果。因此,计算机仿真电路的技术具有很强的实用性。

(项目基金:辽宁省教育厅科研项目2009A788)

注释:

第2篇：直流稳压电源电路设计范文

伍水梅 广东省国防科技技师学院 广州同和 510515

【文章摘要】

电源是电路的核心，是电子电路制作过程中必不可少的设备。一个好的直流稳压电源能让电路制作事半功倍，效果显著。一般直流稳压电源由变压器、整流、滤波、稳压等几个部分组成。本文介绍了一种简单实用的直流稳压电源的制作。

【关键词】

直流稳压电源；变压器；整流；滤波； 稳压；7806

【Abstract】

Power which is the core of the circuit is the essential equipment for making electronic circuit. It will get twice the result with half the effort if a good DC power is supplied for the production of circuit.Generally speaking,DC power supply is mainly composed of transformer, rectifying,filtering and voltage-stabilizing. This article describes a simple and practical construction of DC power supply.

【Keywords】

DC Regulated Power Supply;Transformer; Rectifying;Filtering;Voltage-stabilizing; 7806

0 引言

科技在不断进步，人们对小型电器的需求越来越大，但不管是那种电器设备， 电源都是必不可少的，而且越是高端的电器，对电源要求越是严格。电源技术核心是电能变换与处理，广泛应用于教学、科研等领域，而直流稳压电源是电子技术中常用的仪器设备之一，几乎所有家用电器和其它各类电子设备都在使用直流稳压电源，它占着举足轻重的位置，是大部分设备与电子仪器的重要组成部分，是电子科技人员及电路开发部门进行实验操作和科学研究不可缺少的电子仪器。但实际生活中通常是由 220V 的交流电网供电， 直流电源需要通过电源系统将交流电转换成低电压直流电以供给各类电器设备使用。

直流稳压电源对电路调试、电路制作有决定性的作用，一个好的直流稳压电源，能让工作事半功倍。直流稳压电源系统主要由变压、整流、滤波和稳压四部分电路组成，其原理和制作过程比较简单， 如图1 所示。本文主要介绍一个能提供+6V、+1A 的串联型直流稳压电源的制作过程。

1 合适变压器的选择

变压器作为一个降压元件，主要是将初级电压（市电220V）转换为电路所需压降。根据电路要求提供+6V、+1A 的直流电源，所以在选择变压器的次级电压和次级电流时应适当增大，原则上次级电压应在所需电压的基础上多加3V，即次级电压应选6V+3V=9V，而次级电流应在所需电流的基础上乘以1.7 倍，即1.7A ；变压器的功率P 是初级线圈P1 和次级线圈功率P2 之和的一半，即：

P=（P1+P2）/2，

按照所选择的电压可计得：

P2=U2×I2=9×1.7=15.3W

P1=P2/ （0.8 ～ 0.9）=18W

这样可以选择变压器的参数是功率为18W，初级输入电压220V，次级输入电压9V。变压器应进行基本检测，如初级、次级线圈的分辨，最常用的方法有两个： 第一种是根据线圈电压与线圈匝数的比值V1:V2=n1:n2 可知线圈细的那边应为初级线圈（输入端）；另一种方法是用万用表的电阻档比较两线圈的电阻值，阻值较大的那一端为初级线圈（输入端）。

2 整流电路的配备

整流电路的主要作用是利用二极管的单向导通特性将变压器输出的交流电压转换为脉动直流，是直流形成的第一站，它所提供的电压比最大输出电压值

图4.2 1ms 调频周期信号频谱 要略高，所以在选用四个二极管时要注意耐压值应比变压器的次级输出电压大3 倍以上，耐流值应略大于变压器的次级电流。按照变压器所取的数据：U2=9V、I2=1.7A，所选取的二极管耐压应大于27V，耐流值最小应等于变压器的次级电流。二极管需要承受较大的反向电压，假如二极管反接，将会造成二极管损坏，电路无法工作等严重后果，因此安装前要对二极管进行检测，确保极性。二极管的检测：用万用表测量二极管的正反向电阻， 根据二极管的单向导通特性可以轻易的判断出小电阻的那次黑笔所接是正极，红笔所接是负极；对于外观完好的二极管也可以从银色圈圈在哪边从而判出负极。

3 选用不同的电容器实现滤波

滤波电路是利用电容器将整流电路所输出的脉动直流存在的交流成份滤掉， 使输出波形变得平滑。不同类型的电容器有着不同特性，在电路中能起不同作用， 因此不同的电路应该选择不同的电容器； 但不管何种电容器，在电路中承受的电压都不能超过它自身的耐压值，否则电容器将受到损坏，甚至产生“放炮”现象。根据变压器的次级电压等于9V，选择电容器的耐压值应为1.42 U2，即13V，电容器的容量应为（1500 ～ 2000）I2 （I2 为变压器次级电流），即电容器可选用3300 ～ 4700μF 的。在本文所设计的电路中，前面的滤波电容C1 可适当选大到3300μF 以上，稳压出来的滤波电容C2 就要相对减小，可选择几十微法的。利用万用表的电阻档检测电容的好坏，判断电容有无短路、断路和漏电等现象：按电容量的大小用万用表不同的电阻档，红、黑表笔分别接电容器的两引脚，在表笔接通瞬间观察表针的摆动，若表针摆动后返回到“∞”，说明电容良好，且摆幅越大容量越大；若表针在接通瞬间不摆动，则说明电容失效或断路； 若表针在接通瞬间摆幅很大且停在那里不动，说明电容已击穿（短路）或漏电严重；若表针在接通瞬间摆动正常，只是不能返回到“∞”，说明电容有漏电现象。对电解电容更要分清楚正负极，避免反接。

4 稳压电路的研制

稳压电路是当电网电压波动或负载发生变化时，能使输出电压保持稳定的电路。根据电路的连接方式可分为并联型直流稳压电源和串联型直流稳压电源。并联型直流稳压电源所用元器件少，较经济；输出短路时元器件不易损坏，但效率低，调压范围小，负载变化容易引起输出电压的变化，适用于负载电流变化不大或极易发生短路的场合。相比之下串联型直流稳压电源可用在负载变化较大，稳压性能要求较高，输出电压可调等场合，所以建议安装串联型直流稳压电源。常用的稳压元件有稳压管、LM317、CW78××× （CW79×××）。

稳压管是特殊加工而成的二极管，和普通二极管一样具有单向导通特性，主要工作于反向击穿区，起稳压作用，通常并在负载两端使用。当它两端所加的反向电压达到反向击穿电压时，管子导通，电流急剧上升，达到稳压效果。只用稳压管工作的稳压电路一般较简单，性能也较差， 适用于输出电流不大，稳压要求不高的场合。为改善稳压效果，稳压管常会和复合管一起用，但稳压效果还是不理想。

LM317、CW78×××（CW79×××） 同属三端集成稳压器，都是将稳压电路通过半导体集成技术压制在一块半导体芯片中形成集成稳压电路[9]。LM317 是一种常用的三端可调稳压集成电路，输出电流为1.5A，输出电压可在1.25 － 37V 之间连续调节，调整使用方便。CW78××× 系列为输出正电压的固定式三端稳压器， CW79××× 系列为输出负电压的固定式三端稳压器，两者都包含了输入、输出、公共接地端三个引出端，具有限流和热保护的功能，且根据后序××× 不同各有不同的的输出电压和输出电流，第一个“×” 代表额定电流--- 字母L 表示输出电流为100mA，字母S 表示输出电流为2A， 没有字母表示输出电流为1A ；后面两个×× 表示额定电压---05 表示额定电压为5V，12 表示额定电压为12V，如此类推。根据要求，本文选用7806 集成稳压器（如图5 所示），其额定电压+6V，输出电流1A ；若是79S12 则额定电压为-12V，输出电流2A。在使用所选IC 前，应注意区分7806 的三个管脚和判断其好坏。区分管脚时可将三端稳压器正面竖起来面对自己， 从左到右依次为输入端、接地端、输出端， 使用加电压法测试三端稳压器好坏，在7806 的1 脚和2 脚按极性加上直流电压（9—35V），用万用表测3 脚和2 脚的电压， 如果所测电压数值与稳压值相近（大小不超出2V），则说明稳压器性能好。

5 附加电路的选用

根据电路的要求不同，也为了让电路能更好的工作，可以在原电路的基础上增加一些冗余电路，如电源指示电路，输出电压显示电路，散热电路等。

当电路完成后应重新检查一次所有元器件，如二极管的方向、电解电容的极性、集成电路的各管脚等，在检查无误后则可以进行通电调试，接通开关后若指示灯显示正常，则+6V、1A 直流稳压电源即可正常使用，其原理图如图2 所示。

6 结束语

通过对直流稳压电源的分析制作，总结出直流稳压电源的制作应从选材入手， 根据电路要求进行电路设计。只要认真扎实的进行制作，就能从中悟出很多有关直流稳压电源的制作技巧，使一些积累问题迎刃而解，推导出开关型稳压电路、串联反馈式稳压电路、输出正负电压可调的稳压电路等的制作，提高创作水平。

【参考文献】

[1] 田智文. 一种带有保护电路的直流稳压电源的设计[D]. 西安：西安电子科技大学，2011

[2] 孟祥印，肖世德. 基于先进集成电路多输出线性直流稳压电源设计[J]. 微计算机信息，2005，21（1）： 154-155，180

[3] 金钊. 直流稳压电源的性能测试与优化[D]. 威海：山东大学，2012

第3篇：直流稳压电源电路设计范文

【关键词】稳压 三端稳压器 CW7805

在电子电路设备中，一般都需要稳定的直流电源供电，目前，很多直流稳压电源都是采用串联反馈式稳压原理，即通过调整输出端取样电阻支路中的电位器来调整输出电压的范围。

1 设计任务和要求

输出电压： UO= +5V UO= 0 ～ +12V （两组电压不能同时输出）

输出电流：IO= 0 ～ 500mA

2 电路的确定

整流器件采用硅桥，数字滤波器采用大容量的电解电容和小容量的有机薄膜电容器，稳压电路选择用集成稳压器组成串联电路。

3 设计方案

电路图如图1所示：

在图1中，当转换开关S投向“固定”时，此稳压电路就通过三端稳压器CW7805输出+5V电压，是一个固定输出的直流稳压电源；

当转换开关S投向“可调”时，此时输出电压为：

UO=UXX+（UXX/R1+ID）×RPUZ （1）

式（1）中：UXX ― 所用集成稳压器标称输出电压值，此处为+5V

UZ― 硅稳压管电压，值为-5V，加稳压管是为了可调输出从0V开始

ID― 集成稳压器的静态工作电流

R1，RP ― 为适应固定输出改为可调输出而设置的外接取样电阻和电位器

式（1）中，UZ= UXX，输出电压可写成：

UO=UXX+（UXX/R1+ID）×RP

UO与RP成正比，即在RP= 0时，输出电压UO= 0 V，随着RP阻值的增大，输出电压UO亦提高，实现了输出电压从0 V起的可调。

4 元件选择与电路参数的计算

4.1 选择集成稳压器

CW7805的起点参数典型规范值为：

输入直流电压UI= 10V

输出直流电压 UO= 5V

4.2 确定输入电压

（1）当输出电压最低时，此时加于CW7805输入，输出两端之间的电压最高，但不得超过允许值，即UI UOmax< 35V。

（2）当输出电压最高时，此时加于CW7805输入，输出两端之间的电压最低，但要稳压器正常工作，即 UI UOmax > 2V。

结合设计的具体要求，选UI= 15V。当 UO= 0V时，UI UO = 15V，稳压器输入，输出端之间的电压为超过允许值；当UO= 12V时， UI UO= 3 V，稳压器亦能正常工作。

4.3 确定变压器次级电压有效值U2，U3

采用桥式整流电容滤波电路，则输出电压：

U2=（1.05 ～ 1.1）UI/1.2

得U2= 13.125V 取 U2= 14V

同理，取U3 = 5 V

4.4 选择硅桥

在图2中，根据桥式整流电容滤波电路的输出电压公式：

（1）硅桥（Bridge1）的耐压值为：

URm1= U21.4×14V = 19.6V

硅桥的额定电流为 ：

ID= 1/2×I0max=1/2×500mA=250mA

由此，可选用500mA＼50V的硅桥

（2）硅桥（Bridge2）的耐压值为：

URm2==7V

硅桥的额定电流为 ：

ID= 1/2×I0max=1/2×500mA=250mA

由此，可选用500mA＼14V的硅桥

4.5 确定滤波电容C1

取RLC1≥ 3 ×T/2，则有：

C1≥ =0.003F （T为交流电网电压的周期）。

选取C1和C4为3300uF/25V的铝电解电容器

4.6 确定外接取样电阻R1

取样电流IR1≥（3 ～ 5）ID，取IR1= 3ID，

则：R1=UXX / IR1=5V/3×3.2mA≈0.521K

可取R1= 510?

4.7 选择可调电位器RP

当RP的下端不接-5V辅助电源，而直接接地时，可得：

U0= UXX+ （UXX/R1+ ID） ×RP

RP=（U0- UXX）/ （UXX/R1+ ID）≈0.538K

所以，可取RP 为600?的可调电位器。

4.8 确定R2

2CW13是硅稳压二极管，最大工作电流 IZM=38mA，稳定电压UZ=5.5～6.5V，R2为限流电阻，有： R2=UZ / IZM

R2范围为140?～ 170?，可取R2=150?。

4.9 C2，C3的选取

电路中C2，C3是为减小纹波，消除自激振荡而设立的。

C2=C3=C5= 0.1 ～ 0.33uF

4.10 -5V辅助硅稳压管稳压电路的设计

为抵消+5V而设置的-5V辅助硅稳压管稳压电路。

5 结论

本设计是一个直流稳压电源，可以不同时输出两组电压（+5V和0～+12V），电路简单，易于实现。但在输出0～+12V时，用电位器对电压进行调节，由于电位器阻值的非线形和调整范围窄，使直流稳压电源难以实现输出的电压的精度调整。在稳压器公共端电流 变化时，输出电压会受到影响，为进一步改善电路，可以在实用电路中加电压跟随器，将稳压器与取样电阻隔离。

参考文献

[1]张友汉著.电子线路设计应用手册[M].福州：福建科学技术出版社，2007（07）.

[2]杨欣，王玉凤主编.电路设计与仿真[M].北京：清华大学出版社，2006（04）.

[3]黄继昌主编.电子元器件应用手册[M].北京：人民邮电出版社，2004（07）.

[4]童诗白，华成英主编.模拟电子技术[M].北京：高等教育出版社，2001（01）.

作者简介

李翠翠（1983-），女，陕西省咸阳市人。大学本科学历。现为西安汽车科技职业学院助教。研究方向为汽车电子技术。

第4篇：直流稳压电源电路设计范文

关键词:电涡流测功机;直流线性稳压;二级电压控制;模拟故障

中图分类号:TP274文献标识码:B

文章编号:1004-373X(2009)10-189-04

New Type of High-power Linear DC Voltage-stabilized Power

Source in Eddy Current Dynamometer

ZHANG Xukai,ZHANG Wenming,ZHOU Haiyong

(Shanghai Internal Combustion Engine Research Institute,Shanghai,200438,China)

Abstract:A new type of power source used for excitation voltage control in eddy current dynamometer in designed.Based on the SCR rectification circuit and analog technology,using the fully three phase position controlled bridge of SCR and power MOSFET regulation to output linear DC voltage.Over-load protection circuit,open-phase protection circuit and thermal-shutdown circuit are designed for equipment reliability.Experimental results show that the equipment can output linear DC voltage and the voltage stablilty fulfil the needs of eddy dynamometer.The equipment also can quickly shutdown when at fault status such as over-loads,open-phase and overheat.The power source designed by the fully three phase position controlled bridge of SCR and power Mosfet regulation can fulfil the needs of voltage of eddy dynamometer.

Keywords:eddy dynamometer;DC linear voltagecd

stabilized;secondary voltage control;analog fault

测功机是发动机台架检测系统中重要的组成部分,用于测量发动机的有效功率。对测功机来讲,为了满足发动机所有转速和负荷范围内都保持稳定运转工况,并且可以平顺且精细地调节负荷,需要一个稳定的加载器来满足发动机实验的要求,需要对加载器提供稳定且可线性变化的电源。在电涡流测功机中,需要对励磁电机提供的直流电源进行驱动,以完成发动机台架检测。

由于电涡流测功机励磁电机要求磁场恒定,故要求电源提供的负载电压恒定不变,而且磁场一般都是稳定的,还要求有较好的电压稳定度,即要求即使输入电压发生一定变化时,输出电压应保持不变。

为了达到平顺调节负荷的目的,输出电压应有适当的线性调节范围,并且还要有一定的保护措施。根据设计需要,该电源输出电压的变化范围为0～180 V,要求最大负载功率为5.4 kW,输出电压稳定度应优于1%。

1 工作原理

由于要求的电压调节范围较宽,要求的功率较大,目前电涡流测功机励磁加载电源采用较多的方法是可控整流器,在此通过控制晶闸管的导通角进行调压。其工作原理是对晶闸管的控制极进行控制,通过改变晶闸管的导通角,可以在输出端获得平均值和有效值都随导通角变化而变化的直流脉动电压。采用该原理设计的电源可以达到很高的输出功率,但是电压稳定性差,而且控制呈显著的非线性,不适合电涡流测功机对电压的要求。因此,该电源采用晶闸管三相桥式移相控制和功率MOSFET调整两个控制环联合控制的方法,使输出电压可以满足大功率、高稳定度和可宽范围线性调节的要求。

1.1 系统方框图

由于该电源要求功率较大,并且对电压稳定度也有较高的要求,所以采用如图1所示的电源方框图。

1.2 可控整流原理

如图2所示,通过控制晶闸管的导通角,可以在整流电路输出端获得随控制电压变化的电压。

可控整流电路是指在输入交流电压的波形和幅值一定时,输出电压的平均值可以通过调节晶闸管的导通角进行调节。采用可控整流电路可以提高变压器的初、次级利用率,具有较大的功率因数和较小的脉动率,因此选作为主回路。

由于采用整流滤波电路以及稳压电路构成两级控制环。因此选择对整流滤波电路要考虑两点:考虑调整管的工作状态,确保调整管能工作在线性放大区;考虑交流电网波动的影响。交流电网的波动会反映到整流滤波电路的输出电压上。按照国家有关规定,在没有特定说明的情况下,一般按变化±10%来考虑。这就要求当电网电压变化±10%时,调整管要处于线性放大区,从而使稳压电路能保持正常工作。在该电源设计中,由于负载容量较大,使用单相电源会造成三相电网的不平衡,影响电网中其他设备的正常工作,所以采用的是三相桥式全控整流调节方式。三相可控整流的脉动频率比单相高,纹波因数显著低于单相。三相全控桥式整流电路电路可以在负载上得到比三相半控桥式整流电路更为均匀的波形。

采用市场上常见的三相整流功率模块,集成了晶闸管三相桥式整流电路以及触发电路,通过对模块的输入电压进行控制,即可完成整流与调相功能。通过在功率模块输入端连接三相隔离变压器,将输出电路与交流输入隔离。隔离变压器具有电压变换功能及有源滤波抗干扰功能。隔离变压器在交流电源输入端的特点为: 若电网三次谐波和干扰信号比较严重,采用隔离变压器,可以去掉三次谐波和减少干扰信号;

采用隔离变压器可以产生新的中性线,避免由于电网中性线不良造成设备运行不正常;非线性负载引起的电流波形畸变(如三次谐波)可以隔离而不污染电网。

隔离变压器在交流电源输出端的特点为:防止非线性负载的电流畸变影响到交流电源的正常工作及对电网产生污染,起到净化电网的作用;在隔离变压器输入端采样,使得非线性负载电流的畸变不影响取样的准确性,得到能反应实际情况的控制信号。

对于小功率或者中等功率的使用场合,可以采用单相桥式半控的方法作为其整流主回路。电路组成可以选择晶闸管模块作为主回路,使用KC04芯片作为晶闸管模块的移相触发电路。通过调节KC04的控制电压控制晶闸管的导通角,从而得到随控制电压变化的直流脉动电压。

1.3 串联反馈晶体管电路

可控整流输出的电压经电容整形滤波后的电压仍然具有较大的纹波,波动很大,而且很容易受电网电压的影响,并且单纯控制晶闸管的导通角得到的输出电压呈明显的脉动和非线性。这就要求系统在可控整流电压输出端添加串联反馈调整电路,使输出电压达到设计要求。其稳压原理是调整元件的动态电阻,它是随输出电压的变化而自动变化的。当负载电阻变小使输出电压降低时,调整元件的动态电阻便会自动变小,从而使调整元间两端的压降降低,确保输出电压趋近原来的数值。串联反馈调整电路的框图如图3所示,包括调整管、取样电路、基准电压源和比较放大器等部分。输入电压经过调整元件调节后,变成稳定的输出电压,取样电路与基准电压相比较,并把比较后的误差信号送入放大器,增强反馈控制效果。采用串联反馈调整型稳压电路,输出电压范围不受调整元件本身耐压的限制,而且各项技术指标均可以做得很高。但是过载能力差,瞬时过载会使调整元件损坏,需要添加过载保护电路。

1.4 调整元件控制电路设计

在该电源系统中,采用大功率MOSFET作为调整元器件,与三相桥式移向控制一起组成输出电压控制环。

1.4.1 三相调压模块的控制

由于采用三相调压模块,所以只需对调压模块进行控制,即可完成整流输出功能。尽管三相模块中控制电压与晶闸管的导通角呈线性关系,如图2所示,晶闸管的输出电压与晶闸管导通角的变化却呈非线性关系;同时,为了保证电源功率输出调整管集-射级之间的电压差基本稳定,便于控制功耗,提高电源安全性,需要使电源功率调整管的输入电压基本呈线性变化。这里采用对控制电压进行非线性处理后,再输入到三相整流模块控制端的方法。控制输入电压经过二极管后作用到运算放大器,利用二极管的非线性特性与三相模块的非线性进行匹配,基本上可以使计算机输出的控制电压与晶闸管整流输出的电压呈现线性比例关系。电压输入/输出特性如图4所示,线路如图5所示。

1.4.2 功率MOSFET的控制

该电源选用功率MOSFET作为调整元件,为电压控制型器件,在驱动大电流时无需驱动级,具有高输入阻抗,工作频率宽,开关速度高以及优良的线性区。为了保证电源的可靠性与安全性,需要将强电控制部分与弱电控制部分进行隔离。在此采用光电耦合器完成地的隔离,具体过程如图6所示。

MOSFET的控制电压由计算机提供,经过F/V变换器、光电耦合器、V/F变换器变换后与取样电路取来的电压信号同时作用在比较放大器的输入端,通过与基准电压进行比较,比较放大器将输出相应的电压去控制MOSFET,以稳定输出电压。由于负载电流较大,因此MOSFET需采用并联连接方式,增加输出电流,确保在大电流情况下电源的正常工作。并联运用时,各管的参数尽量一致,可以在发射极串联均流电阻,利用负反馈减小电流分配的不均匀。电路如图7所示。

2 监控管理设计

2.1 电源保护电路

由于采用串联反馈型稳压电路作为电压控制环,因此在测功机发生短路或者过载时会有很大的电流流过调整管MOSFET,并且所有输入电压几乎都加在调整管的集-射级之间,很容易将其烧坏,因此添加保护电路是必需的。常用的过电流保护电路有限流型、截止型和减流型。这里采用晶体管截止型保护电路,其原理是当负载电流达到限流值,过电流保护电路使稳压电源进人截止状态,并不再恢复,使稳压电源与负载得到有效的保护。其优点是:这时的电源调整管功耗为零,最大缺点是:属冲击性负载时,容易误动作,使稳压电源进人过流保护

状态,且一旦进入过电流保护状态后,即使过电流状态解除,也不能自动复位。具体线路如图8所示,当电流超过额定负载时,采样电阻R4两端电压上升,使晶闸管SCR导通,晶体管NPN1导通,NPN2截止,这时MOSFET的栅级输入电压(即R3处的电压)被强制拉底,使MOSFET输出为零;同时,串联在过载保护线路中的光耦导通,使三相功率整流模块的控制信号输入端接地,串联反馈稳压线路的输入电压为零,起到保护元件的作用。

由于电网自身原因或者电源输入接线不可靠,电源有可能会运行在缺相的情况下,而且掉相运行不易被发现。当电源缺相运行时,整流桥上的电流会不平衡,容易造成损毁,因此必须加入缺相保护电路,以进行缺相保护。电路原理图如图9所示,当ABC三相有一相发生缺相时,其对应的电源指示灯熄灭,缺相指示灯亮起,并且通过光耦输出信号到继电器驱动,此时继电器吸合,将三相功率模块的控制输入与地短接,使可控整流输出为零,起到保护电源的作用。

2.3 过热保护

在电源处于长时间大电流工作状态或者工作环境比较恶劣时,电源的内部温度很高,会影响电源的可靠性。有资料表明,电子元器件温度每升高2 ℃,可靠性下降10%,这就意味着温度升高50 ℃时的工作寿命只有温度升高25 ℃时的1/6。因此,为了避免功率器件过热损坏,必须对电源的温度进行控制。通过控制MOSFET的管压降可以控制MOSFET上的功率,从而减少发热量,降低温度的升高。

在电路设计中增加一个光电耦合器反馈可以完成这个目的,当MOSFET两端管压降过高时,光耦导通,光耦输出信号反馈至三相调压模块的控制输入,使其输出的控制电压降低,从而降低MOSFET两端的管压降,在保证电源正常工作的前提下,使MOSFET的功率保持在额定范围以内。

当使用环境较为恶劣或者出现电路故障时,即使对MOSFET两端电压进行控制,MOSFET的管芯也可达到很高的温度,这就需要对MOSFET进行散热处理,并在MOSFET附近安装温度继电器;当温度高于温度继电器的额定值时,温度继电器导通,通过一个光耦将导通信号传递到三相功率模块的输入端,使其输入为零,从而使电源功率调整管的输入电压为零,起到保护调整元件的作用。当温度回到正常时,电路可自动恢复工作。

各种保护电路与主回路的关系如图10所示。

3 结 语

经连续负载试验,该设备各项指标均达到技术要求。经过不断的完善和改进,使其性能稳定,工作可靠。采用晶闸管三相桥式移相控制和功率MOSFET调整两个控制环联合控制,可以有效提高电源的稳定度,降低电源的纹波;采用三相隔离变压器接入电网,可以提高电源的安全性,降低对电网功率的要求;采用集成三相功率调压模块,减少了电路的复杂程度;通过添加各种保护电路,在设备出现不正常运转时,及时切断三相输入,保护元件不受到损坏。由于采用截止型保护电路,电源不能自动复位,所以在环境条件允许的情况下,可以采用开关型过电流保护,解决了限流型的高功率损耗,减流型的锁定效应和截止型的手动复位等问题。该电源主要用于需要大功率线性调压的场合,也可用作大功率高稳定度线性稳压电源使用。

参考文献

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[9]王翠珍,唐金元.可调直流稳压电源电路的设计.中国测试技术,2006,32(5):113-115.

第5篇：直流稳压电源电路设计范文

所谓项目驱动教学法是一种建立在建构主义教学理论基础之上的教学法,学生综合素质和各种能力的提高都需要通过项目驱动教学模式来实现。该教学方法要求在教学过程中以项目为主线来展开,把相关的知识点融入到项目的各个环节中去,层层推进项目。通过对问题的深化或功能扩充,来拓宽知识的广度和深度,直至得到一个完整的项目解决方案,从而达到学习知识、培养能力的目的。项目驱动教学法属探究式教学法,老师根据学生已有的知识、水平、经验和兴趣,与学生共同拟定、实施一个项目来进行教学活动。在教学实施过程开始,教师引导学生选定“有意义”的项目,所谓“有意义”是指项目能够将课程中的理论知识融入到项目中并具有开放性;在项目实施过程中,老师在课堂教学中将融于项目的理论知识适当加以讲解,学生可以在项目实施过程中用理论指导实践,同时在实践过程中强化对理论知识的理解和掌握,两者有机结合,既能提高学生的兴趣,又可以在制定修改设计方案、分工协作中锻炼学生的自学能力、实践能力和创新能力,极大地发挥学生的主观能动性。在项目完成的基础上,可以引导学生对项目进行总结、交流和讨论,强化项目实施过程中学到的知识和技能,不但如此,可以引导学生在已实施项目上提出新问题、优化性能、扩充功能,进一步培养学生的钻研精神,挖掘学生的创造潜力。

二、项目驱动教学法在模拟电子技术课程中的应用

本文以直流稳压电源为例,介绍项目驱动法在模拟电子技术课程中的应用,该方法可以推广到该课程中的其它知识点,如功率放大电路、信号处理和信号产生电路等。

(一)项目的选择。项目的选择在项目驱动教学法中起着举足轻重的作用,项目选择要遵循以下原则:一是尽可能覆盖直流稳压电源涉及的所有知识点,如整流电路、滤波电路、稳压电路等,项目完成后学生能理解和掌握直流稳压电源所涉及所有理论知识,掌握运用这些理论知识的技能;二是项目要具有开放性,主要体现在项目的可拓展性,学生能够在已完成的项目上开展进一步的研究工作,包括性能的优化、功能的扩展等,如稳压电源转换效率的提高、稳压性能的提高等。在项目的实施过程中,学生可以充分发挥其主观能动性,增强团队协作能力,培养学生的钻研精神和协作精神。三是选择实际的工程项目,可以锻炼学生从事工程项目开发能力,毕业后无需岗前培训直接担任设计开发任务,从而拓宽学生毕业就业渠道。按照以上原则,选择直流稳压电源作为项目开展教学活动。在课程中的其它知识点,也可根据以上原则选择合适的项目,如在功率放大电路中选择扩音器作为项目、信号处理和信号产生中选择信号发生器作为项目等。

(二)项目的实施。项目驱动教学法中项目实施遵循层层推进的原则,按“搭积木”的方法,将项目分解成不同层次的小项目,每个小项目包含在不同知识点里,由不同的理论知识进行指导,由浅入深、由小到大,该章节课程结束时项目也就完成了。在整流滤波课程结束后,项目小组可以利用该章节所学的理论知识作为指导,讨论如何实现整流滤波环节,以整流电路为例,项目小组要确定选用单向半波、全波还是桥式整流或倍增整流,在确定了电路种类后要选择元件,确定元件必须具备的功能和性能,搭建电路后,要进行性能测试,测试的结果与理论计算值进行比较,分析产生差异的原因,寻找改进的措施。在整流电路设计完成后,进行滤波电路的选择和设计,讨论采用电容滤波还是电感滤波,各有什么优势,如果采用电容滤波,电容的取值应该多大、耐压性如何,纹波电压多大等,设计完成后进行测试,将测试结果与理论值比较并进行相应的处理。经过整流滤波后的电压值还不能够给精密度较高的电子设备供电,因此需要进一步稳压,这正是整流滤波后续课程内容,在这部分课程结束后,项目小组就可以讨论稳压电路方案,将所学的理论知识运用到实践中,确定采用串联反馈式稳压电路还是集成稳压器实现稳压,或设计两种方案并进行对比,方案确定后选择元器件搭建电路并进行测试,以此类推,在课程结束时完成项目。

(三)讨论和总结。项目完成后,各项目小组将项目过程中形成的设计方案、图纸、电路系统整理后,结合项目的心得体会撰写项目报告,在班级进行成果展示并汇报,其他小组成员可以对该组的项目展开讨论,/，！/如设计方案是否得当,元器件的选择是否合理,是否考虑了功能、性能和经济性要求等,项目小组可根据其他同学的建议对项目进行改进和优化。

(四)项目的拓展。项目的基本功能实现后,学生能够较好地掌握了直流稳压电源的基本知识,利用基本知识开展直流稳压电源设计的基本技能,该章节的教学任务也就基本完成,取得较好的教学效果,在此基础上可以鼓励学生进一步对已完成项目进行功能和性能的拓展。老师可引导学生对项目提出新要求,如功能上的扩展:不可调单向电压输出扩展为可调双向电压输出;性能上的扩展:电压稳定性的提高、电源转换效率的提高等,通过功能和性能的拓展,可进一步开发学生的创新思维,挖掘他们的创造潜力。

三、项目驱动法在模拟电子技术教学中取得的成效和存在的问题及对策

(一)取得的成效。将项目驱动法应用于模拟电子技术课程教学中,取得了以下成效:

1.学生对模拟电子技术课程产生浓厚的兴趣,学习效率得到明显的改善。一方面一改以往课堂上无精打采的状态,课堂气氛变得活跃,与老师的互动明显增加,因此学生的学习效率提高了,老师的积极性和效率也得到提高,形成了良性循环,使课堂教学效果得到明显改善;另一方面一改课后作业敷衍了事的状态,项目组成员分工查阅资料,讨论项目方案,加强与老师的交流,课后学习的目的性很强,有效地提高了课后学习的效率。

2.学生的理论知识和实践技能得到系统训练。因项目选择有针对性,涵盖了模拟电子技术的所有知识点,学生全程参与项目实施的每个环节,所以学生的理论知识和实践技能能够得到系统训练。另外,项目的实施如方案的确定、元器件的选型、电路的设计、制作和调试是在理论指导下完成的,

使得学生所学的理论能够得到实际应用,而在项目实施过程中通过查阅资料、讨论、老师的指导,使得学生能够在实践中强化对理论知识的理解、掌握和拓展。 3.学生的工程应用和创新能力得到很大提高。因为选择的项目都是实际工程项目,所以项目的实施完成对于提高学生的工程应用能力起着很大的作用,同时因为项目的开放性特点,可以锻炼和提高学生的创新能力,学生毕业后无需进行岗前培训即可直接上岗完成开发任务。另外,通过项目的实施,学生的团队协作精神、综合运用知识的能力等都会得到培养。

(二)存在的问题及对策。尽管在模拟电子技术中进行了项目驱动教学法的尝试,并取得了较好的效果。但是要将项目驱动教学法全面推广,最大限度地发挥其功效,还存在一些问题需要解决。

1.项目驱动教学要求老师有丰富的工程实践经验,而教师队伍中具备这种能力人的比例还不高。针对这个状况,可以从两方面开展工作,其一是较强校企科研和项目合作,可以派遣在职教师到企业挂职,为企业解决实际问题的同时锻炼自己的工程经验;其二是可以聘请企业中的资深工程师到学校担任兼职教师。

2.项目选择的问题。任课教师参与开发过的项目数量是有限的,不一定是“有意义”的项目,而且不一定适合教学。针对这个问题,除了要加强校企合作,多培养双师型人才,还要按项目选择的原则认真筛选、规范定题,不断积累,提高项目的数量和质量。

3.组织能力和协作精神的培养问题。项目的实施可以锻炼项目小组组长的组织能力,培养组员的协作精神,但如果组长在项目实施过程中只由一个人承担,其他组员的组织能力就得不到锻炼,有可能引发矛盾,更谈不上相互协作了。针对这个问题,可以采用组员轮流值班的方法解决,即在每个模块的设计和实施过程中由不同组员担任组长,可有效地解决组织能力和协作精神的培养问题。

第6篇：直流稳压电源电路设计范文

关键词： 电子技术教学 EWB软件 教学应用

电子技术是电子信息类专业的一门重要的专业基础课，包括模拟电子技术和数字电子技术两部分内容，该课程具有很强的理论性和实践性，学习难度大。尤其高职高专学生本身学习底子薄，往往感到课程内容抽象，难学、难懂。随着计算机技术的广泛应用，越来越多的仿真软件应用在电子技术教学中，比如EWB、Multisim、Orcad、Proteus等，可以把抽象的概念和理论用具体的图形和声音表现出来。上课时利用软件进行仿真演示，可以增强学生的感性认识，同时掌握各种仪器的使用和电路参数的测试方法，使课堂的教与学形成良好互动，有助于强化教学效果，增强学生分析问题、解决问题、创新的能力。

一、EWB仿真软件

EWB（Electronic Workbench）软件是专门用于电子电路仿真的“虚拟电子工作平台”软件。EWB功能强大，拥有丰富的元件库和仪器库。该软件采用直观的图形界面创建电路，而且软件中的虚拟仪器控制面板外形和操作方式都与实物相似并可实时显示测量结果。它还能提供多种电路分析方法帮助使用者便捷地分析电路。利用EWB可以将电路的设计和测试合二为一，极大地提高效率，缩短产品开发周期，目前已广泛应用于电子产品的开发设计中。

二、EWB软件在电子技术教学中的辅助作用

目前，高职院校正在进行“教学做”一体化的项目教学法，电子技术也不例外。在整个项目教学过程中，以学生为主体，项目作为载体，教师为主导，学生在教师的指导下，由简单到复杂，由新手到专家，学习电路的设计、制作、调试和故障排除。

在讲解必备的知识点时，教师可以在多媒体教室中分析电路的特性，讲解输入信号或者参数改变对电路输出信号的影响，学生能够直观形象地观察电路的工作情况，了解不同形式电路的功能。使用软件辅助教学可将一些不易理解的内容在课堂上形象地展现在学生面前，做到化繁为简，变抽象为直观，让学生增加感性认识，加深对理论知识的理解。

在设计电路时，由于EWB软件元件连线简单，任何一种设计方案都可以尝试，学生的设计就能真正做到随心所欲。在设计过程中，每个学生都能亲自动手接触电路，利用EWB软件可以随意更换元件或设定参数，边连线，边测试，边修改，边分析，直到仿真出满意的结果。在项目教学过程中，利用仿真环节，节省实训材料、实训设备、测试仪器，大大降低实训成本。

三、EWB软件在电子技术教学中的应用实例

EWB软件仿真的基本步骤为：利用电子平台搭建电路设定各元器件的参数选项选用虚拟仪器仪表设定仿真分析方法启动EWB仿真分析仿真结果。下面通过实例分析EWB在电子技术教学中的应用。

1.运用EWB软件实现直流稳压电源的仿真

图1直流稳压电源是模拟电子技术部分典型项目。大多数电子设备都需要稳定的直流电源供电，如笔记本电脑、手机电池等。但市电电网供给的是交流电，这样就存在一个怎样将交流电变换为直流电的问题。对于小功率的直流电源，它一般由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四个部分组成。图1中输入Ui（220V/50HZ）交流电经过电源变压器降压后得到符合电路需要的交流电压U■，然后由整流电路变换成方向不变，大小随时间变化的脉动电压U■，再用滤波器滤去其交流分量，就可以得到比较平直的直流电压Uo。在项目教学过程中，教师提出题目要求，讲解必备知识点，然后逐步引导学生利用EWB软件实现整流电路、滤波电路、稳压电路。

图1 直流稳压电路

图2为桥式全波整流电路图，下面对其进行仿真。（1）在EWB元件库里找到相应的电子元器件，移动到工作区并画电路图。（2）对每个元器件设定型号和参数值，将示波器两个测试端分别与变压器输出端和硅整流桥电路输出端相连。设置示波器的参数：将时基控制（Time base）设置为5ms，信号源频率50Hz。触发方式（Trigger）设置为上跳沿变，A、B两个通道（channel）幅度值都设置为10V，就能方便比较整流前后波形变化，双击示波器观察A、B两个通道波形如图3所示。可见桥式全波整流电路的正弦波变成方向单一的脉动直流波形，周期为原理的半个周期。继续在电路的基础上加入滤波电容、稳压电路，最后得到直流稳压电源的仿真结果如图4所示。

图2 桥式全波整流电路图

图3 桥式全波整流电路仿真结果

图4 直流稳压电源的仿真

2.运用EWB软件实现数字竞赛抢答器的仿真

数字竞赛抢答器项目是数字电子技术一个很好的实例，结合了数字电子最重要的知识点，包括编码器、译码器、脉冲发生器、触发器、显示器、按键电路等内容。上课时，首先给出该项目的内容要求，进行任务驱动，然后教师讲解必要的知识点，学生收集相关资料，并进行分组讨论，把相关的知识点序化，搭建一个基础模型。教师引导学生先用EWB软件设计简易的抢答器，然后加入时钟信号，最后加入编码器、译码器等电路，由易到难地逐步设计出竞赛抢答器，在设计过程中学生可以根据需要自行选择不同芯片完成设计任务。

图5为74LS175构成的简易四路抢答器，抢答开始时，主持人按下复位开关M，74LS175输出端1Q～4Q全部输出为零，所有指示灯灭，M接高电平，抢答开始。图中4号抢答者按下按键，4D接收高电平信号，时钟到来4Q输出高电平，对应4号指示灯亮，表示4号抢答成功，同时4■为低电平“0”，通过逻辑门送出信号锁住外界时钟CLK，紧随其后的其他人由于无时钟信号按键再被按下均无效，指示灯仍保持4号按键按下时所对应的状态不变，直到主持人再次清除信号为止。

图5 简易四路抢答器仿真电路

图6为555定时器构成时钟产生电路，图5中利用的是仿真软件自带的时钟源，仿真时完全能够满足需求，但是在制作具体电路时需要电路本身具有时钟。在这里利用555定时器构成一个多谐振荡器，电路没有稳态，只有两个暂稳态，不需要外加触发信号，利用电源通过R1、R2向C1充电，以及C1通过R2向555定时器7脚放电使电路产生振荡，从而得到时钟信号如图7所示，输出的时钟周期由R1、R2、C这三个参数决定，周期T=0.7（R1+2R2）C，可以根据具体需要修改参数，图6中设定周期约为1s。

图6 555定时器构成时钟产生电路

图7 时钟信号仿真

在后续的电路设计中，利用编码器74148对74175的输出编码，译码器7447对编码后结果译码，最后利用7段数码管显示出数字抢答结果如图8所示。

图8 竞赛抢答器结果仿真

四、结语

EWB软件非常适合电子技术教学。通过EWB搭建电路，学生能熟悉常用仪器仪表的使用，基本指标的测量与调试方法。使用EWB仿真，各元器件选择范围广，参数修改方便，不会像实际操作那样多次把元件焊下而损坏器件和印刷电路板，节省设计费用、制作样品的费用，电路调试变得快捷方便，学生通过EWB学习电子技术，不论是在理论上还是在实践上都得到很大的提高，不仅拓展思维空间，增强主动性，而且节省精力，提高效率。

参考文献：

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[6]刘金华.数字电子技术[M].北京：北京大学出版社，2010.

第7篇：直流稳压电源电路设计范文

【关键词】电子电路；抗干扰；研究

干扰是影响电子电路正常工作的一个重要因素之一，如何最优提高抗干扰能力是电子电路技术研究人员必须面临的问题。

一、电子电路的干扰类型

电子电路的干扰是指影响电子电路正常工作的内因和外因，其既可能来自于电子系统内部，也可能来自于电子系统外部。按照干扰传播通道可以将干扰分为四种：来自信息通道的干扰；来自电网的干扰；来自杂散电磁辐射的干扰；来自地线的干扰。

二、电子电路的抗干扰措施

1.提高敏感器件抗干扰性能

常用措施有：对于单片机闲置的I/O口不要进行悬空放置，要通过接电源或接地；其他闲置端要在不改变系统逻辑的条件下进行接电源或接地；要尽可能降低单片机的晶振频率；选用低速数字电路；布线过程中选用粗的地线和电源线；尽可能降低偶和噪声。

2.干扰源抑制

（1）抑制杂散电磁干扰源

当杂散电磁场分布在放大电路周围时，不稳定的磁场和电厂会对放大电路的重要元器件和输入电路形成电压干扰。当放大器和干扰源的输入电路间出现了杂散电容时，就会形成较强的干扰电流回路。干扰电流经过放大器的输入电阻就会形成干扰电压。当干扰电场较大时，强烈的干扰电压就会影响放大器的安全运行。

其抗干扰技术有：

①屏蔽。可采用磁屏蔽和静电屏蔽两种屏蔽方法来降低外界干扰。屏蔽结构可采用屏蔽罩对受干扰元件或干扰源进行屏蔽，并注意采用金属套屏蔽线对多级放大器的第一级输入线进行屏蔽，同时要做好屏蔽线外套的接地。

②恰当布线。要分开布置交流电源线和放大器的输入线与输出线，尽量避免采用平行走线。另外要控制输入走线长度，输入走线的长度越短，其受到干扰的可能性就越小。[1]

③布局合理。在进行放大器的结构布线时，要注意将电源变压器尤其是某些含有强漏散磁场的铁磁稳压器尽可能与放大器的一级输入电路进行远距离隔离。在变压器安装过程中要注意对安装位置的选择，尽量选择不易对放大器产生干扰的位置。如果安装含有输入变压器的放大器，安装时应当保证输入变压器的线圈垂直于干扰磁场，以使感应干扰电压尽可能减小。

（2）抑制地线干扰源

信号地是指逻辑电路、控制电路和信号电路的地线。通常为了防止各级电流在通过地线时相互之间形成干扰，尤其是数字电流对模拟电流形成干扰和末级电流对一级电流形成反馈干扰，会运用地线割裂法对地线回路进行设置。

①多点接地。其一般采用宽铜皮镀银作为接地母线，为了尽可能降低阻抗影响，会将全部电路的地线都连接到与之相近的接地母线上。此种接入方式在数字电路中比较常用。其系统一般会有多块印制板构成，利用机架上的接地母线将所有的地线连接在一起，然后将接地母线一端直接与直流电源连接，从而形成工作接地点。[2]

②单点接地。单点接地一般会将所有电路的地线都接入到一个点上，此种方法的显著优势是无地环流，且接地点只受到该电路的地阻抗和地电流的影响。其工作原理是当各电路拥有较小的电流时，地线中的电压也会相对较小，而相邻两电路利用单点接地方式，由于地线短、电位差小，因此线路会受到较小的干扰。

③数字接地和模拟接地。通常情况下电子电路中会同时包含模拟信号和数字信号两种，而数字电路在开关状态工作中会形成较大的电流波动起伏，如果仍运用电耦合的方式进行信号之间的耦合，就会引起地线之间的干扰，使模数转换出现故障。若要避免此种干扰，应当采用两种整流电路分别对数字信号和模拟信号进行供给，并通过光耦合器对俩信号进行耦合，如此可以实现地线间的隔离。

④串联接地。将所有电路都接在一条公共地线上，各电路的电流之和即为公共地线的电流。如电路2、电路3…电路n的电流和即为电路1和电路2的电线电路。所以各电路的地线电位都受到其他电位的影响，噪声会经过公共地线进行耦合。此种连接方法从避免噪声和干扰的角度来看是不恰当的，然而其接线方式简单方便，因此也被经常采用。尤其在印刷电路设计上比较常用。[3]

3.抑制传播通道干扰

（1）抑制电网干扰

通常大部分的电子电路直流电源都是利用变压器对电网交流电源进行变压、整流滤波、稳压等过程以形成相应的直流电压。如果交流电网的负载出现突然变化时，地线和交流电源线将会形成高频段的干扰电压，其生成的高频电流会通过放大电路、稳压电源等由地线流回到电网。高频电路不仅会顺着导线进行流动，还会通过分布电容的通路进行流动，而受干扰最严重的部分便是变压器的分布电容处。其抗干扰措施有：

①采用“浮地”接线方式，即隔离直流地线和交流地线，且仅将交流地线接入到大地中，此种方式能够有效降低交流干扰对公共地线串的影响；

②利用双T滤波器，其主要特点是能够防止多固定频率的干扰信号侵入到电子电路中，主要用在整流电路的后部；

③利用0.01～0.2UF无极性电容，并分别在集成块的电源引脚和直流稳压电源的输入端和输出端接入，从而将高频干扰过滤掉；

④稳压电源中通过将屏蔽层添加到电源变压器中，并对屏蔽层进行良好接地，这样可以使分布电容值降低，从而防止高频信号进入到电源变压器中形成干扰。

（2）抑制信号通道干扰

在较远距离的通信、控制和测量中，如果使用了较长的电子系统的输入线和输出线，且线间距离较短，那么信号在传输过程中就极可能受到干扰，从而引起信号的失常或畸变，阻碍电子电路的正常运行。长线信号传输过程中可能受到的干扰有：长线信号地线干扰、附近空间磁场引起的感应干扰等。

其抗干扰技术有：

（1）使用光电耦合传输；

（2）使用双绞线传输。此两种方式都能够很好的防止信号地线干扰和空间电磁干扰。

三、结束语

抗干扰设计是电子电路设计中的重要组成部分，良好抗干扰性能能够大幅度提高电子电路工作效率。相关技术人员应当加强相关抗干扰技术的分析，综合考虑电子电路的布线、工作原理等内容，不断改进电子电路抗干扰技术，以提高电子电路工作的稳定性和可靠性。

参考文献

[1]毛倩.电子电路抗干扰措施的研究[J].数字技术与应用，2010，13（14）：74-75.

第8篇：直流稳压电源电路设计范文

我们知道，常见的卫视接收机普遍采用的是开关电源，其设计输出的电压一般有以下几组：

a. 3.3V@3A (供主芯片、SDRAM及FLASH MEMORY等)

b. 5V@1.5A(供TUNER、前面板及音频DAC等)

c. 12V@0.5A(供音频LPF运放及0/12V切换输出等)

d. 21V@0.5A(供LNB 13/18V切换输出)

e. 30V@0.01A(TUNER容变二极管调谐)

(注：少部分机型有-12V电源，供音频LPF运放。在有PVR功能的接收机中，5V/12V电源需供硬盘电源)。

虽然我们可以使用常见的逆变器将12V或24V直流电源变换成220V交流电源供给接收机使用，但电源经DCACDC多次转换，其能源利用效率大为降低。而且很多低价格逆变器的输出交流波形并不是正弦波。更有甚者，有的逆变器就直接用方波激励逆变器逆变管，使输出的交流中包含有大量的高次谐波。这种高次谐波会干扰其它电器，同时影响卫视接收机的音视频放送质量，严重的甚至会干扰卫视接收机，造成死机等故障发生。同时，沉重、落后的逆变器不便携带。

当然我们可以用线性三端稳压器件来满足接收机所需要的几组电源，但线性稳压电源有一个共同的特点，就是它的功率器件调整管工作在线性区，靠调整管的电压降来稳定输出。这种线性稳压电源的线性调整工作方式在工作中会有大量的“热损失”，其热损值为P=V(调整管压降)×I(负载电流)，工作效率仅为30%～50%。由于调整管静态功率损耗大，需要安装一个很大的散热器给它散热。卫视接收机系统一般都需要几组稳定的工作电压才能可靠工作，这样就需要好几个线性稳压器才能满足要求，并且在相当多的接收机中都需要有33V电源供Tuner作为调谐电压，因此采用线性稳压电源方式时，其输入电源电压就要大于33V。同时线性电源较低的效率也会使大量的输入电能变成热能而白白消耗掉，在实用性和经济性上都不能达到朋友的要求，而且高达30多伏的输入电源在户外环境或移动情况下难以实现。

开关型直流稳压电源是与线性稳压电源不同的另一类稳压电源，它和线性电源的根本区别在于它是工作在几十千赫兹到几兆赫兹。功率器件调整管是工作在饱和及截止区，即开关状态，开关电源因此而得名。开关电源调节器件以完全导通或关断的方式工作，工作时要么是大电流流过低导通电压降的开关管，要么是完全截止无电流流过，因此，开关稳压电源的功耗极低，其平均工作效率可达70%～90%。在相同电压降的条件下，开关电源调节器件与线性稳压器件相比具有少得多的“热损失”，这样，开关稳压电源就可以大大减少散热片体积和PCB板的面积，在大多数情况下甚至不需要加装散热片。此外，由于开关稳压电源“热损失”的减少，设计时还可以提高稳压电源的输入电压，使其可以在较大的输入电压范围内正常工作，这有助于提高抗输入电压跌落干扰的能力和可以适应更多的输入电源种类。

较高的输出电压纹波（一般大于30mV）是开关稳压电源不可回避的问题，在一些对电源纹波电压有特殊要求的场合（如MCU内部PLL、Tuner内的高精度A/D转换器等），常采用线性稳压电源来降低稳压电源输出的纹波电压。因此，采用开关稳压电源与线性稳压电源相结合的形式为有特殊要求的器件供电提供了一种更好的方法。线性稳压芯片是一种最简单的电源转换芯片，基本上不需要元件。传统的线性稳压器，如78xx系列都要求输入电压要比输出电压高2V-3V以上，否则不能正常工作，5V到3.3V的电压差只有1.7V，所以78xx系列已经不能满足3.3V或2.5V的电源设计要求。 面对这类需求，许多电源芯片公司推出了Low Dropout Regulator,即：低压差线形稳压器，简称LDO。这种电源芯片的压差只有1.3-0.2伏，可以实现5V转3.3V/2.5V，3.3V转2.5V/1.8V等要求。同时，较低的稳压压降，可维持较低的LDO自身功耗。

设计构思与工作原理

在对线性稳压集成电路与开关稳压集成电路的应用特性进行比较的基础上，我们的选择设计了DC/DC开关稳压和LDO的组合电源。它是由AC/DC电源适配器或直流电池组提供一个直流输入电压，经DC/DC及LDO变换以后在输出端获得接收机所需的几组直流电压。我们只要将卫视接收机内的开关电源板替换成这种组合电源，就可以在移动环境下实现接收卫视信号的目的。

由前述的接收机几组电源参数可知，卫视接收机主要的功率消耗在3.3V和5V两组电源上。笔者设计了这款12V电压输入的卫视接收机电源板，其电原理图见图一。

电源板基本技术参数：

输入电压 ：DC 9V～19V（推荐电压：DC12V）

输出电压：

1.8V(或2.8V可选)/Max1000mA 一路

3.3V/ Max 3200mA 二路

5.0V/ Max 2500mA 二路

12V/ Max 500mA一路

21V/ Max 500mA一路

33V/ Max 20mA 一路

在这款电源设计中使用了两类稳压电源器件：LDO (低压差稳压器)和DC/DC开关式降压器(升压器)。DC/DC开关式降(升)压器：转换效率最高可达95%，属于开关电源的一类。对于LDO，由于其为线性降压元件，故供电效率完全取决于其输入/输出电压差和输出电流的大小。

LM2596开关电压调节器是电源管理单片集成电路，能够输出3A的驱动电流，同时具有很好的线性和负载调节特性。固定输出版本有3.3V、5V、12V， 可调版本可以输出小于40V的各种电压。该器件内部集成频率补偿和固定频率发生器，开关频率为150KHz，与低频开关调节器相比较，可以使用更小规格的滤波元件。由于该器件只需4个外接元件，可以使用通用的标准电感，这更优化了LM2596的使用，极大地简化了开关电源电路的设计，我们选用固定型LM2596-5。

LM2585开关电压调节器是升压单片集成电路，能够输出3A的驱动电流，同时具有很好的线性和负载调节特性，开关频率100 KHz。有4 种不同的输出电压版本：固定3.3V/ 5.0V/12V 和可调整型。我们选用可调整型LM2585-ADJ。

LT1117是三端的LDO器件，能够输出0.8A的驱动电流，有4 种不同的输出电压版本：固定3.3V/ 2.5V/1.8V 和可调整型。我们选用固定型LT1117-3.3及LT1117-2.5(1.8)。

12V直流电压输入的卫视接收机用的电源板工作原理：

12V电源电压送入由U1(LM2596-5)构成的DC-DC开关式降压器输出+5V；同时LM2596的开关脉冲进入由D1、D2和D14三个双二极管构成的倍压整流电路升至约40V直流电压经齐纳稳压管D4稳压输出+33V供Tuner调谐变容二极器作调谐电压；另一路12V进入由U2(LM2585-Adj)构成的DC-DC升压开关稳压器输出+21V供接收机LNB 13/18V极化切换；+3.3V由U1(LM2596-5)输出的+5V经U3(LT1117-3.3) LDO降压取得。在有些卫视接收机中还需+2.5V(或+1.8V)供CPU，在设计中增加了另一路LDO降压，装上U4(LT-1117-2.5/LT1117-1.8)可输出+2.5V(或1.8V)，对于不需要+2.5V(或1.8V)的接收机，可不装U4 LDO及其滤波感容元件。

关键的元器件选择：

电路中的输入电容C7、C21一般应大于或等于100μF，安装时要求尽量靠近LM2596或LM2585的输入引脚，其耐压值应与最大输入电压值相匹配。LM2596输出端电容C12的值取470uF；LM2585输出端电容C24一般应大于或等于220uF； 输出电容C12、C24的耐压值应大于额定输出电压的1.5～2倍。对于5V电压输出而言，推荐使用耐压值大于16V的电容器。同时输出电容的ESR会影响到调整器控制回路的稳定性，所以电容的ESR是影响输出波纹的一个因素，绝大多数小电容有较高的ESR，导致高的开关波纹，最好选用OS-CON高频电容。

L3的取值为：47uH，L6的取值为：82uH。储能电感是影响DC-DC转换器性能的关键器件，主要考虑的参数有电感量、饱和电流和直流电阻以及铁氧体材料磁芯的开关工作频率，在体积和成本允许的情况下应选用饱和电流比较大的电感，因为当磁芯接近饱和时损耗增大，会降低转换效率。电感的饱和电流至少应大于负载的峰值电流，电感的直流电阻会消耗一定的功率，在体积和成本许可的情况下应尽量选用直流电阻小的电感。另外，为降低电源的EMI，最好选用具有闭合磁芯的电感。

二极管VD3的额定电流值应大于最大负载电流的1.2倍，考虑到负载短路的情况，二极管的额定电流值应大于LM2596的最大电流限制，二极管的反向电压应大于最大输入电压的1.25倍，推荐使用1N582x系列的肖特基二极管。二极管D5的额定电流值也应大于最大负载电流的1.2倍，反向电压应大于最大输入电压的4倍。

U2的采样电阻R3、R4和R5应使用1%精度的电阻，它们的值与输出电压有以下关系：

VOUT = VREF〔 1 +（R4+R5）/R3〕

其中VOUT是输出电压、VREF是参考电压(VREF =1.23V)

图二为该电源板的双面PCB板，图三为安装好的成品电源板，图四为配套的220V/12V电源适配器。

这款电源板采用了双面印刷电路设计，其PCB板尺寸仅为：9.6cm×7.4cm，小容量阻容元件选用贴片元件，电解电容一律使用耐高温为105°C的，功率电感采用闭合磁芯的电感，防反插大功率专用电源插座。整个电源板装好后一般不需调试，检测输出电压正常后即可上机使用。

应用实例及性能测试

了解了这块电源板的设计特点和原理后，我们再来看看它的各种性能和测试结果。

A：海克威2000H接收机应用实例及性能测试

海克威2000H接收机后面板的标贴处实际是一个为安装12V控制的方形冲孔，用环氧敷铜板在此处打孔并固定，把电源板12V输入插座焊下对孔固定。图五是直流12V输入插座安装实体图（左为揭开标签后的后面板，中为插头安装后示意图，右为插座固定示意图），“SKEW”孔正好安装一只3.5直插插座，将两插座并联，可以方便的使用其他类型插头电源的输入。

图六为电源板安装在海克威2000H接收机中的实体图。

安装完毕，检查连接无误后接通220V/12V适配器电源，与原机开关电源使用220V市电一样，熟悉的开机画面和启动过程无任何异样，其声画俱佳。

配用220V/12V电源适配器在机实验测试数据

测量仪表：DT890数字万用表（DC：10A档）

在接收机进入“增加节目”状态后，其电流值显示比在接收节目状态时均略下降5-10mA。

B：百胜P-3800接收机应用实例及性能测试

拆除原机开关电源板及AC220V电源线,在原AC220V电源线安装孔装上12V电源插座，主板各组电源与电源板一一对应相联，检查无误后通电，接收机启动正常。

注：本机改装了DAC及运放模拟音频部分电路，同时增加一电源模块，将原机模拟音频部分电路由单12V供电改成正负双12V供电。并拆除了TV RF调制器。外接12V供电电流有所增加。图七为在百胜P－3800接收机上的安装实体图。

配用220V/12V电源适配器在机实验测试数据

测量仪表：DT-8888数字万用表（20A档）

收视卫星：113°E帕拉帕C2，高频头：嘉顿（9750/10600MHz）

C：航科CDXT430接收机应用实例及性能测试

拆除原机开关电源板及AC220V电源插座。将电源板在原机开关电源板处安装，将主板各组电源与电源板一一对应相联，检查无误后通电。接收机启动正常。

图八：为在航料430接收机上的安装实体图。

航科430机接收系统：一个0.45米的碟形卫星接收天线一锅138°E、146°E双头双星，一个0.6米的碟形卫星接收天线一锅113°E帕拉帕C2、105.5°E 3S(Ku)双头双星至一22K中频切换开关，上述各星信号馈线接至DiSEqC四切一中频开关再接至航科430卫视接收机。航科430系统软件第一系统：中文南瓜，第二系统：英文V+V。其中138°E数码天空、113°E真世界两直播平台使用CV12网络共享解密系统，146°E马步海梦幻直播平台使用ATMEGA8芯片黑色D卡解密。

配用220V/12V电源适配器在机实验测试数据

测量仪表：DT-8888数字万用表（20A档）

D：应用镍氢可充电池作电源供应的实验

采用市场上常见到的镍氢电池，作为直流电源，看看它的表现如何！

图九为邮购价3元一只的5号镍氢电池。电池容量标注1600mAH，标称电压1.2V。

10节镍氢电池经过20小时的首次充电后，串联后测空载电压为14V，接入已安装在海克威2000H接收机的12V电源板的电源输入端。

测量仪表：MF47万用表（DC：50V档）、DT890数字万用表（DC 10A档）。

环境温度：18°C

10节镍氢电池组在连续工作1小时10分钟后，电压跌落加快，在跌落到5V时接收机停止工作，在电池组电压跌落到5V的过程中，接收机始终稳定在选定的凤凰咨询台直至停止工作，未发生节目偏移现象。

再次对镍氢电池充电，充满放置4个小时后，采取间断供电的方式，每供电20分钟停止10分钟，然后重复此过程，在电池组电压跌落到10V时停止供电（此时为电池放电的保护截至电压），累计实际供电时间为1小时20分钟（编者注：为了增加供电时间，可选择较大AH的电池)。

E：输入电压的变化对输出稳压性能影响的测试

在海克威2000H接收机上，以12V电源板的最高输出电压32V为例，用MF47型万用表观察其输出电压相应的跌落变化。在充电电池组电压逐步下降的过程中，从开始的最高值逐渐跌落到10V时，其电源板输出的32V电压保持不变，电池组电压跌落到9.5V时，32V电压跌落到31V，在电池组电压跌落到7.6V时，32V电压跌落到25V，在电池组电压跌落到5V以下时，32V电压随之迅速跌落，整个电源板停止工作。

在上述实验中，本电源板的各电压转换集成电路在没有另加散热器的情况下只有温热感，温度最高的是LM2596稳压块，估计表面温度低于60°C。

注：虽然本电源板的输入电压设计适应范围为：DC 9～19V，但在用高于12V的直流输入电源时请务必注意：

1、查看接收机原电源板输出的12V电压是否是只提供给接收机的音频低放部分，并且音频低放单元的最高承受电压要大于本电源板的输入电压！

2、如果第一项是肯定的，将接收机主板中原12V电源通路的滤波电容全部更换为等于或高于25V耐压值的电容！

3、如果接收机原电源板输出的12V电压同时还供给其它电路，应检查相应的单元电路最高耐受电压是否高于本电源板的输入电压，并且确定在此电压下是否能可靠和正常工作。

4、选用其他直流输入电源时，要注意其空载时的输出电压是否符合上述要求！

F：220V/12V电源适配器输出电压测试数据

测量仪表：：MF47万用表（DC：50V档），DT890数字表（DC：10A档）

G：12V输入电源的接收机用电源板转换效率的测试

使用海克威2000H接收机，在相同的收视参数条件下，分别测试12V电源板的输入电压、电流以及其输出的各路电压、电流。

测量仪表：DT9205M数字万用表。测试数据如下表：

其工作效率η=输出总功率Pout/输入总功率Pin=0.701

结论

第9篇：直流稳压电源电路设计范文

关键词： 透射电子显微镜； 照相机； CCD； 驱动电路； CPLD

中图分类号： TN16?34； TP212  ；  ；  ；  ；  ；  ；  ；文献标识码： A  ；  ；  ；  ；  ；  ；  ；  ；  ；  ；  ；  ；文章编号： 1004?373X（2014）23?0142?04

Design of array CCD driving circuit based on CPLD

SUN Mao?duo， DONG Quan?lin， ZHAO Wei?xia， DANG Yu?jie， YANG Ya?jiao

（School of Instrumentation Science and Optoelectronics Engineering， Beihang University， Beijing 100191， China）

Abstract： In design of a TEM camera with CCD ICX285AL as the image sensor， an array CCD driving circuit based on CPLD was designed. Altera′s EPM570T100 is used as a time?sequence generator to generate CCD driving signal and CDS?control signal. A driver circuit and DC bias circuit were designed to provide voltage transformation， and to generate DC source and bias voltage. Verilog HDL is adopted to compile program under Quartus II 13.1 to implement logic circuits in CPLD. Simulations were conducted in the ModelSim 10.1. Experiment results indicate that the designed driving circuit can generate the driving pulse and bias voltage which meet the demands of CCD， and can steadily output CCD video signal.

Keywords： TEM； camera； CCD； driving circuit； CPLD

0  ；引  ；言

电荷耦合器件（CCD）是一种可应用于图像传感、信号处理、数字存储的半导体光电传感器，与传统摄像器件相比，不仅具有灵敏度高、速度快、动态范围宽、量子转换效率高、输出噪声低、控制方便、实时传输等优点，而且还具有很高的空间分辨率[1]，因此广泛应用于电子显微镜微光成像、遥感成像、卫星监测等领域[2]。

在透射电子显微镜（TEM）中，成像依赖于电子轰击闪烁体发光，亮度较低，且光谱集中在500～600 nm之间[3]。针对TEM的成像特点，选择ICX285AL作为图像传感器，设计了一款基于CPLD的面阵CCD驱动电路，以提供满足ICX285AL工作要求的直流偏置电压和驱动脉冲，在有限状态机的控制下，以12.5 MHz的频率不间断输出图像信号，且曝光时间可调，满足了实用要求，为TEM CCD相机的后续设计和改进奠定了基础。

1  ；目标CCD特性

ICX285AL是SONY公司的一款行间转移科学级单色面阵CCD图像传感器，像元尺寸为6.45 μm×6.45 μm，总像元数为1 434（H）×1 050（V），由于采用EXview HAD CCD技术，在500～600 nm之间的量子效率达到60%以上[4]，非常适合拍摄透射电子显微镜闪烁体的荧光图像，因此选择ICX285AL作为TEM CCD相机的图像传感器。

ICX285AL内部结构如图1所示，包含感光单元、垂直移位寄存器、水平移位寄存器三个部分。在积分时间结束后，感光单元电荷转移到相邻的垂直移位寄存器中，在垂直转移脉冲VФ1，VФ2A，VФ2B，VФ3，VФ4共同作用下一行一行地转移到水平移位寄存器，在水平转移脉冲HФ1，HФ2和复位时钟RG的共同作用下经放大器读出。

2  ；CCD驱动电路设计

CCD驱动电路为ICX285AL提供了驱动脉冲和直流偏置电压，其组成框图如图2所示，主要包括控制电路、偏压电路、驱动器电路等（CCD的输出信号通过相关双采样电路采集，这里只涉及采样控制信号的产生方法）。下面分别介绍这几个部分。

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图1 ICX285AL内部结构示意图

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图2 驱动电路系统示意图

2.1  ；偏压电路

偏置电压电路向CCD以及驱动器电路提供直流偏置电压，并为器件提供3.3 V电源。

ICX285AL所需垂直转移信号的电压为-7 V，0 V，15 V三个级次，水平移位信号和复位信号电压为5 V，基底信号电压为22 V，CPLD电源电压为3.3 V，驱动器芯片电源电压为5 V。

设计外接5 V直流稳压电源，选用LT1129产生3.3 V电压，选用LT1935产生15 V偏压，选用LT1964产生-7 V偏压。图3中由下至上分别是LT1935和LT1964偏压产生电路设计。

2.1.1  ；LT1935偏压电路设计

LT1935是开关频率1.2 MHz的升压型开关稳压电源[5]。输出电压值由[R7]和[R11]设定：

[VOUT=1.265?1+R7R11]  ；  ；（1）

式中：1.265 V是反馈引脚FB的参考电压；取[R7，][R11]分别为110 kΩ，10.13 kΩ（10 kΩ与130 Ω串联），预计输出的电压15 V。

2.1.2  ；LT1964偏压电路设计

LT1964是低噪声负压线性稳压电源[6]。它的-15 V直流输入是通过反向电荷泵由LT1935的开关引脚（SW）得到的。输出电压由[R6]和[R10]设定：

[VOUT=-1.22?（1+R10R6）-IADJ?R2] （2）

式中：[VADJ]=-1.22 V，为调整端口ADJ的参考电压；[IADJ]=-39 nA（25 ℃时），为ADJ端口的偏置电流。设计取[R10，][R6]分别为48.7 kΩ，10.27 kΩ（10 kΩ与270 Ω串联），预计输出的电压为-7 V。

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图3 偏置电压产生电路

2.1.3  ；电源滤波

在电源输出端采用并联电容、串联磁珠的方式滤除高频噪声。设计采用低等效串联阻抗X5R型陶瓷电容并联在电源输出端与地之间，采用大容值并联小容值、大封装并联小封装的方式，展宽了输出端与地之间的低阻抗带宽，更好地滤除高频噪声，同时提升了电源输出瞬态响应性能[7]。

2.2  ；驱动器电路

常用的可编程逻辑器件的输出电平多为1.8 V，2.5 V，3.3 V和5 V几种规格，不符合CCD驱动脉冲的要求，除了3.3 V电平的复位信号RG信号可直接驱动CCD，其余8路时序信号必须经过电平变换以提高驱动能力。驱动器电路采用一片CXD3400N和一片74ACT04芯片进行电平转换，电平转换示意图如图4所示（图中括号内的值为电压范围）。

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图4 电平转换示意图

CXD3400N是6通道CCD垂直驱动器，支持2.7～5.5 V的逻辑输入，可提供4路三级电平垂直驱动、2路二级电平垂直驱动、1路二级电平基底时钟驱动[8]，其输出脉冲的高级和低级电平分别等于外接的正、负偏置电压，中间级电平等于地平面[8]。一片CXD3400N即可提供全部垂直驱动信号以及基底时钟。应当注意的是，两路三级电平脉冲信号[Vφ2A，][Vφ2B]是由XSG1，XSG2和XV2转换来的。

74ACT04是一款高速6通道反相器，可以将3.3 V信号转换成5 V信号[9]，采用一片以提供水平驱动信号。

2.3  ；控制电路

2.3.1  ；电路实现

CPLD具有ASIC的大规模、高集成度、高可靠性的优势，同时设计周期短且灵活性好，可通过JTAG实现在线编程[10]，是设计高速数字硬件的理想选择。设计采用Altera公司MAX Ⅱ系列的EPM570T100作为时序产生器。

设计采用Verilog HDL语言实现时序逻辑电路。Verilog HDL作为一种硬件描述语言，其编程结构类似于计算机中的C语言，在描述复杂逻辑设计时非常简洁，具有很强的逻辑描述和仿真能力，是当前系统硬件设计语言的主流[11]。在Quartus Ⅱ开发环境下，采用自顶向下的方式实现复杂逻辑的设计，并采用有限状态机控制时序的产生过程。在其顶层模块实例化各功能模块，然后采用Verilog HDL语言对各功能模块详细描述[12]。

2.3.2  ；有限状态机

根据ICX285AL的工作过程，借助Quartus Ⅱ中集成的状态机生成向导（State Machine Wizard）设计三段式状态机，将“次态逻辑”、“状态寄存器”和“输出逻辑”分别放在不同的always进程中描述，以消除出现竞争冒险现象的可能，去除信号毛刺[13]，状态机转换图如图5所示。

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图5 状态转换示意图

为充分利用CCD的动态范围[14]，对应不同的光照条件，状态机包含了长积分和短积分两种状态转移模式。

2.3.3  ；时序产生

设计使ICX285AL工作在逐行扫描模式，需要9路驱动脉冲，垂直转移脉冲VФ1，VФ2A，VФ2B，VФ3，VФ4，水平转移脉冲HФ1，HФ2，复位时钟RG以及控制曝光的基底时钟ФSUB。

CCD一帧图像的工作周期包括感光阶段和转移阶段，转移阶段又分为帧转移、垂直转移、水平转移。在感光阶段，给基底提供低电平，CCD感光单元开始收集光电荷，存储电荷的多少取决于光照强度和曝光时间。帧转移阶段，垂直转移脉冲VФ1，VФ2A，VФ2B，VФ3，VФ4输出一组三级电平信号，此时感光结束，成像单元中的电荷以电荷包的形式转移到相邻的垂直移位寄存器中。在垂直转移阶段，包含1 050个循环，每一次循环VФ1，VФ2A，VФ2B，VФ3，VФ4都会输出一组二级电平信号，使电荷沿垂直移位寄存器移动一行，最后一行进入水平移位寄存器，然后在HФ1，HФ2和RG的作用下完成1 434个循环，每次循环读出一个像素信息。RG用于将浮置扩散节点的电荷清除掉，以便能够准确测量下一个电荷包。

通过计数器可以方便地规定时序信号的占空比和相位关系。设基础时钟周期[t，]设计CCD的像素读出周期为[T=8t。]编写逻辑cnt_clk和cnt_pixel对[t]和[T]分别计数，利用cnt_clk的值规定水平转移、复位和采样控制时序信号，利用cnt_pixel的值规定垂直转移、基底时序信号，两个计数器在状态发生转移时均被重置。

2.3.4  ；时序仿真

完成Verilog HDL语言的编译、综合后，在Quartus Ⅱ中编写仿真脚本（Test Bench），在ModelSim 10.1中进行了仿真，仿真结果如图6所示。图6（a）显示了垂直驱动时序信号。图6（b）显示了水平转移、复位以及采样信号。

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图6 时序信号仿真图

3  ；实验结果

将Verilog HDL程序下载到CPLD中，利用示波器检查偏置电压和驱动波形无误后，将CCD安装在驱动电路上。

利用光源使CCD输出信号饱和，用示波器测试CCD的输出信号，结果如图7所示。

<；E：＼2014年23期＼2014年23期＼Image＼44t7.tif>；

图7 CCD输出信号

测得像素读出速率为12.5 MHz，与设计一致，输出信号清晰显示出了每个像素周期包括的复位电平、参考电平、信号电平三部分，其中参考电平和信号电平电位差约为1 V，实验结果表明ICX285AL在驱动电路的驱动下正常工作。

4  ；结  ；语

设计并加工了一款用于TEM CCD相机的CCD驱动电路，采用CPLD作为时序发生器，通过状态机实施过程控制，在不改变硬件的情况下，可以方便地更改曝光时间和相机工作模式，同时保证图像的连续采集。使用CXD3400N和74ACT04作为驱动器，能够输出高质量的驱动脉冲。

通过实验，验证了ICX285AL在该驱动电路的驱动下能够连续、稳定地输出视频信号，证明该设计满足实用要求，为TEM CCD相机的后续研究奠定了基础。

注：本文通讯作者为董全林。

参考文献

[1] 王庆有.图像传感器应用技术[M].2版.北京：电子工业出版社，2013.

[2] 刘金国，余达，周怀得，等.面阵CCD芯片KAI?1010M的高速驱动系统设计[J].光学精密工程，2008，16（9）：1622?1628.

[3] 刘冰川，曲利娟，刘庆宏.透射电子显微镜成像方式综述[J].医疗设备信息，2007（9）：43?46.

[4] SONY Corporation. ICX285AL progressive scan CCD image sensor data sheet [R]. Japan： SONY Corporation， 2008.

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