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1、双路输出直流稳压电源236双路输出直流稳压电源钟官军 金海军 张娅琳指导老师：王淑娟1摘 要1.1 功能说明：通过四个控制按钮实现两路输出电压，可以对输出电压进行设定，显示值与输出电压值的误差不超过 10mv。并可通过按键实现最高电流设定，进行过流保护。具体描述如下：按键：按键 1：左右设定时切换。按键 2：电压电流设定时切换。按键 3：设定值增加按键。按键 4：设定值减小按键。显示(三位半 LED）：LED1：第一路的显示，电压设定时显示电压，电流设定时显示电流，正常工作时显示电压。LED2：第二路的显示，电压设定时显示电压，电流设定时显示电流，正常工作时显示电压。参数：电压设定步进： V1
2、.0显示误差： mv工作区：输出 1： ，8A2输出 2： ，8软件设定保护电流范围： 0硬件短路保护电流： .a) 基本组成本直流电源由四个基本模块组成：电源部分，控制部分，功率放大部分，数字显示输出电流电压电路。采用硬件电路和单片机的编程控制，实现了在传设计一个电压在-18-+18V，电流 0-2 A 可调的双路直流稳压电源。实现传统基本直流稳压电源的突破和创新-电压电流的连续可调的和过压过流流保护。电源变压器：采用降压变压器将电网交流电压 220V 变换成复合需要的交流电源。此交流电压经过整流后可获得电子设备所需要的直流电压。哈尔滨工业大学 2003 年本科生科技创新活动获奖作品选编23
3、7整流电路：利用单相桥式整流电路把方向和大小都大小都变化的 50Hz 的交流电变换为方向不变但大小仍有脉动的直流电。其优点是电压较高，纹波电压较小，整流二极管所承受的最大反向交流电流流过，变压器的利用率高。滤波电路：利用储能元件-电容 C 两端的电压不能突变的性质，采用 RC 滤波电路将整流电路输出的脉动成分大部分滤除，得到比较平滑的直流电。稳压电路：使整流滤波后的直流电压不随交流电网和负载的变化扰动而变化 控制电路：为适应不同场合的需要而将电压电流置为可调。保护电路：当电压电流过大超过量程利用单片机控制清零来实现电路保护。数字显示部分：采用三位半的 LED 数字显示，挺高了精度和准确性，从而
4、克服了模拟表头的造成的读数误差。利用 8032 单片机控制，可以实现精度。由于采用大量高性能的集成模块，从而简化了电路的结构，突出了电源变换问题中的关键部分。通过努力的调试与检测，电路整体性能良好，可以较好的实现设计目的。本电源不仅可以单独使用，还可以置于其它电子设备中作为变压稳压或稳流源使用。2电源概述2.1 电源简介电源是电子设备的心脏部分，其质量的好坏直接影响着电子设备的可靠性，而且电子设备的故障 60%来自电源，因此作为电子设备的基础元件，电源受到越来越多的重视。现代电子设备使用的电源大致有线性稳压电源和开关稳压电源两大类。所谓线性稳压电源，是指在稳压电源电路中的调整管是工作在线性放大
5、区。将 220V、50Hz 的工频电压经过线性变压器降压以后，经过整流、滤波和稳压，输出一个直流电压。2.2 两类电源比较线性稳压源的优点是：电源稳定度及负载稳定度较高；输出纹波电压小；瞬态响应速度快；线路结构简单，便于维修；没有开关干扰。缺点是：功耗大、效率低，其效率一般只有 3560%；体积大、质量重、不能微小型化；必须有较大容量的滤波电容。双路输出直流稳压电源238其中，交换效率低下是线性稳压电源的重要缺点，造成了资源的严重浪费。在这种背景下，开关稳压电源应运而生。任何电子设备均需直流电源来供给电路工作。特别是采用电网供电的电子产品。为了适应电网电压波动和电路的工作状态变化，更需要具备适
6、应这种变化的直流稳压电源。随着电子技术的发展，人们对如何提高电源的转换效率，增强对电网的适应性，缩小体积，减轻重量进入了深入的研究。开关电源应运而生。七十年代，便应用于电视机的接收，现在已经广泛用于彩电，录像机，计算机，通讯设备，医疗器械，气象等行业。开关稳压电源的调整管工作在开关状态，主要优越性是交换效率可高达7095%。开关稳压电源的优越性还体现在：功耗小、效率高。晶体管在激励信号的激励下，交替的工作在导通-截止的开关状态，转换速度很快，频率一般为50kHz 左右。开关晶体管的功耗很小，电源的效率可以大幅度的提高，达到 80%以上。体积小、重量轻。开关稳压电源里没有采用笨重的工频变压器。调
7、整管上的耗散功率大幅度降低以后，省去了较大的散热片。稳压范围宽。开关电源的输出电压是由激励信号的占空比来调节的，输入信号电压的变化可以通过调频或调宽来控制，在工频电网电压变化较大时，它仍能保证有效的稳定输出电压。开关稳压电源实现稳压的方法也较多，可以根据实际应用的要求，灵活的选用各种类型的开关稳压电源。电路形式灵活多样。开关稳压电源的主要问题是电路比较复杂。输出纹波电压较高，瞬态响应差，并且存在较为严重的开关干扰。当今，开关稳压电源的进一步推广应用的困难是它的制作技术难度大，维修麻烦和成本较高。开关稳压电源的效率是与开关管的变换速度成正比的。开关稳压电源中采用了开关变压器，使之由一组输入，得到
8、极性，大小各不相同的多组输出。要进一步提高效率，必须提高电源的工作频率。但是，当频率提高以后，对整个电路元器件的要求，有了进一步的提高。这是需要解决的第二个问题。工作在线性状态的稳压电源，具有稳压和滤波的双重作用，因而串联线性稳压电源不产生开关干扰，且纹波电压输出较小。但是，在开关稳压电源中的开关管工作在开关状态，其交变电压和输出电流会通过电路中的元器件产生较哈尔滨工业大学 2003 年本科生科技创新活动获奖作品选编239强的尖峰干扰和谐振干扰。这些干扰会进入市电电网，影响邻近的电子设备的正常工作。克服这一缺点，进一步提高它的使用范围，是要解决的第三个问题。2.3 本电源选择根据比较，我们选择
9、线性电源。绝大多数电子电路工作时都需要直流电源，直流电源是电子电路工作状态的保证和能源的提供者。但大多数固定电源允许输出电压10的范围内变化，这还不能满足有些电路要求，于是我们设计了输出可调的或允许更大变化范围的电源。本电源的性能：采用全集成电路设计制成，具有短路过载自动保护功能，、 两路，由四个 LED 分别显示两路输出。精度高，电流V180V0性能稳定，连续可调。可用于多路实验用电。2.4 其性能指标：1工作模式几乎所有的直流电源都工作在恒压源模式，也就是说在整个电流变化范围内输出电压可保持不变。本电源还可以在一定范围内工作在直流源模式。2分辨率技术参数限定的输出电压或电流的最小可调增量=
10、1/256 3可程控性通过改变直流电压或电阻值使电源输出具有可程控性。4过载保护因为一个电源要供给不同的电路使用，这些电路的电流的流量可能是未知的，为了避免对电源的损坏，需设置保护电路的范围。电源还具有以下特点：本程控电源可用程序设定输出范围外，在超出输出范围时，就自行清零保护。也就是说，当外电路需要的电压或电流超过设置极限时，数码管可自动地显示零输出。散热片可用于防止由于电源持续工作在过载状态或冷却无效而烧坏电源。3整体方案双路输出直流稳压电源24031 经典稳压电源经典稳压电源的方框图如下所示。其中主回路是将电能传递给负载的回路。又分为由开关管和高频变压器组成的功率转换电路，以及由整流滤波
11、网络组成的输出滤波电路。控制回路按输入输出条件控制主回路的工作状态。它跨接在输出电压端和开关调整管上，形成反馈回路，控制调整管的通断，达到稳压的目。32 本电源各部分设计（1） 电源部分该部分是电源的基础，也是输出电压能否达到高精度和良好的稳定性的保障。4理论计算41 电源部分：考虑到平时使用的电源大多在 之间，而且 LM741V150的极限电压 ，所以选用电源电压为 ，扣除达林顿管 的压降，V2523Uce5则每一路输出为 。按照输出电流 ，则单路最大输出功率：8AI0WVIUP6180单路消耗的总功率为：（ ）Ii 4232,1i两路共消耗的功率为 P10921哈尔滨工业大学 2003 年
12、本科生科技创新活动获奖作品选编241考虑其效率，设为 %80则电源消耗的功率为 WPal 125选用 的变压器。W150，AI20则,30VU5.10IR6lcuFRClc10435.选用 满足要求。uFu1403470电源部分的电路图如下：42 电源各部分的分析：电源变压器：采用 150W 双 18V 单 9V，26V 环形变压器降压变压器将电网交流电压 220V 变换成 25V 左右的交流电源，主副线圈匝数比约 9 ：1。此交流电压经过整流后可获得电子设备所需要的直流电压。整流电路：利用单相桥式整流电路把方向和大小都变化的 50Hz 的交流电变换为方向不变但大小仍有脉动的直流电。其优点是电
13、压较高，纹波电压较小，双路输出直流稳压电源242整流二极管所承受的最大反向交流电流流过，变压器的利用率高。滤波电路：利用储能元件-电容 C 两端的电压不能突变的性质，采用 RC 滤波电路将整流电路输出的脉动成分大部分滤除，得到比较平滑的直流电。采用4700uF,50V 滤波电容达到较好的滤波效果。稳压电路：采用 7815 7915 7805 7905 稳压集成电路使整流滤波后的直流电压不随交流电网和负载的变化扰动而变化。43 率放大部分从控制板发出的信号，为 05V,5mA 左右的中小信号，要使之适应不同的应用需要，必须使之具有一定的功率。1功率部分的计算即要求进行功率放大，使之达到 V,2A
14、 左右的输出量。则有1806.3580VUAiu通过运算放大器和大功率达林顿管可实现 3.6 倍的放大倍数。而 V,要求输出为 2A。则2C WAVPom4623ax取达林顿管的功率大于 46W 即可。查手册可以知道，选用 BD64C/65C 系列。10,10,25UAIWPomomom功放电路图如下所示：44 路功放的保护：当电流过大，采用三个串连的二极管与三级管并联，三级管达到饱和防止两端电压过高而烧坏。从而 达到保护电路的目的。电路图如下：哈尔滨工业大学 2003 年本科生科技创新活动获奖作品选编24345 单片机控制部分控制电路是本电源的重要组成部分。由单片机作控制中心，在时序上协调外
15、界输入控制和 DA0809 反馈控制。控制结构图如下：1. 单片机的工作原理：（1） 输出：单片机的输出是用分时操作的，分时输出两个数字量（程控）给两个 DA0832，得到的模拟信号给两个外路运放提供信号，达到输出两路电压的目的。（2） 按键控制：共设置四个按钮，以中断形式接入单片机，由中断服务程序对其响应，修改单片机中的电压电流设定值。（3） 反馈：由 AD0809 的转换结束信号 EOC 接入单片机的另一个中断，在中断服务程序中，取走负载上取得的反馈值，并与相应的值比较，调节输出数字量，从而使负载电压稳定。2. 控制部分计算：由于设定输出电压为 V,设定电压值以 0.1V 为步进，则有：1
16、80.18K则由：按 键控 制 2输 出 1输 出 处 理 单 片 机 四 路 反 馈控 制双路输出直流稳压电源2441802n选用 8 位 D/A 满足要求。又考虑到双路输出，则选用具有双缓冲结构的 DAC0832,而在对输出电压、电流的反馈上，具有 4 个反馈信号。而且其值变化不大，故选用 8 通道的 8 位A/D。即选用逐次逼近型 AD.由于 ADC0809 具有转换速度快（可达到 1us） ，稳定性好，性价比高的特点，故选用之。而控制芯片选用 89C52.电路图：46 显示部分采用三位半双积分 ICL7107，可将模拟电压直接转化成 BCD 码，驱动 LED显示，其显示范围 ，最小分辨率为 10mv，满足本电路设计要求。V9.105调试部分调试是一项很复杂而庞大的工程。它占了整个设计的大部分时间。调
