第1章 绪论
随着电力电子技术的迅速发展,直流电源应用非常广泛,其好坏直接影响着电气设备或控制系统的工作性能。直流稳压电源是电子技术常用的设备之一，广泛的应用于教学、科研等领域。传统的多功能直流稳压电源功能简单、难控制、可靠性低、干扰大、精度低且体积大、复杂度高、效率低。而基于单片机控制的直流稳压电源能较好地解决以上传统稳压电源的不足。
1.1 稳压电源的发展和现状
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。
其中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与稳定性，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。 1.1.1 线性稳压电源
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。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35~60%；体积大、质量重、不能微小型化；必须有较大容量的滤波电容。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，更需要具备适应这种变化的直流稳压电源。
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1.1.2 开关稳压电源
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70~95%。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。调整管上的耗散功率大幅度降低以后，省去了较大的散热片。
而且稳压范围宽。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。
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。
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。
直流稳压电源是常用的电子设备，它能保证在电网电压波动或负载发生变化时，输出稳定的电压。一个低纹波、高精度的稳压源在仪器仪表、工业控制及测量领域中有着重要的实际应用价值。本设计给出的稳压电源的输出电压范围为0～18V，额定工作电流为0.5A，并具有\、\步进电压调节功能，其最小步进为0.05V。此外，还可用数码管显示器显示其输出电压值。
1.2 稳压电源的应用
直流稳压电源已广泛地应用于许多工业领域中。在工业生产中(如电焊、电镀或直流电机的调速等)，需要用到大量的电压可调的直流电源，他们一般都要
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求有可以方便的调节电压输出的直流供电电源。目前，由于开关电源效率高，小型化等优点，传统的线性稳压电源、晶闸管稳压电源逐步被直流开关稳压电源所取代。开关电源主要的控制方式是采用脉宽调制集成电路输出PWM 脉冲控制电压的输出，采用模拟PID调节器进行脉宽调制，这种控制方式，存在一定的误差和延滞性，而且电路比较复杂。本文设计了一种以高性能单片机为控制核心的输出电压大范围连续可调的功率开关电源，由单片机和电源电压调制电路产生PWM脉宽，对开关电源的主电路执行数字控制，电路简单，功能强大。因此本次毕业设计对学生在校所学的专业知识的运用有很大的意义，不仅会加强我们的动手能力也是一次实践，为以后走入社会奠定基础。
毕业设计应强调能力培养为主，在独立完成设计任务的同时，还要注意其他几方面能力的培养与提高，如独立工作能力与创造力；综合运用专业及基础知识的能力，解决实际工程技术问题的能力；查阅图书资料、产品手册和各种工具书的能力；工程绘图的能力；书写技术报告和编制技术资料的能力。研究方法方面为日后的毕业设计乃至毕业后的工作奠定良好的基础。
本次设计主要适用于自动化、电气工程及其自动化、测控与仪器等专业，要求学生们具备数字电路、模拟电路、电路基础、自动控制、电力电子、 C语言、电气控制相关课程的知识，并具备一些基本的实践操作水平，为以后的就业打好一定的基础。
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第2章 电源设计方案论证
电源有线性稳压电源和开关电源，两者有优、缺点。前者稳定度高、输出电压连续可调、输出纹波小；缺点是功耗大、效率低，为了解决散热问题须加散热片，增加了电源体积和重量。另外抗干扰能力较差。其原因是调整管工作在线性放大区，管子集电极电流IC和管压降UCE都很大，耗散功率PC=IC·UCE很大。后者是利用晶体管工作在饱和导通和截止状态时，管耗很小。开关电源指调整管工作在开关状态。因此开关电源效率高，小型化等优优点。
2.1 设计方案的分析
可调稳压电源的设计可以通过几种方法实现，根据具体的设计要求，通过比较论证来确定我们到底要用哪个方案。 2.1.1方案一采用分立元件
采用模拟的分立元件，通过电源变压器、整流滤波电路以及稳压电路，电网供给的交流电压u1（220V，50Hz）经电源变压器降压后，得到符合电路需要的交流电压u2，在经过稳压电路。实现线性稳压电源稳定输出正、负5V、15V等并能通过变阻器可调输出0～18电压，但由于模拟分立元件的分散性较大，各电阻电容之间的影响很大，因此所设计的指标不高，而且使用的器件较多，连接复杂，体积较大，供耗也大，效率低等。给焊接带来了麻烦，同时焊点和线路较多，使成品的稳定性和精度也受到影响。其方案的结构框图如2.1所示：
图2.1直 流 电 源 基 本 组 成 框 图
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