电子设计大赛—简易数控直流稳压电源 - 图文

一、项目参加人员、负责内容以及技术特长：

主要人员 负责内容 自制稳压电源的设计，撰写论文电路精度的调节, 键盘、数控部分、数字显示的设计，单片机编程 D/A转换以及精度，输出电路的设计 技术特长 数字电路设计，应用软件 单片机编程以及电路设计 模拟电路设计 二、项目背景

数控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。普通直流稳压电源品种很多, 在家用电器和其他各类电子设备中，通常都需要电压稳定的直流电源供电。但在实际生活中，都是由220V 的交流电网供电。这就需要通过变压、整流、滤波、稳压电路将交流电转换成稳定的直流电。滤波器用于滤去整流输出电压中的纹波，一般传统电路由滤波扼流圈和电容器组成，若由晶体管滤波器来替代，则可缩小直流电源的体积，减轻其重量，且晶体管滤波直流电源不需直流稳压器就能用作家用电器的电源，这既降低了家用电器的成本，又缩小了其体积，使家用电器小型化。

电源技术尤其是数控电源技术是一门实践性很强的工程技术，服务于各行各业。电力电子技术是电能的最佳应用技术之一。当今电源技术融合了电气、电子、系统集成、控制理论、材料等诸多学科领域。随着计算机和通讯技术发展而来的现代信息技术革命，给电力电子技术提供了广阔的发展前景，同时也给电源提出了更高的要求。随着数控电源在电子装置中的普遍使用，普通电源在工作时产生的误差，会影响整个系统的精确度。电源在使用时会造成很多不良后果，世界各国纷纷对电源产品提出了不同要求并制定了一系列的产品精度标准。只有满足产品标准，才能够进入市场。

随着经济全球化的发展，满足国际标准的产品才能获得进出的通行证。数控电源是从80年代才真正的发展起来的，期间系统的电力电子理论开始建立。这些理论为其后来的发展提供了一个良好的基础。在以后的一段时间里，数控电源技术有了长足的发展。但其产品存在数控程度达不到要求、分辨率不高、功率密度比较低、可靠性较差的缺点。因此数控电源主要的发展方向，是针对上述缺点不断加以改善。单片机技术及电压转换模块的出现为精确数控电源的发展提供了有利的条件。新的变换技术和控制理论的不断发展，各种类型专用集成电路、数字信号处理器件的研制应用，到90年代，己出现了数控精度达到0.05V的数控电源，功率密度达到每立方英寸50W的数控电源。目前在电力电子器件方面，几乎都为旋纽开关调节电压，调节精度不高，而且经常跳变，使用麻烦。随着人们生活水平的不断提高,数字化控制无疑是人们追求的目标之一,它所给人带来的方便也是不可否定的,其中数控制直流稳压电源就是一个很好的典型例子。但人们对它的要求也越来越高,要为现代人工作、科研、生活提供更好的更方便的设施，就需要从数字电子技术入手，一切向数字化和智能化方向发展。

数字化智能电源模块是针对传统智能电源模块的不足提出的，数字化能够减少生产过程中的不确定因素和人为参与的环节数，有效地解决电源模块中诸如可靠性、智能化和产品一致性等工程问题，极大地提高生产效率和产品的可维护性。 三、主要研究内容 一、设计任务 设计出有一定输出电压范围和功能的数控电源。 其原理示意图如下： 数控部分 数字显示 +10V -10V +5V 自制稳压电源 220V “+”“-”键 输出电路 二、设计要求 1．基本要求 （1）输出电压：范围 0～＋9.9V，步进 0.1V，纹波不大于 10mV； （2）输出电流：500mA； （3）输出电压值由数码管显示； （4）由“＋”、“－”两键分别控制输出电压步进增减； （5）为实现上述几部件工作，自制一稳压直流电源，输出±10V，＋5V。 2．发挥部分 （1）输出电压可预置在 0～9.9V 之间的任意一个值； （2）用自动扫描代替人工按键，实现输出电压变化（步进 0.1V 不变）； （3）扩展输出电压种类（比如三角波等）。 四、总体思路与研究方案 1. 总体思路 随着时代的发展，数字电子技术已经普及到我们生活、工作、科研等各个领域，本文将介绍一种数控直流电源，本电源由电源电路、显示电路、控制电路、数模转换电路四部分组成。准确说就是电源电路提供各个芯片电源、数码管、放大器所需电压，显示电路用于显示电源输出电压的大小，同时分析了数字技术和模拟技术相互转换的概念。与传统的稳压电源相比具有操作方便，电源稳定性高以及其输出电压大小采用数码显示的特点。 数控电压源是最常用的仪器设备，在科研及实验中都是必不可少的。目前所使用的直流可调电源中，几乎都为旋纽开关调节电压，调节精度不高，而且经常跳变，使用麻烦。利用数控电压源，可以达到每步0.1V的精度，输出电压范围0.1V至9.9V，电流可以达到0.02A。针对以上问题，本课题设计了一种以单片机为核心的数控式高精度简易直流电源的设计，该电源采用数字调节、闭环实时监控、输出精度高，特别适用于各种有较高精度要求的场合。其设计方法是由单片机通过D/A，控制驱动模块输出一个稳定电压，同时稳压方法采用三端可调稳压管进行调整，输出电压通过电阻反馈给运放，与设定值进行比较，若有偏差则调整输出。工作过程中，单片机输出驱动LED显示，通过键盘可设置和调整电压值。该电路具有设计简单，应用广泛，精度较高等特点。 本文介绍的简易数控直流稳压电源，其中输出电压的调节是通过“+” 和“-”两个按键来操作的；步进电压精确到0.1V去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，一路用于驱动数字显示电路，精确显示当前输出电压值；另一路进入数模转换电路（D/A转换电路）；数模转换电路将数字量按比例，转换成模拟电压，然后经过射极跟随器的控制,调整输出级，使输出稳定直流电压。 2. 实施方案 2.1 目前数控电压源已广泛使用，要实现目标其方案比较多，主要有以下几种方案： 2.1.1 方案一：采用单片机的数控电压源的设计 采用常用的AT89C51单片机作为控制器，P0口和DAC1232的数据口直接相连，DA的各个端口连接后接P3.4，和接单片机的端，让DA工作在单缓冲方式下。DA的8脚接参考电压，DA的基准电压接-10V电源，所以在DAC的8脚输出电压的分辨率为约等于0.1V，也就是说DA输入数据端每增加1，电压增加0.1V。通过运放OP07将DA的输出电流转化为电压，再通过运放OP07将电压反相并放大输出电压并稳压，最后通过示波器观察其波纹，其硬件框图如图2.1所示： 显示 单电压预置 A/D转换 键盘 片 机 数码显示 D/A转换 电压输出 图2.1 方案一硬件框图 2.1.2 方案二：采用调整管的双计数器的数控电压源的设计 此方案采用传统的调整管方案，主要特点在于使用一套双计数器完成系统的控制功能，其中二进制计数器的输出经过D/A变换后去控制误差放大的基准电压，以控制输出步进。十进制计数器通过译码后数码管显示输出电压值，为了使系统工作正常，必须保证双十计数器同步工作。其硬件框图如图2.2所示： 输出 整流滤波 电 源 2.1.3 方案三：采用调整管的十进制计数器的数控电压源的设计 此方案不同于方案之二处在于使用一套十进制计数器，一方面完成电压的译码显示，另一方面其作为EPROM的地址输入，而由EPROM的输出经D/A变换后控制误差放大的基准电压来实现输出步进，只使用了一套计数器，回避了方案二中必须保证双计数器同步的问题，但由于控制数据烧录在EPROM中，使系统设计灵活性降低。其硬件框图如图2.3所示 输出 整流滤波 调整管 过流保护 误差放大 电压预置 译码显示 十进制 计数器 步进加 D/A转换 EPROM 步进减 图2.3 方案三硬件框图 调整管 过流保护 二进制 计数器 误差放大 十进制 计数器 时钟控制 译码显示 D/A转换 电压预置 步进加 步进减 图2.2 方案二硬件框图