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简易数控线性直流稳压电源的设计与实现

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来源

□ 科研项目    □ 生产实践

□ 自选题目    ■ 其他

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类型

□ 理论研究  □ 科学实验    

■ 设计开发  □ 其他

选

题

背

景

及

目

的

当今社会人们极大的享受着电子设备带来的便利，但是任何电子设备都有一个共同的电路——电源电路。大到超级计算机、小到袖珍计算器，所有的电子设备都必须在电源电路的支持下才能正常工作。电源电路是一切电子设备的基础。提供稳定的直流电能的电源就是直流稳压电源。直流稳压电源在电源技术中占有十分重要的地位。

为此，本设计旨在让学生利用所学课程，制作出满足指定技术要求的线性直流稳压电源。设计要求如下：在输入电压220V、50Hz、电压变化范围+15%～-20%条件下，输出电压可调范围为+5～+15V；最大输出电流为1A；负载调整率≦1%（最低输入电压下，从空载到满载）；纹波电压（峰峰值）≦5mV（最低输入电压下，满载）；具有过流及短路保护功能。

工

作

任

务

及

要

求

主要工作内容包括：

1、 划分功能模块，确定各部分的设计方案；

2、 主电路各元器件选型，绘制各模块电路原理图；

3、驱动电路和控制电路设计，绘制出总电路原理图；

4、绘制各模块PCB图；

5、打印、腐蚀电路板，制作本设计实物；

6、测试输出效果并对线性度指标进行分析；

7、提出设计方案改进意见。

8、撰写论文。

以上内容由指导教师填写

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简易数控线性直流稳压电源的设计与实现

课题研究的背景与意义：

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。从组成上，数控电源可分成器件、主电路与控制等三部分。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 

　　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。

主要研究思路和方法：

本设计采用 51 系列单片机作为整机的控制单元，利用晶体管的电流放大作用，增加负载电流，在电路中引入深度电压负反馈使输出电压稳定，通过按键改变输入的数字量改变D/A输出的基准电压值，基准电压与负载电压变化趋势经过运算放大器比较放大反馈到功率管的基极，从而使输出功率管的基极电压发生变化，间接地改变输出电压的大小。为了能够使系统具备检测实际输出电压值的大小，可以经过 ADC0804 进行模数转换，间接用单片机实时对电压进行采样，然后进行数据处理及显示。采用软件方法来解决电压的步进控制，使系统硬件更加简洁，各类功能易于实现本系统以直流电源为核心，利用51系列单片机为主控制器，通过按键来设置直流电源的输出电压，设置步进为 0.1V，并可由数码管显示实际输出电压值和电压设定值。利用单片机程控输出数字信号，经过 D/A 转换器（DAC0832）输出模拟量，再经过运算放大器隔离放大，控制输出功率管的基极，随着功率管基极电电流的变化而输出不同的电压。单片机系统还兼顾对输出电压进行实时监控，输出电压通过 A/D 转换芯片，实时把模拟量转化为数据量，经单片机分析处理，通过数据形式的反馈环节，使电压更加稳定，构成稳定的电压源。由于A/D、D/A芯片占用I/O口比较多，而我们制作的是单层电路板，所以我们选用两片单片机工作，这样在制作的时候比较方便。系统原理图如图3-1所示。

图3-1 系统原理图

一、硬件部分：

本设计硬件部分分为6个模块。

（1）单片机最小系统模块，采用经典配置。

（2）主电路中的整流电路、滤波电路、稳压调整电路。

（3）人机界面的数码管显示和按键部分。

（4）单片机输出控制部分：DA转换、信号放大

（5）反馈回路中：取样电阻、AD采样电路

（6）为了加强电路的安全加入了过流短路电路保护电路

二、软件部分

该系统是数控电源，而且在设计中使用了单片机，所以需要软件的编写。软件的编写是实现该体统数字化、智能化的一个重要环节。该系统中很多功能必须在软件的帮助下才能完成。该系统的软件主要分四个模块：主程序模块、D/A模块、A/D模块、按键处理模块、短路或过流检测模块。其中DA模块和按键处理模块是在单片机1中完成，A/D模块、数码管显示模块、短路或过流检测模块是在单片机2 中完成。

由于采用两块单片机，所以各个单片机有自己的软件流程图。

(a)                                 (b)

图5-2主程序流程图

图5-2中（a）是单片机1的流程图，（b）是单片机2的流程图。本设计将实现线性直流稳压，也可根据按键设置电压等功能。

工作进度安排：

2010年11月01日——2010年11月10日：准备撰写开题报告；

2010年11月11日——2010年11月21日：设计前期资料收集；

2010年11月22日——2010年11月30日：完成开题报告，并准备翻译3000字英文文献；

2010年12月01日——2010年12月15日：设计各模块电路原理图；

2010年12月16日——2010年12月31日：对各模块电路原理图进行软件仿真，并通过面包板搭建电路进行模拟；

2011年01月01日——2011年01月10日：确定设计原理图，绘制电路PCB；

2011年01月11日——2011年01月20日：选购元器件；

2011年01月21日——2011年02月28日：进一步确定原理图，检查3000字中英文翻译。

2011年03月01日——2011年03月10日：腐蚀并焊接电路板；

2011年03月11日——2011年03月20日：加电调试焊接好的硬件；

2011年03月21日——2011年03月25日：绘制程序流程图；

2011年03月26日——2011年04月06日：程序设计；

2011年04月07日——2011年04月30日：软硬件联调；

2011年05月01日——2011年05月10日：方案改进；

2011年05月11日——2011年05月20日：论文初稿；

2011年05月21日——2011年06月05日：论文定稿；

2011年06月06日——2011年06月10日：准备答辩。

（以上内容由学生在教师指导下填写）     学生签字：                  年   月   日

指导教师

审核意见

                          签名：                年   月   日