直流數控可調穩壓電源設計簡介(附圖)

　　直流穩壓電源是常用的電子設備，它能保證在電網電壓波動或負載發生變化時，輸出穩定的電壓。一個低紋波、高精度的穩壓源在儀器儀表、工業控制及測量領域中有著重要的實際應用價值。本設計給出的穩壓電源的輸出電壓範圍為0～18 V，額定工作電流為0.5 A，並具有"+"、"-"步進電壓調節功能，其最小步進為0.05 V，紋波不大於10 mV，此外，還可用LCD液晶顯示器顯示其輸出電壓值。

1系統硬體設計

　　本系統由電源模塊、調壓模塊、D／A轉換模塊、顯示與鍵盤模塊組成，圖1所示是該直流數控穩壓電源的結構原理框圖。

1.1系統電源模塊

　　在圖1中，220 V市電經220 V／17.5 V變壓器降壓後得到的雙17.5 V交流電壓，經過一個全橋整流後可得到±21 V兩路電壓，其中一路+21 V電壓供給調整管，作為電源對外輸出，另一路經三端穩壓器7815得到+15 V，再經過7805得到+5 V的電壓。-21 V的電壓則經三端穩壓器MC7915得到-15 V電壓，以作為系統本身的工作電源。

1.2電壓調整模塊

　　該穩壓電源中的電壓調整模塊電路如圖2所示。其中調整管採用複合管形式(由Q1、Q3組成)，以實現大電流輸出，由於該設計要求Iomax=0.5 A，Iomin=0 A，Pm=(Vimax-Vomin)Iomax=(18-0)×0.5=9 W，因此，本電路中的調整管可選TIP41(其Icmax=6 A>Iomax=0.5 A；Pcw=65 W>9 W，VCEOmax=100 V>18 V)，當然，也可以選用2N5832。

　　電路的比較放大採用運放NE5534來設計，該器件具有共模抑制比高，響應速度快和壓擺率高的特點。設計時可由R10、R11A、R12組成分壓取樣電路，並要求R10／(R11A+R12)=1／4，即當輸出電壓存在△UO=0.05 V時，△Ua=0.04 V，這與DAC的輸出(10／255=0.04V=1LSB)變化一致。事實上，經過DAC轉換以將電流轉換為電壓並進行電壓放大後，即可將得到的10 V電壓送比較器NE54534的同相端作為比較的基準電壓。由於DAC0832是8位的D／A轉換器，故有255步進。由此，當CPU控制DAC變化1LSB時，其對應Va的變化為0.04 V，故Uout的可調變化量為0.05 V(步長)。NE5534和Q1、Q3及取樣電路構成的負反饋電路可實現調節輸出電壓的目的(穩壓)。

　　電路中的過流保護由R9與02完成。當Io>0.7A時，VR9=R9Io≥1×0.7=0.7 V，此時Q2導通，並對調整管Q3的基極分流，使TIP41的導通電阻增大，輸出電壓降低，從而達到過流保護的目的。必要時，也可接入一紅色發光二極體作為過流指示。該系統的短路保護採用保險管來完成。

1.3 D／A轉換模塊

　　本系統中的數模轉換電路如圖3所示。它由DAC0832、兩級低漂移的運放μA714及VREF電路組成。DAC0832和運放U3A將CPU發出的8位二進位數據轉換成0～-5 V的電壓，然後經運放U3B反向放大2倍，以得到0～10 V電壓。因此，該DAC的轉換解析度為10／(28-1)=0.04 V，即CPU輸出給DAC的數據變化為1 Bit，DAC輸出電壓的變化為0.04 V。VREF電路為DAC提供基準電壓，調節R5A，可使基準電壓保持為5 V。

1.4顯示與鍵盤模塊

　　本電源中的電壓顯示與鍵盤電路如圖4所示。當輸出電壓經R13限流和R14取樣後，即可送如TLC2453-1進行模數轉換。圖4中的TLC2453-1為11通道、12位串行A／D轉換器，具有12位解析度，轉換時間為10μs，有11個模擬輸入通道，3路內置自測試方式，採樣率為66 kbps，線性誤差±1LSBmax，同時帶有轉換結果輸出EOC，並可單、雙極性輸出。通過其可編程的MSB或LSB前導可編程輸出數據長度。TLC2453-1的時鐘頻率選用4.1 MHz，電源輸出電壓Uo的取樣信號從IN0輸入，晶片的I／O時鐘端、數據輸入端、轉換數據輸出端、片選端分別與AT89S51單片機的P2.3、P2.2、P2.1、P2.0相連，然後經單片機處理後從P0口輸出，在經排阻9A472J驅動後送字符型液晶顯示屏SMC1602A顯示輸出電壓。電路中AT89S51單片機的晶振頻率選用12 MHz，P1.0～P1.3接調壓按鈕。增加電壓時，粗調用按鍵S1，步進為1 V，細調用S2，步長為0.05 V；減小電壓時，粗調用S3，步長為1 V，細調用S4，步調為0.05 V。這樣，經過它們的有機結合便可將輸出電壓調節到所需的電壓。

2系統軟體設計

本電路的主程序流程如圖5所示。

3 結束語

本文給出的直流數控穩壓電源採用硬體組成的閉環反饋模式來進行穩壓。電路中採用共模抑制比高、響應速度快、壓擺率高的NE5534作比較器，從而提高了穩壓的可靠性和精度；而採用12位A／D轉換模塊完成電壓的測量，並用LCD液晶顯示，則提高了測量的準確性和直觀顯示能力。本電路的開機預置輸出電壓為5 V，並可採用步進方式調節輸出電壓，最小步進為0.05 V。經過測試，本電路的輸出電壓範圍可達到0～18V，額定電流可達到0.5A，可應用於實驗教學與工程實踐中。