可控电压源

第一章绪论

1.1研究背景及意义

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, 但均存在以下二个问题: 1) 输出电压是通过粗调(波段开关) 及细调(电位器)来调节。这样, 当输出电压需要精确输出, 或需要在一个小范围内改变时(如1. 05～ 1. 07V ) ,困难就较大。另外, 随着使用时间的增加, 波段开关及电位器难免接触不良, 对输出会有影响。2) 稳压方式均是采用串联型稳压电路, 对过载进行限流或截流型保护, 电路构成复杂,稳压精度也不高。

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。

统的直流稳压电源通常采用电位器和波段开关来实现电压的调节,并由电压表指示电压值的大小. 因此,电压的调整精度不高,读数欠直观,电位器也易磨损.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。

随着科学技术的不断发展,特别是计算机技术的突飞猛进,现代工业应用的工控产品均需要有低纹波、宽调整范围的高压电源,特别是在一些高能物理领域,急需电脑或单片机控制的低纹波、宽调整范围的电源。

1.2 国内外研究现状

上世纪九十年代末起，随着对系统更高效率和更低功耗的需求，电信与数据通讯设备的技术更新推动电源行业中直流/直流电源转换器向更高灵活性和智能化方向发展。在80年代的第一代分布式供电系统开始转向到20世纪末更为先进的第四代分布式供电结构以及中间母线结构，直流/直流电源行业正面临着新的挑战，即如何在现有系统加入嵌入式电源智能系统和数字控制。

早在90年代中，半导体生产商们就开发出了数控电源管理技术，而在当时，这种方案的性价比与当时广泛使用的模拟控制方案相比处与劣势，因而无法被广泛采用。

由于板载电源管理的更广泛应用和行业能源节约和运行最优化的关注，电源行业和半导体生产商们便开始共同开发这种名为“数控电源”的新产

品。

现今随着直流电源技术的飞跃发展, 整流系统由以前的分立元件和集成电路控制发展为微机控制, 从而使直流电源智能化, 具有遥测、遥信、遥控的三遥功能, 基本实现了直流电源的无人值守

“设计的直流稳压电源主要由单片机系统、键盘、数码管显示器、指示灯及报警电路、检测电路、D/ A 转换电路、直流稳压电路等几部分组成,系统框图如图2 所示。单片机系统选用89C51 型号单片机, 内含4 K 的ROM. 采用8255 作为电压输出的扩展接口,8279作为键盘和显示器的扩展接口。

1.3 课题研究方法

流电源用的仪器设备, 在科研及实验中都是必不可少的。针对以上问题, 我们设计了一套以单片机为核心的智能化直流电源。该电源采用薄膜轻触键盘, 可对输出电压及报警阈值以快慢两种方式进行设置, 输出由单片机通过D/A , 控制驱动模块输出一个稳定电压。同时稳压方法采用单片机闭环控制, 单片机通过A/D 采样输出电压, 与设定值进行比较, 若有偏差则调整输出, 越限则输出报警信号并截流。工作过程中, 稳压电源的工作状态(输出电压、电流等各种工作状态) 均由单片机输出驱动L ED 显示,多种显示模式间, 由键盘控制进行动态逻辑切换。

课题研究一种以单片机为核心的智能化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, 且兼备双重过载保护及报警功能, 特别适用于各种有较高精度要求的场合。

第二章系统设计原理

2.1 技术指标及设计要求

2.1.1 技术指标

（1）输出电压：范围0～＋9.9V，步进0.1V；

（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）扩展输出电压种类（比如三角波等）。

2.1.2 要求

1 画出总体设计框图，以说明电路由哪些相对独立的功能模块组成，标出各个模块之间互相联系，并以文字对原理作辅助说明。

2、设计各个功能模块的电路图，加上原理说明。

3 选择合适的元器件，在面板上接线验证、调试各个功能模块的电路，在接线验证时设计、选择合适的输入信号和输出方式，在充分电路正确性同时，输入信号和输出方式要便于电路的测试和故障排除。

4 在验证各个功能模块基础上，对整个电路的元器件和布线，进行合理布局，进行整个数字钟电路的接线调试。

◆编程语言：C语言；

◆计算机打印实习课程设计报告一份；

◆设计时间：16-18周

◆实物制作；

2.2设计思路与方案论证

2.2.1 设计思路

方案一采用实时芯片ICL7107

ICL7107是一块应用非常广泛的集成电路。它包含3 1/2位数字A/D转换器，可直接驱动LED数码管，内部设有参考电压、独立模拟开关、逻辑控制、显

示驱动、自动调零功能，制作时，数字显示用的数码管为共阳性，1K可调电阻最好选用多圈电阻，分压电阻选用误差较小的金属膜电阻。能够实现所要达到的技术指标。

方案二采用单片机编程技术

经软件设计指定的I/O口（P1.0-P1.3）送出逻辑电平，控制数码管显示，根据数字电压表的设计要求与原理以及特性，本系统采用单片机AT89C52串口输出的形式来设计电路，使功能及效果更完美。

方案三采用EDA技术

采用 EDA作为主控制器控制外围电路进行电压，时钟控制、键盘和LED控制。此方案逻辑电路复杂，且灵活性较低，不利于各种功能的扩展，在对电路进行检测比较困难；

2.2.2 方案论证

1 我们从分析电路可以知道三个方案在理论上都是可行的。

2在测量精确程度方面：方案二电路设计较好，通过编程控制电压测量的比较精确，而且在后期的调试和维护方面也就相对容易一些。但是在制

作方面比较困难些了。

3 在电路可靠性方面：因为方案二比方案一三电路简单，根据电路的原则

方案二应该是比较可靠的。，所以方案二比较好。

比较以上三种方案的优缺点，方案二简洁、灵活、可扩展性好、精确度高，能完全达到设计要求，故采用第二种方案。

2.3原理框图分析

数控直流电源的工作主要框图如图2.3.1所示：从键盘电路获得按键信息，经过软件协调驱动硬件电路工作，由单片机生成相应操作代码并输出到数模转换器再通过单片机传送给显示电路，从而显示出从键盘处获得的信息。在整个过程中，由时钟电路提供单片机保持稳定工作的工作时钟；数模转换器则将单片机输出的数字量转换成模拟量，满足模拟控制的需要；而复位电路包括上电复位和按