简易直流稳压电源的设计

简易直流稳压电源

1．1 基本目标

1)输出电压：范围－12V～＋12V，步进0.1V。

2)输出电压可预置在－12V～＋12V之间的任意一个值。

3)数字显示输出电压值。

4)为实现上述几部件工作，自制稳压直流电源，输出±15V，＋5V。1．2 系统基本方案

根据题目要求，系统可以划分为输出部分，人机接口部分和直流稳压电源。其中输出部分是由D/A转换后再放大得到的，人机接口包括4个按键和液晶显示部分，直流稳压电源包括两组电源[1]。

1．2．1 方案选择和论证

方案一: 三端稳压电源

采用可调三端稳压电源构成直流可调电源的电路如图1.1所示。怎样实现数控呢？我们把图1.1中的可变电阻RP用数字电位器来代替，就能实现数控了。但由于三端稳压芯片LM317和LM337的输出电压不能从0V起调，输出公式：Vout=1.25×(1+R2/R1) (1.1) 所以，可以采用在输出的地方加两个二级管，利用PN节的固有电压来实现从0V起调，如图1.2所示。

图1－1

图1.2

优点：该方案结构简单，使用方便，干扰和噪音小

缺点：数字电位器误差较大，控制精度不够高，误差电压较大。同时更重要的是几乎所有的数字电位器能够容忍的电流都在20mA以下。所以，这种方案就被否决了。

方案二：采用A/D和D/A

采用A/D和D/A构成直流电源的电路如图1.3和图1.4所示。采用单片机构成直流电源的电路如图1.3所示，利用AVR单片机自带的D/A口DAC0输出0－2.5V 的电压，然后经一级反相放大器和跟随器，此时可以输出0到－5V电压。但是因为A/D变换器只能采集0到+2.56V的电压，所以再在跟随器后面加一级反相放大器器然后送回到A/D采样，MCU比较发现DAC0输出为正确电压时，则从跟随器后直接输出电压，这样就可以输出0到-5V的电压了。当需要正相电压时从DAC1口输出电压，这时就不需要反相，其它原理与DAC0相似。[2]

图1.3

优点：精确度高，纹波小，效率和密度比较高，可靠性也不错。

缺点：电路相对复杂，AVR单片机的IO口不能容忍负电压，否则会被损坏。所以，这种方案也行不通。

方案三：采用数字电位器与运放到组合

如图1.4所示，在该方案中我们用两个数字电位器代替了MCU中的D/A，这样可以降低成本，同时简化电路，从两个串连的数字电位器可以直接输出-5V到+5V 的电压同上面方案一样，当输出反相电压时在送电压回A/D采样时要先经过一次反相。但同样存在上面的问题

图1.4

优点：电路结构更简单，降低了成本

缺点：因为数字电位器电阻误差大，且单片机的A/D口容易损坏。

方案四：采用7805构成直流电源

采用7805构成直流电源的电路如图1.5所示，改变RP阻值使7805的公共端的电压在0到－10V之间可调，则7805的输出端电压就可实现-5V－+5V之间可调了。这种方案是利用了7805的输出端与公共端的电压固定为+5的特性来设计的。但同样存在不好数控的问题。

图1.5

方案五方案三与方案四结合，然后再以+5V为参考输出

图1.6

如上图所示，采用数模转换器输出电流，经电压转换和反向放大之后得到-10V~0V 的电压，把这个电压送到三端稳压器件7805的公共端，然后，再以+5V作为参考则输出的电压就能实现在-5V~+5V任意可调。采样时，是对地采样的，就省去了负电压不好采样的麻烦，这也是我们的创新之处。

2.主要单元电路设计

2.1 电源电路单元

图1.7

该电路用了7805、7815和7905、7915制成了两组稳压直流电源电路分别得到±15V和±5V的电源。为了防止恒流源电路中的较大电流对控制部分产生干扰，将控制部分的电源和恒流源电路电源分成独立的两部分，分别由两组变压器供电。

图1.8

用单片机的P3口来控制DAC0832输出电压。

图1.9

用单片机的P3口来控制DAC0832输出电压。[3]

0832输出电路：

图1.10

DAC0832输出的电压通过两个CA3140的两级放大，从Vout1 和Vout2两路输出实

现输出正负5V的电源。

图1.11

2.2 精密基准源

用LM334和一个10K的可调变阻构成了一个精密5V基准电压，提高系统的精密度。主控电路保护二极管：

图1.12

图1.13

4.结论

本设计制作完成了题目要求的基本部分的和发挥部分要求，达到了预期目标。本系统以51单片机ATMEL89S52芯片和8位精度的DA转换器DAC0832为核心部件，利用常用的三端稳压器件7805的公共端与输出端固定的5伏电压特性，最终实现了数字显示输出电压值和电流值可实时控制并显示的数控电源。

N

参考文献：

[1]《全国大学生电子设计竞赛训练教程》（黄智伟主编王彦陈文光朱卫华编著）

[2]《单片微型计算机与接口技术（第2版）》（李群芳张士军黄建编著）

[3]《51单片机原理及应用》（张毅刚主编）

[4]《电子技术实验与课程设计》（蔡忠法主编）

[5]《电工学电子技术》（秦曾煌主编）

评语

评审人

1、