直流稳定电源

A题直流稳定电源

（本科组）

电子设计大赛报告

摘要

本设计以STM32单片机为核心，将220v市电降压整流得到直流电压，结合稳压电源电路、稳流电源电路、DC-DC变换电路三大部分构成整个系统。电压可调范围 1.25-20V，恒流范围2-25mA，DC-DC变化可达150V/120mA。该系统具有数字显示，过流、过热、短路保护，参数优良的特点。

关键词：STM32单片机、稳压、稳流、DC-DC变换

系统特色：

1.稳压电源可调范围宽，负载调整率低，电压调整率低，并具有过流、过热、短路保护和软启动防过冲等功能。

2.降压变压器采用了多绕组选择方式，降低了串联稳压电源的压差，解决了线性电源效率低、发热量大的缺点。并采用STM32单片机开发板作为人机交换界面，直观、方便、美观。

3.DC-DC变换电路采用单端反激电路，具有效率高，体积小的特点，结合CLC滤波电路有效控制了纹波。

4.采用STM32单片机开发板作为人机交换界面，直观、方便、美观。结合16位的ADC芯片ADS1115采集电压电流，精度高。

1.总体方案设计

整个方案设计合理，我们用变压器将市电220v降压到我们需要的电压范围，经过绕组切换电路，降低输入输出端压差，经过整流滤波电路给稳压电源提供电源，稳压电源为稳流电路和DC-DC变换电路提供电源。通过电压电流的采集，在LCD显示屏上显示电压、电流、功率和继电器状态。过流/短路保护电路为整个电路提供安全保障。总体设计框架：如图1.1所示。

市电变压器降压绕组切换整流、滤波过流保护短路保护

稳压电源

电压电流采集

稳流电源DC-DC变换器图1.1 总体设计框架

2.方案论证

2.1 稳压电源模块

方案一：使用78系列稳压芯片，电子产品中常见到的三端稳压集成电路有正电压输出的78系列和负电压输出的79系列。这种稳压用的集成电路只有三条引脚输出，分别是输入端、接地端和输出端。它的样子和普通的三极管相似，TO-220的标准封装，也有TO-92封装。用78/79系列三端稳压IC来组成稳压电源所需的外围元件极少，电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路，使用起来方便可靠，价格便宜。在实际应用中，应在三端集成稳压电路上安装足够大的散热器（当然小功率的条件下不用）。当稳压管温度过高时，稳压性能将变差，甚至损坏。此外，还应注意，散热片总是和最低电位的第③脚相连。这样在78系列中，散热片和地相连接，而在79系列中，散热片却和输入端相连接。缺点是它是串联分压稳压，功耗大，发热量大,效率比较低。

方案二:使用LM317，输出电压：1.25-37V DC；输出电流：5mA-1.5A；芯片内部具有过热、过流、短路保护电路；最大输入-输出电压差：40V DC，最小输入-输出电压差：3V DC；使用环境温度：-10-+85℃。LM317是应用最为广泛的电源集成电路之一，它不仅具有固定式三端稳压电路的最简单形式，又具备输出电压可调的特点。此外，它的调压范围宽、稳压性能好、噪声低、纹波抑制比高等优点。

方案三：LT1083是凌利尔特公司生产的大功率线性三端稳压集成电路，采用TO-3P封装，输出电流高达7A。它能够在低至1V的压差条件下运行，压降能够在最大电流条件下保证在1.5V内，且负载电流减小时允许压差同时减小；可在多种电流水平条件下通过片内修正电路，提供所保证的最小压差，并能够使输出电压准确度调节至1%。其电压调整率为0.015%，负载调整率为0.01%，具有热功耗限制保护。

本设计选择用方案三，LT1083制作的稳压电源板，带过热过流保护功能。采用软启动接法，加一级LC滤波，性能提升很大。该芯片可以达到最大7.5A的电流，我们这里设计2.5A，完全没有问题。

2.2 稳流电源模块

方案一：利用运放构成深反馈电路，可以有效抑制外接干扰，使得恒流电源工作稳定性增强。

方案二：利用LM317集成基准电压源，其3端与1端之间固定降压为1.25v，流经固定电阻后产生恒流的电流。

方案三：利用TL431电压基准和LM358运放构成深反馈电路，TL431高精度可调稳压基准提供一个完美的参考电压，结合运放构成的深反馈可以得到性能十分优良的可调恒流源。

鉴于各方面考虑，方案一输出电流受运放性能限制，方案二受温度影响较大。本设计选择方案三，可以完美的达到性能指标。

2.3 DC-DC变换模块

方案一：boost型DC-DC升压器。这种方法容易实现，但是输入输出电压比太大，占空比大，输出电压范围小，难以达到较高的指标。

方案二：带变压器的开关电源。由于使用变压器，开关管占空比合适，可做到输出电压范围宽。

方案三：采用单端反激开关电源。开关电源常用于将220v交流高压变换成直流低压，这里则是将低压变换成高压，从理论上讲也是可以实现的，但是电路需作相应的变化。

此次选用方案三，单端反激式开关电源具有体积小，效率高的特点，特别适用于小功率场合，对于这次的

要求，选用方案三是在合适不过的。

3.总体设计

总体电路可由六大模块构成：

1.绕组切换与整流滤波模块；

2.过流保护模块；

3.稳压电源模块；

4.稳流电源模块；

5.电压电流采集与显示模块；

6.DC-DC变换模块。

3.1 硬件电路设计：

3.1.1 绕组切换与整流滤波模块电路：

选用绕组切换电路来切换变压的不同绕组，可以降低三段稳压器输入输出两端的压差，降低发热量，提高效率。其具体电路图如图3.1.1所示。

图3.1.1 绕组切换电路

3.1.2 过流、短路保护模块电路：

过流保护通过单片机的电流采集电路来判断电路是否过流或者短路，并利用软件控制手段实现高可靠的自