數(shù)控直流穩(wěn)壓電源(最新)參考模板

1、基于MCU的數(shù)控直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)摘要：本項(xiàng)目設(shè)計(jì)制作一個(gè)輸出電壓范圍（612V）可調(diào)節(jié)和輸出電流范圍（0500mA）可調(diào)節(jié)的數(shù)控直流穩(wěn)壓電源。直流穩(wěn)壓電源通常是由四部分組成：電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路。其中難點(diǎn)在第四部分，本項(xiàng)目設(shè)計(jì)制作的是一個(gè)串聯(lián)型線性穩(wěn)壓電路，主要包括基準(zhǔn)電壓電路，調(diào)整管，比較放大，取樣電路四個(gè)單元模塊。本項(xiàng)目將基準(zhǔn)電壓設(shè)計(jì)成一個(gè)數(shù)控基準(zhǔn)電壓，則穩(wěn)壓電路就可以構(gòu)成一個(gè)數(shù)控的穩(wěn)壓電源。此基準(zhǔn)電壓通過單片機(jī)的A/D轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)，通過差動(dòng)放大電路與取樣電壓進(jìn)行比較放大，輸出電壓通過調(diào)整管得到穩(wěn)定，并通過單片機(jī)的D/A轉(zhuǎn)換將采樣電壓，采樣電流轉(zhuǎn)換成輸出電壓電流并用數(shù)碼管顯

2、示出來。本項(xiàng)目制作的數(shù)控直流穩(wěn)壓電源具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、調(diào)節(jié)方便、輸出電壓穩(wěn)定性強(qiáng)、紋波電壓小等優(yōu)點(diǎn)。關(guān)鍵字：數(shù)控直流穩(wěn)壓電源；基準(zhǔn)電壓；取樣電路；單片機(jī)一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求1、 設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)并制作有一定輸出電壓調(diào)節(jié)范圍和功能的數(shù)控直流穩(wěn)壓電源，其原理框圖如圖1所示。圖1 數(shù)控電源原理框圖2、 基本要求（1） 輸出直流電壓調(diào)節(jié)范圍+6V+12V。（2） 最大輸出電流為500mA。（3） 按鍵設(shè)定輸出電壓值，分辨率為0.1V。（4） 顯示穩(wěn)壓電源實(shí)際輸出電壓值，要求精度為±（0.5讀數(shù)2個(gè)字）。（5） 實(shí)時(shí)采樣并顯示輸出電流，顯示分辨率為1mA，要求精度為±（2%讀數(shù)+2個(gè)字）。（6

3、） 電壓調(diào)整率0.2%（輸入電壓變化范圍10%10%下，空載到滿載）。（7） 電流調(diào)整率1%（最低輸入電壓下，滿載）。（8） 紋波電壓（峰-峰值）10mV（最低輸入電壓下，滿載）。（9） 具有過流保護(hù)功能；動(dòng)作電流不大于600 mA。（動(dòng)作電流為輸出電壓下降5%時(shí)，對(duì)應(yīng)的輸出電流值）2 / 16（10）要求一路單電源供電。二、基本工作原理一個(gè)直流穩(wěn)壓電源通常是由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路四個(gè)部分構(gòu)成，前三部分電路的作用及工作原理較為簡(jiǎn)單。穩(wěn)壓電路較常用的串聯(lián)型線性穩(wěn)壓電路具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、調(diào)節(jié)方便、輸出電壓穩(wěn)定性強(qiáng)、紋波電壓小等優(yōu)點(diǎn)，其原理圖如圖2所示。輸入電壓為整流濾波電路的輸出電

4、壓。穩(wěn)壓電路的輸出電壓為： Uz圖3采用差動(dòng)放大電路的穩(wěn)壓電路由上式可知輸出電壓與基準(zhǔn)電壓為線性關(guān)系，當(dāng)改變Uz的大小，則輸出電壓也將發(fā)生變化。如果此基準(zhǔn)電壓是一個(gè)數(shù)控基準(zhǔn)電壓，則此穩(wěn)壓電路就可以構(gòu)成一個(gè)數(shù)控的穩(wěn)壓電源。數(shù)控基準(zhǔn)電壓源的原理框圖如圖3所示。圖4 數(shù)控基準(zhǔn)電壓源原三、 單元電路設(shè)計(jì)參考（1）穩(wěn)壓電路串聯(lián)型穩(wěn)壓電路參見圖2，其中調(diào)整管是核心元件，它的安全工作是電路正常工作的保證，它的選用主要考慮其極限參數(shù)ICM，U（BR）CEO和PCM。調(diào)整管極限參數(shù)的確定，必須考慮到輸入電壓UI由于電網(wǎng)電壓波動(dòng)而產(chǎn)生的變化，以及輸出電壓的調(diào)節(jié)和負(fù)載電流的變化所產(chǎn)生的影響。由圖可知，調(diào)整管的發(fā)射極

5、電流IE等于采樣電阻R1中電流和負(fù)載電流IL之和，即IE=IR1+IL，調(diào)整管的管壓降UCE等于輸入電壓UI與輸出電壓UO之差，即UCE=UI-UO。顯然，當(dāng)負(fù)載電流最大時(shí)，流過調(diào)整管發(fā)射極的電流最大，即IEmax=IR1+Ilmax。通常，R1電阻上電流可以忽略，且IEmaxICmax，所以調(diào)整管集電極最大電流為： ICmaxIEmax（2）當(dāng)電網(wǎng)電壓最高，即輸入電壓最高同時(shí)輸出電壓最低時(shí)，調(diào)整管承受的管壓降最大，即 UCEmax=UImax-UOmin（3）當(dāng)晶體管的集電極電流最大，且調(diào)整管承受的管壓降最大時(shí)，調(diào)整管的功率最大，即 Pcmax= ICmax UCEmax（4）由以上幾式即可

6、確定調(diào)整管的極限參數(shù)。實(shí)際選用時(shí)，還要考慮留一定的余量。（5）電路設(shè)計(jì)的參數(shù)計(jì)算：圖中輸出電壓關(guān)系為： UoMax=12V Uomin=6V UR=0.7+0.5×600mA=1V UImin=Uomax+UCEmin+UR =12+1.5+1=14.5V取UI=17V UImin=17×1-10%=15.3V UImax=17×1+10%=18.7VR2=0.7(V)600(mA)=1.167 取1.2 R3=Uzmin-UBE11.3(mA)=44 取43 R1=UImin-Uomax-UBE-UR(500750+1)mA=15.3-12-1.4-11.67=

7、539 取560放大倍數(shù)為6倍，取R4=1.8k R5=430采樣電阻取值：要滿足最大采樣電壓不超過2.4V避免燒壞單片機(jī)ADC0口所以取值：R6=5.6k R7=1Kf=12RC=50Hz 額定電流下（500mA）負(fù)載是R=12（V)500mA=24C=133F 取100F具體電阻視實(shí)驗(yàn)室提供的大小進(jìn)行調(diào)整！四、穩(wěn)壓電源主要性能指標(biāo)直流電源的技術(shù)指標(biāo)分為兩種：一種是特性指標(biāo)，包括允許輸入電壓、輸出電壓、輸出電流及輸出電壓調(diào)節(jié)范圍等；另一種是質(zhì)量指標(biāo)，用來衡量輸出直流電壓的穩(wěn)定程度，包括穩(wěn)壓系數(shù)（或電壓調(diào)整率）、輸出電阻（或電流調(diào)整率）、紋波電壓及溫度系數(shù)等。穩(wěn)壓電源主要性能指標(biāo)測(cè)試。1、輸出

8、電壓范圍在額定負(fù)載情況下，穩(wěn)壓電源輸出電壓可調(diào)范圍。2、輸出最大電流最大輸出電流是指穩(wěn)壓電源正常工作的情況下能輸出的最大電流，用Iomax表示。一般情況下的工作電流IoIomax，穩(wěn)壓電路內(nèi)部應(yīng)有保護(hù)電路，以防止IoIomax或者輸出端與地短路時(shí)損壞穩(wěn)壓器。圖5穩(wěn)壓電源性能指標(biāo)測(cè)試電路3、紋波電壓疊加在輸出電壓上的交流電壓分量。用示波器觀測(cè)其峰峰值一般為毫伏量級(jí)。也可用交流毫伏表測(cè)量其有效值，但因紋波不是正弦波，所以有一定的誤差，一般直流電源的紋波電壓VP-P10mV。4、電壓調(diào)整率當(dāng)輸出電流和環(huán)境溫度保持不變時(shí)，只考慮由于輸入電壓改變DUi 所引起輸出電壓的變化量DUo與輸出電壓Uo的百分比

9、，即（5）5、電流調(diào)整率當(dāng)輸入電壓和環(huán)境溫度保持不變時(shí)，改變輸出電流所引起輸出電壓的變化量DUo與輸出電壓Uo的百分比，即（6）該參數(shù)用于考核器件對(duì)應(yīng)于負(fù)載變化而維持輸出電壓不變的能力。6、輸出最大電流最大輸出電流是指穩(wěn)壓電源正常工作的情況下能輸出的最大電流，用Iomax表示。一般情況下的工作電流IoIomax，穩(wěn)壓電路內(nèi)部應(yīng)有保護(hù)電路，以防止IoIomax或者輸出端與地短路時(shí)損壞穩(wěn)壓器。 圖15 穩(wěn)壓電源性能指標(biāo)測(cè)試電路測(cè)試數(shù)據(jù)：輸入9V下降5%，即8.55V時(shí)，最大輸出電流為594mA；輸入12V下降5%，即11.4V時(shí)，最大輸出電流為598mA；所以有上述數(shù)據(jù)得到：最大輸出電流小于600

10、mA。7、紋波電壓疊加在輸出電壓上的交流電壓分量。用示波器觀測(cè)其峰峰值一般為毫伏量級(jí)。也可用交流毫伏表測(cè)量其有效值，但因紋波不是正弦波，所以有一定的誤差，一般直流電源的紋波電壓。測(cè)試數(shù)據(jù)：輸入6.0V，輸出電流501mA時(shí)，示波器的波動(dòng)電壓為Vp-p=8mV小于實(shí)驗(yàn)要求（10mV），所以達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求。五 過流保護(hù)電路(硬件保護(hù)） 為了使電路安全工作，一般需要加入過流保護(hù)電路。當(dāng)調(diào)整管輸出電壓不變時(shí)，負(fù)載電阻RL變小輸出電流就變大，極限情形負(fù)載電阻短路。輸出電流變大，圖6中的電阻R上壓降增大，使得Q2的ICE電流增大，從而流向調(diào)整管基極電流變少，從而限制了輸出電流的增大。極限情形當(dāng)UR超過VBE

11、時(shí)，三極管Q2飽和導(dǎo)通，調(diào)整管無電流輸出。 圖6 過流保護(hù)電路圖相關(guān)計(jì)算如下：（14）根據(jù)實(shí)驗(yàn)室已有電阻，取R=1.2六、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)測(cè)量與記錄相對(duì)誤差=|設(shè)定電壓-實(shí)測(cè)電壓|/實(shí)測(cè)電壓當(dāng)輸入電壓為17V時(shí)的測(cè)量數(shù)據(jù)：最大輸出電流（mA）設(shè)定電壓（V）數(shù)碼管顯示電壓（V）高精度萬(wàn)用表測(cè)量電壓（V）相對(duì)誤差（設(shè)定電壓與實(shí)測(cè)電壓的誤差）5046.006.075.911.52%5026.106.156.060.66%5076.206.226.150.81%4976.306.286.260.64%5036.406.456.410.16%5066.506.536.490.15%5027.006.976.98

12、0.28%4998.508.448.591.05%5019.008.989.090.99%50410.5010.5610.681.69%50311.0011.0511.080.72%50112.0012.0211.881.01%小結(jié)：由表中數(shù)據(jù)可知在誤差允許范圍內(nèi)系統(tǒng)基本達(dá)到設(shè)計(jì)要求。而且單片機(jī)測(cè)量值與使用高精度電壓表的實(shí)測(cè)值很逼近。系統(tǒng)設(shè)計(jì)達(dá)標(biāo)。當(dāng)輸入電壓為15.3V時(shí)的測(cè)量數(shù)據(jù)最大輸出電流（mA）設(shè)定電壓（V數(shù)碼管顯示高精度萬(wàn)用表測(cè)量電壓（V相對(duì)誤差（）電壓（V）設(shè)定電壓與實(shí)測(cè)電壓的誤差）4956.006.146.010.17%5059.008.969.272.91%50012.0011.

13、9012.806.25%當(dāng)輸入電壓為18.7V時(shí)的測(cè)量數(shù)據(jù)最大輸出電流（mA）設(shè)定電壓（V）數(shù)碼管顯示電壓（V）高精度萬(wàn)用表測(cè)量電壓（V）相對(duì)誤差（設(shè)定電壓與實(shí)測(cè)電壓的誤差）5046.006.276.132.12%5039.009.069.454.76%49712.0012.3613.209.09%空載時(shí)測(cè)量數(shù)據(jù)：負(fù)載斷開時(shí)（即輸出電流0 mA）設(shè)定電壓（V）數(shù)碼管顯示電壓（V）高精度萬(wàn)用表測(cè)量電壓（V）相對(duì)誤差（設(shè)定電壓與實(shí)測(cè)電壓的誤差）0 mA6.005.296.416.39%0 mA9.007.879.373.95%0 mA12.0011.6013.7012.4%滿載時(shí)測(cè)量數(shù)據(jù)：輸出電流

14、為額定電流時(shí)（500 mA）設(shè)定電壓（V）數(shù)碼管顯示電壓（V）高精度萬(wàn)用表測(cè)量電壓（V）相對(duì)誤差（設(shè)定電壓與實(shí)測(cè)電壓的誤差）5046.006.075.911.52%4999.008.989.090.99%50312.0012.0211.881.01%過流保護(hù)時(shí)測(cè)量數(shù)據(jù)：設(shè)定電壓（V）額定電流（mA）額定電流500mA下 測(cè)得的電壓(V)過流時(shí)電壓（V）過流電流（mA）6.005036.066.06(1-5%)=5.755909.004978.878.87(1-5%)=8.4359412.0050211.9711.97(1-5%)=11.37598小結(jié)：由以上幾個(gè)表格的數(shù)據(jù)可看出，本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)基本

15、合理能夠達(dá)到設(shè)計(jì)要求。七、元器件（設(shè)計(jì)過程用分立元件實(shí)現(xiàn)）三極管： 9013 3個(gè)，BD681 1個(gè)，導(dǎo)線、電阻若干。八、實(shí)驗(yàn)總結(jié)：由上述原理分析知本項(xiàng)目設(shè)計(jì)制作一個(gè)輸出電壓范圍（612V）可調(diào)節(jié)和輸出電流范圍（0500mA）可調(diào)節(jié)的數(shù)控直流穩(wěn)壓電源。由信號(hào)源提供一個(gè)直流電源設(shè)計(jì)制作一個(gè)串聯(lián)型線性數(shù)控穩(wěn)壓電路，主要包括基準(zhǔn)電壓電路，調(diào)整管，比較放大，取樣電路四個(gè)單元模塊組成?；鶞?zhǔn)電壓由單片機(jī)鍵盤數(shù)控輸入提供，此基準(zhǔn)電壓通過單片機(jī)的A/D轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)。調(diào)整管采用9013三級(jí)管進(jìn)行過流保護(hù)，比較放大器采用了由兩個(gè)9013三極管構(gòu)成的差動(dòng)放大電路，與取樣電壓進(jìn)行比較放大，輸出電壓通過調(diào)整管得到穩(wěn)定，并通

16、過單片機(jī)的D/A轉(zhuǎn)換將采樣電壓，采樣電流轉(zhuǎn)換成輸出電壓電流并用數(shù)碼管顯示出來。本項(xiàng)目制作的數(shù)控直流穩(wěn)壓電源達(dá)到了本實(shí)驗(yàn)的要求，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、調(diào)節(jié)方便（采用單片機(jī)鍵盤數(shù)字輸入控制）、輸出電壓穩(wěn)定性強(qiáng)（電壓調(diào)整率與電流調(diào)整率<1%）、紋波電壓小(Vp-p=8mV)、有過流保護(hù)（IOmax<600mA）等優(yōu)點(diǎn)。附錄：?jiǎn)纹瑱C(jī)代碼# include<ZLG7289.h>bit model=0; /定義model，0為輸入數(shù)據(jù)，1為顯示電壓電流bit flag1=0; /定義標(biāo)志位作為INT7中斷標(biāo)志char data_10=0,data_1=0,data_01=0,date=0;

17、 /定義data表示輸入三個(gè)數(shù)據(jù)的十位，個(gè)位和十分位unsigned int DA_code=0,mun=0; /DA轉(zhuǎn)化的數(shù)字量int voltage=0,current=0; /定義voltage、current表示測(cè)定的電壓、電流值int ms=0; /定義ms為T0計(jì)時(shí)單位，每過10ms，ms加1/時(shí)鐘初始化,外部時(shí)鐘12Mvoid SYSCLK_Init(void)int i; OSCXCN=0x77; /外部時(shí)鐘選擇12Mfor(i=0;i<256;i+);while(!(OSCXCN &0x80) /等待晶體震蕩穩(wěn)定; OSCICN=0x08; /切換到外部時(shí)鐘/I

18、O端口初始化void PORT_Init(void)XBR2=0x40; /使能交叉開關(guān)P3MDOUT=0xff; /將P3設(shè)置為推挽輸出/DAC初始化void DAC1_Init()REF0CN=0x03; /內(nèi)部偏壓發(fā)生器工作DAC1CN=0x80; /使能DAC1,更新發(fā)生在在寫 DAC1H 時(shí)。/ADC0初始化void ADC0_Init()ADC0CN=0x80; /使能ADC0，向 AD0BUSY 寫 1 啟動(dòng) ADC0 轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)化結(jié)果右對(duì)齊REF0CN=0x03; /設(shè)置基準(zhǔn)電壓為內(nèi)部偏壓AMX0SL=0x00; /通道選擇,通道0，初始化為電壓傳感器ADC0CF=0x28; /

19、ADC0SC=5,ADC0的轉(zhuǎn)化時(shí)鐘為2M，PGA增益為1/外部中斷7初始化void INT7_Init()EIE2=0x20; /使能外部中斷7EIP2=0x20; /設(shè)置外部中斷7為高優(yōu)先級(jí)/定時(shí)器T0初始化void T0_Init()CKCON=0x00; /定時(shí)器時(shí)鐘選擇，用系統(tǒng)時(shí)鐘12分頻TMOD=0x01; /定時(shí)器方式設(shè)置為方式0TH0=(65536-10000)/256; /為T0裝初值TL0=(65536-10000)%256; /TR0=1; /開啟T0ET0=1; /允許T0中斷/數(shù)碼管顯示void Display()int i;if(model=0) /model=0顯

20、示設(shè)定電壓值ZLG7289_Download(1,0,0,data_10);ZLG7289_Download(1,1,1,data_1);ZLG7289_Download(1,2,0,data_01);/ ZLG7289_Hide(0x07);else /model=1，顯示電流電壓值，03管顯示電流，47管顯示電壓ZLG7289_Download(1,0,0,current/1000);ZLG7289_Download(1,1,0,(current%1000)/100);ZLG7289_Download(1,2,0,(current%1000%100)/10);ZLG7289_Downloa

21、d(1,3,0,current%1000%100%10);ZLG7289_Download(1,4,0,voltage/1000);ZLG7289_Download(1,5,0,(voltage%1000)/100);ZLG7289_Download(1,6,1,(voltage%1000%100)/10);ZLG7289_Download(1,7,0,voltage%1000%100%10);/處理讀按鍵值并更新DAC輸出void Read()char key_data;key_data=ZLG7289_Key(); /讀鍵值switch(key_data)case 0:model=!mod

22、el;break;case 1:if(data_10=1) data_10=0; else data_10+; break;case 2:if(data_10=0)if(data_1=9) data_1=0; else data_1+; else if(data_1=2) data_1=0; else data_1+; break;case 3:if(data_01=9) data_01=0; else data_01+; break;/case 5:data_10=(data_10-1)%10;break;/ case 6:data_1=(data_1-1)%10;break;/case 1

23、1:data_01=(data_01-1)%10;break;default: break;if(data_10>1)data_10=1;data_1=2;if(data_10=1&&data_1>2)data_10=1;data_1=2;/*if(data_10=0&&data_1<6)data_10=0;data_1=6; */date=data_10*100+data_1*10+data_01;Display();DA_code=(4096*(data_10*10+data_1+data_01*0.1)/14.526;DAC1L=DA_c

24、ode%256;DAC1H=DA_code/256; /向DAC1H寫數(shù)據(jù)，DA更新輸出/ 調(diào)整輸出void Adjust()if(voltage>date)/當(dāng)輸出電壓大于設(shè)定值時(shí)，減小輸出DA數(shù)字量值if(DA_code>0)DA_code-;DAC1L=DA_code%256;DAC1H=DA_code/256; /向DAC1H寫數(shù)據(jù)，DA更新輸出else if(voltage<date)/當(dāng)輸出電壓小于設(shè)定值時(shí)，增大輸出DA數(shù)字量值if(DA_code<4095)DA_code+;DAC1L=DA_code%256;DAC1H=DA_code/256; /向DAC1H寫數(shù)據(jù)，DA更新輸出void main()WDTCN=0XDE; WDTCN=0XAD; /關(guān)閉看門狗EA=1; /開啟中斷開關(guān)SYSCLK_Init(); /系統(tǒng)時(shí)鐘初始化ZLG7289_Init(60); /ZLG芯片初始化PORT_Init(); /端口初始化ADC0_Init(); /AD