可調(diào)式直流穩(wěn)壓電源設(shè)計

周翔 朱潤貴 李亞峰

摘要：目前，對于電源技術(shù)而言，特別是電子電源技術(shù)，其是一門注重實踐性的技術(shù)，很好的服務(wù)與各個行業(yè)之中。電子穩(wěn)壓電源和先前較為傳統(tǒng)的穩(wěn)壓電源電路來進行對比分析，主要優(yōu)勢表現(xiàn)在電壓穩(wěn)定度高、操作方便之上。如今，電子式直流穩(wěn)壓電源則是電子技術(shù)之中最為常用的設(shè)備之一，大范圍的運用在我們的日常生活、工作、科學研究以及其它各個領(lǐng)域之中。鑒于此，本文主要分析可調(diào)式直流穩(wěn)壓電源設(shè)計。

關(guān)鍵詞：可調(diào)式；直流穩(wěn)壓電源；設(shè)計

中圖分類號：TP216 文獻標識碼：A

1、概述

直流穩(wěn)壓電源是電子實驗員、電子工程師、科研院所工作人員進行研究、設(shè)計及開發(fā)電路必不可少的電子儀器，而傳統(tǒng)的直流穩(wěn)壓電源缺點較多，如：體積較大、功能簡單、易受干擾、不易于控制、輸出信號精準度較低等。因此傳統(tǒng)的直流穩(wěn)壓電源已經(jīng)不能滿足當前需要，而基于單片機的數(shù)控直流穩(wěn)壓電源具有結(jié)構(gòu)簡單、操作簡便、電壓穩(wěn)定度高，且輸出電壓信號采用數(shù)字顯示，具有直觀易讀等優(yōu)點，可以很好地解決傳統(tǒng)直流穩(wěn)壓電源存在的不足。

2、方案設(shè)計

2.1、設(shè)計思路

直流穩(wěn)壓電源一般由電源變壓器，整流電路，濾波電路，穩(wěn)壓電路等組成，設(shè)計直流電源完成以下工作：

（1）設(shè)計變壓器電路：選擇合適的電源變壓器以將電壓降至所需的交流電壓。（2）設(shè)計整流濾波電路：交流后的降壓電壓，通過整流電路整流成單向脈動直流電壓。直流脈沖電壓通過濾波電路進入平穩(wěn)，脈動的小直流電壓，即去除交流組件，保留直流組件。濾波電路通常由電阻電容組成，用于消除脈動直流電壓中的大部分紋波，獲得更平滑的直流電壓。（3）設(shè)計穩(wěn)壓器電路：穩(wěn)壓器的作用是在外部因素（電網(wǎng)電壓，負載，環(huán)境溫度）變化時，能夠輸出不受影響并保持穩(wěn)定的直流電壓。

2.2、穩(wěn)壓方案的選擇

（1）穩(wěn)壓方案：使用晶體管串聯(lián)式直流穩(wěn)壓電路。交流電壓經(jīng)整流濾波后，得到平滑的直流電壓，并作為穩(wěn)壓電路的輸入電源。同時采用了比較放大電路，它的核心是取樣調(diào)整，輸出電壓的穩(wěn)定是晶體管的壓降相應(yīng)改變，使輸出電壓保持穩(wěn)定。（2）穩(wěn)壓方案：采用穩(wěn)壓專用集成電路。一般采用輸出電壓可調(diào)且內(nèi)部有過載保護的三端集成模塊，其輸出電壓調(diào)整范圍寬。分析：方案一簡易可用，但調(diào)壓范圍大時，穩(wěn)壓精度要差一些。方案二利用穩(wěn)壓專用集成電路模塊，具有精度高，操作方便，性能可靠，適用于要求較高的場合。故采用第二種設(shè)計方案。

3、可調(diào)式直流穩(wěn)壓電源設(shè)計

3.1、硬件電路的設(shè)計

根據(jù)設(shè)計要求，利用模塊數(shù)量的組合，數(shù)字化高壓直流電源的設(shè)計是通過智能控制方案完成的。系統(tǒng)可分為數(shù)字和模擬兩部分，數(shù)字部分發(fā)揮單片機的智能控制功能，并結(jié)合顯示模塊，按鍵控制模塊，AD轉(zhuǎn)換模塊和數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊完成智能控制系統(tǒng)，實現(xiàn)電源輸出電壓的自動控制，實時測量電壓和顯示。仿真部分包括波形發(fā)生電路，雙電壓整流電路，采樣電路，控制電路和外圍元件。系統(tǒng)控制采用單片機，單片機集成軟件編程完成LED顯示，DA轉(zhuǎn)換，廣告轉(zhuǎn)換，鍵盤控制，實時電壓測量等。單片機采用Atmal公司的AT89C52芯片，軟件編程應(yīng)用匯編語言，方案原理和系統(tǒng)框圖如圖1所示。

（1）振蕩電路

振蕩電路的原理圖如圖2所示，電路使用555定時器連接的諧波振蕩器產(chǎn)生一定大小的方波信號。從圖中可以看出：R2，R3，C2振蕩電路的定時元件，調(diào)節(jié)它們可以得到不同的振蕩頻率；C1的作用是防止干擾電壓對電路的影響。

（2）隔離與驅(qū)動電路的設(shè)計

由于高壓電源電路開關(guān)管和升壓變壓器工作在振蕩狀態(tài)，因此電路會產(chǎn)生大量高頻高次諧波，以防止這些有害干擾影響振蕩電路和工作的單片機，必須采用嚴格的隔離和過濾。隔離有很多方法，主要有兩個作用，一個是變壓器隔離，一個是光電隔離。結(jié)合本系統(tǒng)，前者的優(yōu)點是可以作為開關(guān)的前級推動變壓器，從而使開關(guān)管獲得足夠的功率進行驅(qū)動，這可以減少開關(guān)管的損耗。

（3）開關(guān)升壓電路的設(shè)計

主要考慮的是兩點，一個是開關(guān)頻率，第二個是開關(guān)管參數(shù)的選擇。開關(guān)管的選擇直接影響整個電路的工作。開關(guān)管的選擇與集電極的最大允許電流，集電極的最大耗散功率PCM和晶體管的最大反向電壓有關(guān)。轉(zhuǎn)換器振蕩頻率F，一般在幾十Hz赫茲的范圍內(nèi)可用。結(jié)合本電路，作為室內(nèi)使用電源的設(shè)備，綜合考慮了變頻器的優(yōu)缺點，考慮到變壓器繞組的困難（初期生產(chǎn)，經(jīng)驗不足），決定選擇約10000HZ。

（4）倍壓整流電路的設(shè)計

該雙電壓整流電路適用于高電壓，低電流輸出的小功率整流器。雙電壓整流器具有半波整流電壓和全波整流電壓。這個電路設(shè)計要求的根源。

3.2、軟件設(shè)計

程序設(shè)計主要包括鍵盤處理程序模塊，AD轉(zhuǎn)換編程模塊，DA轉(zhuǎn)換編程模塊，錯誤處理程序設(shè)計模塊，報警狀態(tài)輸出模塊等。

在編制程序的前期準備；定義各引腳， 定義需要多處用到的全局變量，其中包括一些常用宏定義。當程序運行時，首先進行LCD的上電初始化。初始功能設(shè)置為雙行顯示，八位數(shù)據(jù)接口。開始顯示，關(guān)閉光標和閃爍控制，初次顯示為兩行，表示體統(tǒng)啟動進入等待階段。之后進行延時操作（2μs），進行清除操作。顯示設(shè)定的固定內(nèi)容電壓和電流，以及對應(yīng)的單位，該階段無具體數(shù)值。打開定時器，設(shè)置中斷，將TLC1543的通道地址和數(shù)量分別存放在R4、R3寄存器中；R1、R2寄存器存放A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果。之后進入循環(huán)，在循環(huán)會有一個延時操作中（時間在1μs）。讀取1543中0號通道以及2號通道的值，進行數(shù)值的運算，再將運算結(jié)果顯示在液晶屏上。程序中會進行多次循環(huán)實時顯示所測試的電壓電流值。

總之，不同類型的探測器需要不同的電源電壓。例如，閃爍探測器光電倍增管的電源一般在幾百伏到1500伏的范圍內(nèi)。比例計數(shù)器GM計數(shù)管需要1500伏以上的高壓，所以為了使儀器多用途，高壓電源輸出電壓應(yīng)能夠在相當大的范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)，經(jīng)過系統(tǒng)高壓連續(xù)調(diào)節(jié)范圍300？3000伏，達到設(shè)計要求。由此可見，本文的研究也就顯得十分的有意義。

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