数字直流稳压电源的研究正文

摘要

本文主要论述了基于AVR芯片ATmega 16的高精度数控直流稳压电源的设计原理及实现方法。该稳压电源以开关直流稳压电源为基础电路，把开关直流稳压电源的高效率性和AVR系统的高精度数据采集能力和高速数据处理能力相结合，运用适当的控制算法对电压源进行稳压和调整，实现电压源的微步进，输出精度高并具有系统自保护、智能风扇控制方案和网络化仪器等功能。

文章介绍了系统的总体设计方案，详细阐述了基于AVR芯片ATmega 16的高精度数控直流稳压电源的系统结构，介绍了系统的硬件和软件设计。

文章最后进行了总结。

关键词: 数控直流稳压电源 AVR 数据采集 PID控制算法

Abstract

This paper narrates the design theory and realization of high-precision programmable digital power supply based on the AVR ATmega 16. Based on the switch direct current supply circuit, combining the high-efficiency with the high-precision data collection ability and high speed data process ability of AVR system, this paper takes on proper control arithmetic to stabilize and adjust the power supply and realize the mini-step increasing and high precision outputting. Further more, the power supply has the self-protect ability, artificial fan control scheme and network instrument ability, artificial fan control scheme and network instrument ability, etc.

The paper introduces the collectivity design scheme, explicitly expatiates the construction of high-efficiency direct current power supply basing on the AVR ATmega 16. And the paper presents the design of the hardware and the software of the system.

In the end, I summarized the paper. I introduced the main tasks that I solved and the shortage of the design.

Keyword: Programmable power supply AVR Data collection PID arithmetic

目录

第1章概述................................................... - 1 -1.1 课题的研究背景............................................ - 1 -1.2 稳压电源的分类............................................ - 1 -1.3 直流稳压电源的发展........................................ - 2 -

1.3.1 国内发展现状.......................................... - 2 -

1.3.2 直流稳压电源的发展方向................................ - 3 -1.4 数字开关电源的优势........................................ - 5 -1.5 课题需要解决的主要内容及本文的总体结构.................... - 8 -第2章原理分析................................................. - 9 -

2.1 开关电源的基本组成........................................ - 9 -

2.1.1 开关电源的基本工作原理................................ - 9 -2.2 开关电源的模拟控制方法................................... - 11 -

2.2.1 PWM控制的工作原理................................... - 12 -

2.2.2 脉冲宽度调制具体过程................................. - 14 -

2.2.3 脉冲宽度调制的优点................................... - 15 -2.3 开关电源的控制算法....................................... - 15 -

2.3.1 PID控制算法.......................................... - 16 -第3章电源系统硬件设计........................................ - 20 -3.1 系统硬件总体结构......................................... - 20 -3.2 AVR控制电路设计.......................................... - 21 -

3.2.1 ATmega16芯片简介..................................... - 21 -

3.2.2 AVR控制电路介绍...................................... - 24 -3.3 D/A转换电路设计.......................................... - 26 -

3.3.1 TLC5618芯片简介...................................... - 26 -

3.3.2 DA转换电路介绍....................................... - 28 -

3.4 测温模块................................................. - 30 -

3.4.1 温度传感器LM35简介.................................. - 30 -

3.4.2 温度测量模块介绍..................................... - 32 -3.5 LCD显示电路.............................................. - 32 -

3.5.1 LCD1602简介.......................................... - 32 -3.6 RS232通信接口设计........................................ - 34 -第4章电源系统软件设计........................................ - 36 -

4.1 系统软件总体结构......................................... - 36 -4.2 开机程序设计............................................. - 38 -4.3 步进加按键程序设计....................................... - 39 -4.4 步进减按键程序设计....................................... - 40 -4.5 切换步长程序设计......................................... - 40 -4.6 校准程序设计............................................. - 42 -总结.......................................................... - 43 -致谢.......................................................... - 44 -参考文献........................................................ - 45 -附录1：直流数字稳压电源系统原理图 .............................. - 47 -

第1章概述

1.1 课题的研究背景

随着当今社会的飞速发展，电子系统的应用越来越广泛，种类也越来越丰富。电子设备己成为人们日常工作和生活中必不可少的一部分。作为电子设备的心脏，电源系统给电子设备提供所需要的能量，起着至关重要的作用。电源系统良好的安全性和可靠性是电子设备正常运行的重要保障。同时，通信、航天、军事、汽车、计算机、办公和家用电器等行业的飞速发展，对电源系统也提出了越来越高的要求。传统的电源系统由于性能的限制，在一定程度上制约了其他行业的发展。

近年来，国内的各大电源厂商、研究机构、高等院校都投入了大量的人力物力，在新材料、拓扑结构、控制方法、加工工艺等方面进行了深入的研究，并取得了一系列的成果，但离实际应用还有一段距离。因此，对高性能电源系统的进一步研究具有重要的意义和广阔的前景。

1.2 稳压电源的分类

现代应用的稳压电源的种类比较多，分类方式也很多。

按稳定对象分有交流稳压电源和直流稳压电源。是交流还是直流要看稳压电源的输出电压是交流还是直流。

按稳定方式分，有参数稳压电源和反馈调整稳压电源。参数稳压电源电路简单，利用元件的非线性实现稳压，结构也简单。比如，用一只电阻和一只硅稳压管就能构成参数稳压电源。反馈调整型稳压电源是一个负反馈闭环自动调整统，它根据稳

压电源的输出电压的变化量，经过取样、比较放大、再反馈给控制调整元件，使输出电压得到补偿而趋于原值，从而达到稳定。此电路较复杂，但稳定度高。

按稳压电源的调整元件与负载的联接方式来分类，可以分为并联稳压电源和串联稳压电源两种。调整元件与负载并联的叫并联稳压电源或分流稳压电源，它通过改变调整管元件流过的电流的多少来适应输入电网电压的变化及负载电流的变化，以保持输出电压的稳定。这种稳压电源效率较低，只有某些专用场合才适用。调整元件与负载串联的稳压电源叫做串联稳压电源。在这种稳压电源中，调整元件串联在输入端和输出端之间，输出电压就依靠调整元件改变自身的等效电阻来维持恒定按调整元件分，有辉光放电管稳压电源、稳压管稳压电源、电子管稳压电源、晶体管稳压电源、可控硅稳压电源等。

按调整元件的工作状态分，有线性稳压电源和开关稳压电源。所谓线性稳压，就是其调整管工作在线性放大区。这种稳压电源的主要优点是调压范围宽、稳定度高，但变换效率低;开关稳压电源的调整管工作在开关状态，主要的优越性是变换效率高，可达70%-95%。

根据需要，还可以有其他分类方法，例如集成电极输出型、发射极输出型；高压、低压；通用、专用等。

1.3 直流稳压电源的发展

1.3.1 国内发展现状

在我国，以电力电子学为核心技术的电源产业，从二十世纪60年代中期开始形成，到了90年代以来，电源产业进入快速发展时期。一方面，电源产业规模的发展在加快;另一方面，在国家自然科学基金的资助和创新意识指导下，我国电力电子技术的研究从吸收消化和一般跟踪发展到前沿跟踪和基础创新，电源产业界涌现了一些技术难度较大，具有国际先进水平的产品，而且还产生了一大批具有代表性的研究成果和产品。目前国内还开展了跟踪国际多方面前沿性课题的研究或基础创新研究。但是我国电源产业与发达国家相比，存在着很大的差距和不足:在电源产品的质量、可靠性、开发投入、生产规模、工艺水平、先进检测设备、智能化、

网络化、持续创新能力等方面的差距为10-15年，尤其在实现直流稳压电源的智能化、网络化方面的研究不是很多。目前国内在这两方面研究比较多的是成都电子科技大学和广州华南理工大学，主要是利用单片机和可编程系统器件(PSD)来控制开关直流稳压电源或数制化电压单元达到数控的目的，但和国外的比较起来，效果不是很理想，还有很大的差距。目前，全国的电源及其配件的生产销售企业有4000家以上，产值有300-400亿元，但国内企业(著名的如北京大华、江苏绿扬等)销售的数控直流稳压电源大多是代理日本和台湾的产品，国内厂家生产的直流稳压电源虽然也在向数字化方向发展，但多限于对输出显示实现数码显示，或实现多组数值预置。总体说来，国内直流稳压电源技术在实现智能化等方面相对落后，面对激烈的国际竞争，是个严重的挑战。

1.3.2 直流稳压电源的发展方向

1.智能化

目前在研制高精度、高性能、多功能的测量控制仪表时，几乎没有不考虑采用微处理器的。以微处理器为主体取代传统仪器仪表的常规电子线路，将计算机技术与测量控制技术结合在一起，组成新一代的所谓“智能化测量控制仪表”。智能仪器解决了许多传统仪表不能或不易解决的难题，同时还能简化系统电路，提高系统的可靠性，加快产品的开发速度。直流稳压电源一方面为仪器仪表提供电能量，是仪器仪表的“动力源”，另一面它本身就是仪器仪表，因此，它有可能而且应当智能化。具体地说，智能化的直流稳压电源应当具有以下功能特点:

（1）操作自动化。系统的整个测量过程如键盘扫描、量程选择、开关启动闭合、数据的采集、传输与处理以及显示打印等都用微控制器来控制操作，实现测量过程的全部自动化。

（2）具有自检测功能，包括自动调零、自动故障检测与状态检验、自动校准、自诊断及量程自动转换等。系统能自动检测出故障的部位甚至故障的原因。这种自测试可以在系统启动时运行，同时也可在系统工作中运行，极大地方便了系统的维护。

（3）具有友好的人机对话能力。智能化的直流稳压电源使用键盘代替传统直

流稳压电源中的切换开关，操作人员只需通过键盘输入命令，就能实现某种测量功能。与此同时，智能直流稳压电源还通过显示屏将仪器的运行情况、工作状态以及测量数据的处理结果及时告诉操作人员，使系统的操作更加方便直观。

（4）网络管理能力。随着互联网技术应用日益普及和信息处理技术的不断发展，直流稳压电源通过RS232接口实现与上位PC机通信，从而使网络技术人员可以随时监视电源设备运行状态、各项技术参数;网络技术人员可通过网络定时开关电源，实现远程开关机等功能。

2.数字化

在传统直流稳压电源中，控制部分是按模拟信号来设计和工作的。在六、七十年代，电力电子技术完全是建立在模拟电路基础上的。但是，现在数字式信号、数字电路显得越来越重要，数字信号处理技术日趋完善成熟，显示出越来越多的优点:便于计算机处理控制、避免模拟信号的畸变失真、减小杂散信号的干扰(提高抗干扰能力)、便于软件包调试和遥感遥测遥调，也便于自诊断、容错等技术的植入。所以，在八、九十年代，对于各类电路和系统的设计来说，模拟技术还是有用的，特别是:诸如印制版的布图、电磁兼容(EMC)问题以及功率因数修正(PFC)等问题的解决，离不开模拟技术的知识，但是对于智能化的直流稳压电源，需要用计算机控制时，数字化技术就离不开了。

3.模块化

电源的模块化有两方面的含义，其一是指功率器件的模块化;其二是指电源单元的模块化。我们常见的器件模块含有一单元、两单元、六单元直至七单元，包括开关器件和与之反并联的续流二极管，实质上都属于“标准”功率模块(SPM)。近年，有些公司把开关器件的驱动保护电路也装到功率模块中去，构成了“智能化”功率模块(IPM)，不但缩小了整机的体积，更方便了整机的设计制造。实际上，由于频率的不断提高，致使引线寄生电感、寄生电容的影响愈加严重，对器件造成更大的电应力(表现为过电压、过电流毛刺)。为了提高系统的可靠性，有些制造商开发了“用户专用”功率模块(ASPM)，它把一台整机的几乎所有硬件都以芯片的形式安装到一个模块中，使元器件之间不再有传统的引线连接，这样的模块经过严格、合理的热、电、机械方面的设计，达到优化完美的境地。它类似于微电子中的用户专用集成电路(ASIC)。只要把控制软件写入该模块中的微处理器芯片，再把整个模

块固定在相应的散热器上，就构成一台新型的电源装置。由此可见，模块化的目的不仅在于使用方便，缩小整机体积，更重要的是取消传统连线，把寄生参数降到最小，从而把器件承受的电应力降至最低，提高系统的可靠性。另外，大功率的电源，由于器件容量的限制和增加冗余提高可靠性方面的考虑，一般采用多个独立的模块单元并联工作，采用均流技术，所有模块共同分担负载电流，一旦其中某个模块失效，其它模块再平均分担负载电流。这样，不但提高了功率容量，在有限的器件容量的情况下满足了大电流输出的要求，而且通过增加相对整个系统来说功率很小的冗余电源模块，极大的提高系统可靠性，即使万一出现单模块故障，也不会影响系统的正常工作，而且为修复提供充分的时间。

4.绿色化

电源系统的绿色化有两层含义:首先是显著节电，这意味着发电容量的节约，而发电是造成环境污染的重要原因，所以节电就可以减少对环境的污染;其次，这些电源不能(或少)对电网产生污染，国际电工委员会(IEC)对此制定了一系列标准，如IEC555, IEC917,IEC1000等。事实上，许多功率电子节电设备，往往会变成对电网的污染源:向电网注入严重的高次谐波电流，使电网电压祸合许多毛刺尖峰，甚至出现缺角和畸变。20世纪末，各种有源滤波器和有源补偿器的方案诞生，为21世纪批量生产各种绿色直流稳压电源产品奠定了基础。

1.4 数字开关电源的优势

传统的直流开关电源系统构成的各个环节都是由基于模拟元件的模拟电路组成。在开关电源发展的初期，模拟电源以其简单易用，有较高专用性，适合参数变更要求不多的应用场合，以及对于功率不大，精度要求不高的中小型开关电源应用领域。但是，模拟开关电源完全由模拟电路组成，具有模拟电路的无法避免的问题，尤其对于恶劣工作环境下，以及长时间工作情况，这些问题显得更为突出。

模拟电源主要有以下几方面问题：

模拟电源元器件数量较多，器件一致性差，硬件电路设计复杂，可靠性无法保证。随着电源工作时间增长，工作温度的上升，模拟电路无法克服温漂问题，基于运算放大器等单纯模拟电路的反馈环节，包括比较、放大等，对温度更为敏感，问

题严重时会导致电路无法工作。

模拟电源的工作参数随着其模拟电路设计的确定而定型，无法灵活修改，几乎不具有通用性。模拟电源在生产调试时复杂繁琐。

总而言之，模拟电路存在控制精度低、参数整定不方便、温度漂移严重、容易老化等缺点。以上这些问题成为模拟开关电源无法克服的瓶颈，限制其在精度上的进一提高。

电源数字化的基础是全控型功率器件和微控制器。目前，电力电子行业的发展迅速，开关频率越来越高的IGBT相继面世，使得电源向高频率、高精度发展。根据MOORE定律，芯片集成度每18个月集成度增加1倍。随着微电子的发展，速度越来越快、集成度越来越高的微控制器也成为现实。因此，在电源领域上已经开始了向数字电源发展的趋势，国外已经将微控制器或者DSP应用到中型、大型开关电源的数字控制模块。

目前我国电源领域数字化的步伐也开始加快，但是仍旧把微控制器作为系统的监控器使用。并未把微控制器在采样、运算、控制上的高速、高精度的潜力完全发挥出来。如果我们能够选择一块高精度的模数转换器作为模数接口，并将其与一块内部集成有PWM波输出的高速度、高集成度、高运算精度的微控制器连接，完全在数字领域进行数据分析、控制运算、控制输出开关量，就能实现开关电源的数字化，突破模拟开关电源在开关频率、控制精度的瓶颈。比如通过16位分辨率、满量程5V的模数转换器对反馈信号进行采样，可以将反馈信号进行量化，精度最高可达

5/216。如果我们选用32位字长的微控制器，速度达到几十个MIPS，可以进行高精、高速数字PID运算，最后通过微控制器片内集成的PWM波输出口输出占空比可调的PWM波，不仅减少了由数模转换器和三角波电路构成的模拟PWM波电路，还实现了数字PID控制参数的软件化，使得修改PID参数更加灵活。用数字化控制代替模拟控制，可以消除温度漂移等常规模拟调节器难以克服的缺点，有利于参数整定和变参数调节，便于通过程序软件的改变，方便的调整控制方案和实现多种新型控制策略，同时减少元器件的数目、简化硬件结构，从而提高系统的可靠性。此外，还可以实现运行数据的自动储存和故障自动诊断，有助于实现电力电子设备运行的智能化。

数字电源最简单的定义就是通过数字接口控制开关稳压器，可能包括通过IIC

或类似的数字总线控制输出电压、开关频率或多通道电源的排序。很多电源管理集成电路都可以这种方式工作：通过数字接口控制模拟开关稳压器。同时，提供控制功能以监视开关电源的状态，如输出电压、输出电流、输入电流、输入电压、工作温度等，ID标记、故障状态信息甚至时间标记事件等其他信息也可以存储在片上非易失性存储器中，并在将来某个时间报告这些信息。

高精度数字电源，不仅要求电源实现高精度稳定大功率电源输出，还要求电源具有良好的可操作性能。比如：实时显示电源工作参数、在非易失存储器里保存系统工作参数、可靠的自我保护功能以及良好的人机交互接口。需要同时完成若干个系统任务，包括：信号的采集并处理、复杂控制算法的实现、PWM波输出调整、数据记录以及数据的输出显示等复杂功能，这都是传统模拟电路无法完成的任务。

数字开关电源采用微控制器作为核心，完成采样、控制、算法、输出、显示等功能。数字开关电源的特点可以归纳如下：

算法控制智能化。通过嵌入式软件实现PID控制，参数修改更加灵活。通过软件实现采样信号数据处理以及复杂控制算法，使电源具有智能化特点。

电源工作参数通过软件更改并固化在非易失性存储器中，使电源具有参数更改灵活性。通过软件修改参数即可实现功能的升级。

高性能微控制器完全可以在实现复杂功能要求的同时，简化电源系统的硬件电路设计。由于采用了数字电路进行开关电源设计，突破了模拟电路的瓶颈，提高了系统的稳定性与可靠性。有利于知识产权的保护。

根据上面分析可以看出，由于数字电路的种种优点，数字开关电源已经广泛应用在计算机、通讯、工业、医疗等领域，成为国内外开关电源行业发展的必然趋势。

数字开关电源主要应用的技术有：

1.PWM技术

目前广泛采用的全控型器件和脉宽调制(PWM)方式，并且采用源侧功率因数校正(PFC)电路，使源侧电流正弦化，从而节约电能、减小对电网的干扰，克服了相控方式功率因数较低的缺点。

2.谐振变换技术

电力开关变换电路在高频化时需要着重解决的两大问题，一是实现开关基于单片机的宽范围连续可调直流高压稳压电源管的零电压和零电流开关条件，以尽可能

减小开关损耗，二是消除开关浪涌。于是出现了谐振开关变化技术、准谐振开关变换技术、多谐振变换技术、非线性谐振开关变化技术等谐振技术。并且谐振技术将继续发展下去。

1.5 课题需要解决的主要内容及本文的总体结构

本课题需要解决的主要问题是:

1.如何实现对电源的输出控制

系统设计的目的是要用微处理器来替代传统直流稳压电源中手动旋转电位器，实现输出电压的连续可调，精度要求高。实现的途径很多，可以用DAC的模拟输出控制电源的基准电压或分压电阻，或者用其它更有效的方法，因此如何选择简单有效的方法是本课题需要解决的首要问题。

2.数控直流稳压电源功能的完备

数控直流稳压电源要实现人性化的输出控制，同时要具备过温保护、数组存贮与预置、能与微机通信实现仪器网络化。另外，根据厂商要求电源还应该可以通过按键选择一些特殊的功能。如何有效的实现这些功能也是课题所需研究解决的问题。

论文的总体结构：

第1章简要介绍课题的背景，综述课题研究的目的、意义，国内外的研究现状，介绍本文的主要研究内容。

第2章首先介绍了开关电源的工作原理，然后分析了典型开关电源的控制方法与思路。最后对数字PID控制进行介绍。

第3章着重讲述了电源系统的硬件设计，详细介绍了微控制器ATmega16电路的设计、数模转换器TLC5618的设计、温度测试模块以及LCD显示电路的设计等内容。

第4章首先简要介绍了电源系统的软件设计思路。然后介绍了开机程序、按键处理程序、校准程序等子程序的设计。

第2章原理分析

2.1 开关电源的基本组成

一般地，开关电源大致由输入电路、功率变换电路、控制电路和输出电路四个部分组成。图2-1所示为开关电源电路的基本结构框图。它包括整流滤波电路、DC-DC变换器、开关占空比控制器及取样比较电路等模块。如图2-1所示。

图2-1 开关电源的基本结构框图

开关电源电路有其复杂的电路组成，但是主要的电路组成还是相对固定的，有输入滤波电路、供电电路、控制电路、电压反馈电路、电流检测电路、功率转换电路、误差放大电路和输出滤波电路等。

2.1.1 开关电源的基本工作原理

本节将介绍典型开关电源的基本工作原理。开关电源虽然种类很多，但是其基

本架构相同或者近似，其基本工作原理也相同或者相似，仅仅在具体电路实现上有简单复杂之分。图2-2、图2-3为直流降压开关电源典型原理图与输出电压波形。

E

B

O + -

图2-2 直流降压开关电源典型原理图

图2-3 直流降压开关电源输出电压波形

功率开关管IGBT在PWM波的驱动控制下周期性的通断，起到开关的作用。在IGBT接通时，输入电压E负责给电感L、负载

L

R提供能量，此时负载两端的直流

输出电压为

U。当IGBT关断后，电源停止向负载供电，而此时由开关电源中的储能元件、电感L通过二极管VD构成环路，对负载继续提供能量。

由图2-3中IGBT的栅极电压

GE

U波形可知，在t=0时刻驱动IGBT导通，电源E

向负载供电，输出电压

U＝E，输出电流0i按指数曲线上升。

当t=t1时刻，PWM波控制IGBT关断，输出电流经二极管VD续流，输出电压

U

近似为零，输出电流呈指数曲线下降。为了使输出电路连续且脉动小，通常串接L 值较大的电感。至一个周期T结束，再驱动IGBT导通，重复上一周期的过程。当电路工作于稳态时，输出电流在一个周期的初值和终值相等，如图2-3所示。输出

电压的平均值：

E

E T

T E T T T U on off

on on α=?=

?+=

0 （式2-1）

式中，on T 为IGBT 处于通态的时间；off T 为IGBT 处于断态的时间；T 为开关周期；T

T on =

α为占空比。由式2-1可知，输出到负载的电压平均值0U 最大为E ，若

减小占空比α，则0U 随之减小。

根据能量守恒原理可以推导出如下结论：若L 为无穷大，输出电流维持为0I 不变。电源在IGBT 导通时提供能量，为on t EI 0。而从整个周期来看，负载L R 一直在消耗能量，消耗的能量为T I R L 2

0。一个周期T 中，忽略电路对电能的损耗，则电源提供的能量与负载消耗的能量相等，即

o EI on

t =L R 2

o I

T （式2-2）

L

R E

I α=0 （式2-3）

由于假设电感L 为无穷大，且输出电流近似平直，现假设电源E 的电流平均值1I ，

1

I =T T on

o I =αo I

（式2-4）

E 1I =αE o I =o

U

o

I (式2-5)

输出功率等于输入功率，功率不变，因此该电路称DC-DC 降压斩波电路。

2.2 开关电源的模拟控制方法

开关电源为了实现高速响应，通常采用模拟电路对其进行控制。模拟控制有其固有的优点，诸如电路成熟、应用方便、实时性好等。所以在对开关电源要求性能 不是很高的情况下得到广泛的应用。开关电源的模拟控制方法已经使用了数十年，也形成了一系列的控制方式，大致有3种:脉冲宽度控制方式PWM,脉冲频率控制方式PFM 和PWM-PFM 混合控制方式。本节主要介绍脉冲宽度控制方式。

PWM控制是用固定时钟频率，通过调节开关管控制信号的占空比D实现对输出电压的调整。PWM技术在较宽的负载范围内都具有较高效率，此外因为频率恒定噪声频谱相对窄，利用简单的低通滤波技术便可得低纹波输出电压。因此PWM技术普遍应用于通信技术中。 PWM控制方式根据反馈采样的不同可分为:电压模式和电流模式。

2.2.1 PWM控制的工作原理

下面简单介绍PWM控制的工作原理。(A)图开关电源的主电路，拓扑为Buck电路，锯齿波信号的频率和幅值固定不变，将输出电压与参考电压

U通过运算放大

T

器进行比较、放大及反馈得到误差电压，然后由误差电压与锯齿波电压的比较结果产生PWM输出，并用来控制开关管

T的导通和截止。

r

图(B)中

T的导通时间是锯齿波电压发生器的复位点和正向锯齿波与误差电压

r

交点之间的时间。如果

U是误差电压与锯齿波相交点的电压，U是锯齿波电压的幅

ε

值，则占空比为D=

U/U，若输出电压比要求的电压低，则产生的误差电压大。由

ε

D=

U/U和图(B)可知，导通的脉宽加长，输出电压增加，从而达到稳定的目的。

ε

反之，当输出电压比要求的电压高，则产生的误差电压小，导通的脉宽变窄，导致输出电压降低，亦能达到稳定输出电压的目的。

如图2-4所示。

t

图2-4(A) PWM控制结构框图

PWM

通断Tr

t

图2-4（B PWM 控制波形图

2.2.2 脉冲宽度调制具体过程

脉冲宽度调制（PWM ）是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。通过高分辨率计数器的使用，方波的占空比被调制用来对一个具体模拟信号的电平进行编码。PWM 信号仍然是数字的，因为在给定的任何时刻，满幅值的直流供电要么完全有(ON)，要么完全无(OFF)。电压或电流源是以一种通(ON)或断(OFF)的重复脉冲序列被加到模拟负载上去的。通的时候即是直流供电被加到负载上的时候，断的时候即是供电被断开的时候。只要带宽足够，任何模拟值都可以使用PWM 进行编码。

多数负载(无论是电感性负载还是电容性负载)需要的调制频率高于10Hz ，通 常调制频率为1kHz 到200kHz 之间。

许多微控制器内部都包含有PWM控制器。例如，Microchip公司的PIC16C67内含两个PWM控制器，每一个都可以选择接通时间和周期。占空比是接通时间与周期之比；调制频率为周期的倒数。执行PWM操作之前，这种微处理器要求在软件中完成以下工作：

1.设置提供调制方波的片上定时器/计数器的周期

2.在PWM控制寄存器中设置接通时间

3.设置PWM输出的方向，这个输出是一个通用I/O管脚

4.启动定时器

5.使能PWM控制器

2.2.3 脉冲宽度调制的优点

PWM的一个优点是从处理器到被控系统信号都是数字形式的，无需进行数模转换。让信号保持为数字形式可将噪声影响降到最小。噪声只有在强到足以将逻辑1改变为逻辑0或将逻辑0改变为逻辑1时，也才能对数字信号产生影响.对噪声抵抗能力的增强是PWM相对于模拟控制的另外一个优点，而且这也是在某些时候将PWM用于通信的主要原因。从模拟信号转向PWM可以极大地延长通信距离。在接收端，通过适当的RC或LC网络可以滤除调制高频方波并将信号还原为模拟形式。

总之，PWM经济、节约空间、抗噪性能强，是一种值得广大工程师在许多设计应用中使用的有效技术。

2.3 开关电源的控制算法

开关电源的数字控制，都需要一定的控制算法来实现其控制规律。由于数字控制规律的设计最初常借鉴模拟控制经验，所以PID算法在数字控制中的应用非常普遍，甚至占据了主导地位。在数字控制中，除了最常用的PID算法外，由于数字控制规律的设计非常灵活，因此还可以实现在模拟控制中难以实现的一些其它控制算法，如智能控制、仿人智能PI控制、自适应控制、专家控制和模糊控制等，以这

些方法的相互结合而成的新控制算法，本节主要介绍PID 控制算法。

2.3.1 PID 控制算法

自从计算机进入控制领域以来，用数字计算机代替模拟计算机调节器组成计算机控制系统，不仅可以用软件实现PID 控制算法，而且可以利用计算机的逻辑功能，使PID 控制更加灵活。同时，使原来在模拟PID 控制器中无法实现的控制方法在数字控制中就能得到解决。

1.PID 控制原理

PID 控制是应用最广泛的一种控制规律，常规PID 控制系统原理框图如图2-5所示，系统由PID 控制器和被控对象组成。PID 控制器是一种线性控制器，它根据给定值r(t)与实际输出值y(t)构成的控制偏差e(t)来计算:

)(t e =)(t r -)(t y （式

2-6）

将偏差的比例P 、积分I 和微分D 通过线性组合构成控制量，对被控对象进行控制。其控制规律为:

P

K t u =)(??

?

?

?

?++?dt t de T t e T t t

D

I

)()(1

)(e 0

（式2-7）

或写成传递函数的形式:

?

?????++==S T S T K s E s U s G D I P 1

1)()

()( （式2-8）

式中:P K 一比例系数，I T 一积分时间常数，D T 一微分时间常数。

一个5v直流稳压电源设计报告

直流稳压电源设计 姓名:_ 学号：_ 专业： 班级：_______ 2012年3月12号 课题： 220v交流电转５v直流电的电源设计

一．电路实现功能 该电路输入家用220v交流电，经过全桥整流，稳压后输出稳定的5v直流电。 二．特点 方便实用，输出电压稳定，最大输出电流为1A，电路能带动一定的负载 设计方案 设计思路： 考虑到直流电流电源。我们用四个1N4007四个晶体管构成桥式整流桥。，将220V50Hz的交流电转换为直流电。以电容元件进行整流。因为我们要输出5V的电压，所以选用7805。 设计原理连接图： 一、变压器变压 220V交流电端子连一个降变压器把电压值降到8V左右

二、 单项桥式全波整流电路 根据图，输出的平均电压值0()201sin ()AV U d π ωτωτπ=?

即：0()20.9AV U U 三、 电容滤波 本设计我们使用电容滤波，滤波后，输出电压平均值增大，脉动变小。 C 越大， RL 越大，τ越大，放电越慢，曲线越平滑，脉动越小。 四、 直流稳压 因为要输出5V 的电压，所以选用LM7805三端稳压器件 五、 总电路

如图所示电路为输出电压+5V、输出电流1.5A的稳压电源。它由电源变压器B，桥式整流电路D1～D4，滤波电容C1、C3，防止自激电容C2、C3和一只固定式三端稳压器(7805)极为简捷方便地搭成的。 220V交流市电通过电源变压器变换成交流低压，再经过桥式整流电路D1～D4和滤波电容C1的整流和滤波，在固定式三端稳压器LM7805的Vin和GND两端形成一个并不十分稳定的直流电压(该电压常常会因为市电电压的波动或负载的变化等原因而发生变化)。此直流电压经过LM7805的稳压和C3的滤波便在稳压电源的输出端产生了精度高、稳定度好的直流输出电压。本稳压电源可作为TTL电路或单片机电路的电源。三端稳压器是一种标准化、系列化的通用线性稳压电源集成电路，以其体积小、成本低、性能好、工作可靠性高、使用简捷方便等特点，成为目前稳压电源中应用最为广泛的一种单片式集成稳压器件。 六、实验所需元器件 万用板一个，1N4007晶体管四个，（220伏至8伏） 交流变压器一个，电解电容2200μF一个，电解电容 100μF一个，电容0.1F两个，LM7805三端稳压器一 个。电烙铁一个，松香若干，锡丝若干~~

直流稳压电源电路的设计实验报告

直流稳压电源电路的设计实验报告 一、实验目的 1、了解直流稳压电源的工作原理。 2、设计直流稳压电路，要求输入电压：220V市电，50Hz，用单变压器设计并制作能够输出一组固定+15V输出直流电压和一组+1.2V~+12V连续可调的直流稳压电源电路，两组输出电流分别I O≥500mA。 3、了解掌握Proteus软件的基本操作与应用。 二、实验线路及原理 1、实验原理 （1）直流稳压电源 直流稳压电源是一种将220V工频交流电转换成稳压输出的直流电的装置，它需要变压、整流、滤波、稳压四个环节才能完成。一般由电源变压器、整流滤波电路及稳压电路所组成，基本框图如下： 图2-1 直流稳压电源的原理框图和波形变换 其中： 1）电源变压器：是降压变压器，它将电网220V交流电压变换成符合需要的交流电压，并送给整流电路，变压器的变比由变压器的副边电压确定，变压器副边与原边的功率比为P2/P1=n，式中n是变压器的效率。 2）整流电路：利用单向导电元件，把50Hz的正弦交流电变换成脉动的直流电。 3）滤波电路：可以将整流电路输出电压中的交流成分大部分加以滤除，从而得到比较平滑的直流电压。滤波电路滤除较大的波纹成分，输出波纹较小的直流电压U1。 4）稳压电路：其工作原理是利用稳压管两端的电压稍有变化，会引起其电流有较大变化这一特点，通过调节与稳压管串联的限流电阻上的压降来达到稳定输出电压的目的。稳压电路的功能是使输出的直流电压稳定，不随交流电网电压和负载的变化而变化。 （2）整流电路 常采用二极管单相全波整流电路，电路如图2-2所示。在u2的正半周内，二极管D1、D2导通，D3、D4截止；u2的负半周内，D3、D4导通，D1、D2截止。正负半周内部都有电流流过的负载电阻RL，且方向是一致的。电路的输出波形如图2-3所示。 t

数控直流稳压电源的设计

数控直流稳压电源的设计 一、 设计任务和要求 设计一个数控直流稳压电源。 1. 基本要求： 1) 利用实验室提供的低压交流电源，设计整流、滤波、稳压电路； 2) 至少能输出4个档：3V 、5V 、9V 、12V ，用数码管显示； 3) 输出电流要能达到1A 以上，且纹波≤5mV 。 2. 发挥部分： 1) 输出增加了一个7V 的档，进而变为5个档；手动开关控制档的转换。 2) 用ADC0809（模/数转换器）将输出的电压模拟量转换为数字量并输出给译码显示电路以显示正确数字。 二 方案论证 1.可调稳压控制部分 方案一:直接由开关控制档位 5 个单刀单掷开关 手动控制开关,使输出电压分别为 此方法电路简单, 控制方便. 方案二;由多路模拟开关在脉冲CP 的作用下来控制开关 由脉冲控制多路模拟开关,.此方法比依赖与信号源 的CP,且不容易控制. 综合的看上述两种方案,方案一电路简单,控制方便;方案二对CP 的依赖性比较大,在实际应用方面不够灵活.因此对可调稳压器的控制部分应采用方案一. 2.显示电路 方案一:模拟量经模数转换电路输入后，输出转换成数字量，再利用一片共阴极七段显示器显示，结构框图如下：

→ → → 方案一方框图 此方案的优点是比较直观，易懂，而且容易调试，也能满足题目中所给的要求， 但是当输出电压为12v 时, 显示器显示以乱码＂└┘＂代替，不利于读数。 方案二：以方案一为基础，在经过模数转换输出后，加入一些简单的逻辑门，再利用两片共阴极七段显示器显示，结构框图如下： 这种情况下，电路可以直接的显示两位十进制数 ，且不会出现乱码。也能满足其他的要求。 上述两个方案经实践证明均可行，但方案一不能很好的显示两位十进制数，故选择方案二。 二、 设计方案 根据设计任务要求，数控直流稳压电源的工作原理框图如图1所示。它包括整流电路、滤波电路、可调稳压电路、数/模转换电路和译码示电路等五个部分组成。经过整流、滤波、稳压电路后，可得到一个稳定的输出电压值，其中因为输入为低压交流电源,所以整流电路中不需变压器,而可调的稳压电路可通过换档得到不同的输出电压值；A/D 转换器是将此模拟输出量转换为数字输出量，并送给译码显示电路显示出此值。 图 1

双路可调电源组装正负可调稳压电源

项目名称：正负可调稳压电源 一、实训任务描述 所有的电子设备都离不开可靠的电源为其供电，有电器的地方就有电源。大多数电子设备的直流供电方法都是将交流电源经过变压、整流、滤波、稳压等变换为所需的直流电压。完成这种变换任务的电源称为直流稳压电源。本项目就是要组装一个正负可调的稳压电源，为以后的实训项目做好准备。 二、任务目标 1、了解电源电路的工作原理。 2、学会直流稳压电源的调节方法 三、实训任务要求 1、通过对本制作的安装、焊接、调试，了解电子产品的内部构造，训练动手能力，掌握元器件的识别、简易测试以及整机调试工艺。 2、熟练使用各种焊接工具。 3、对照电路原理图，了解工作原理，并与实物对照。 4、认真仔细的装配与焊接，排除安装焊接过程中出现的故障。 四、实训任务资讯 1、原理介绍: 整体电路是一个全波整流电路，P1外接一个带中心抽头的双24V变压器，正电压由P1的1 脚输入，经D1进行半波整流，经C6进行滤波，然后经可调稳压模块LM317后得到功放电路需要的正电压值（+VCC最小为1.2V，最大为37V）和电流值（I+> 1.5A），再经过滤波后供给外电路。同理，负电压由P1的3脚输入，经整流、滤波、可调稳压模块LM337稳压后得到功放电路需要的负电压值（-VCC最小为-37V，最大为-1.2V ）和电流值（- I >- 1.5A）。正、负电源从P2的1、3脚输出给外部电路供电。 电路原理图如下图所示： 2、元件 清如 图一一1原 理图

表——1: 表一一1正负可调电源元件清单 型号 封装 数量 0.1uF C1, C5, C6, C9, C10, C12 CC0.350/B 6 3300uF [C2, C3, C4, C7, C8, C11 CD0.750 6 400 7 D1, D2 DIODE1.016 2 4004 D3, D5 DI0DE0.850 2 TIP42C :Q1 TO-126 1 TIP41C Q2 TO-126 1 22 「R1, R5 AXIAL0.8 2W 2 240 :R2, R4 AXIAL0.4 2 10k RW1, RW2 VR5 2 LM317 卜1 TO-126 1 LM337 [U3 TO-126 1 散热片 长 15mn 宽 10mn 高 20mm 4 螺丝 4 PCB 板 1 3、元器件介绍: ① LM317 LM317作为输出电压可变的集成三端稳压块，是一种使用方便、应用广泛的集成稳压块。 它的输出电压范围在1.2伏到37伏之间，并能够提供超过1.5安的电流，即最小稳定工作电流。 由于317稳压块的生产厂家不同、型 号不同，其最小稳定工作电流也不相同，但一般不大于 5mA 当317稳压块的输出电流小于其最小稳定工作电流时，317稳压块就不能正常工作。当317稳压块 的输出电流大于其最小稳定工作电流时，317稳压块就可以输出稳定的直流电压。 如果用317稳压 块制作稳压电源时，没有注意 317稳压块的最小稳定工作电流，那么制作的稳压电源可能会出现 不正常现象：稳压电源输出的有载电压和空载电 压差别较大。 在应用中，为了电路的稳定工作，在一般情况下，还需要接二极管作为保护电路， 防止电路中 的电容放电时的高压把317烧坏。LM317外形如图一一2所示。 LM337 LM337 较常见的降 线性稳压器， LM337的输 压 范围是 -1.2V 至 -37V ，负载电 大为 的使 ② 是比 压型 出电 流最 图——2 LM317 图——3 LM337

模拟电子 课程设计 直流稳压电源的设计

新疆大学 课程设计报告 所属院系：电气工程学院 专业：电气工程及其自动化 课程名称：电子技术基础A 设计题目：直流稳压电源的设计 班级： 学生姓名： 学生学号： 指导老师: 常翠宁努尔.买买提 完成日期：2017. 7. 01

课程设计题目：直流稳压电源的设计 要求完成的内容： 1.输出直流电压1.5~10V可调； 2.输出电流I m=300mA； O 3.稳压系数Sr≤0.05； 4.具有过流保护功能。 指导教师评语： 该生通过查阅文献和资料和手册，能够综合运用电子技术课程中所学到的理知识，并能消 化和理解，把理论与实践进行结合起来。具有分析问题和解决问题的能力，较好地完成了设计任务。 评定成绩为： 指导教师签名：2017年 7 月01 日

直流稳压电源的设计 直流稳压电源的设计要求是设计中包括电源变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路四个部分。通过四部分的组合将 220V 交流电压转变为设计要求直流电压。并且用仿真软件进行仿真分析。 一、方案设计 1.总体设计框架图 方案的总体思路如下：直流稳压电源一般由直流电源变压器、整流电路、滤波电路及稳压电路所组成，其基本框图如下： 1.1电源变压器 是降压变压器，它将220V交流电压变换成符合需要的交流电压，并送给整流电路，变压器的变比由变压器的副边电压确定。 1.2整流电路 此设计的整流部分主要采用桥式电路，即由四个二极管交叉而成。但使用二极管时应注意以下问题： (1) 最大整流电路流f I 指二极管长期运行允许通过的最大正向平均电流。若使用时超过此值，有可能烧坏二极管。 U (2) 最高反向工作电压rm 指允许施加在二级管两端的最大方向电压，通常为击穿电压的一半。 (3) 反向电流r I 指二极未击穿时的反向电流值。其值会随温度的升高而急剧增加，其值越小，二极管的单向导电性越好。但是反向电流值会随温度的上升而显著增加。 (4) 最高工作频率f

直流稳压电源设计实验报告(模电)

直流稳压电源的设计实验报告 一、实验目的 1.学会选择变压器、整流二极管、滤波电容及集成稳压器来设计直流稳压电源 2.掌握直流稳压电源的调试及主要技术指标的测量方法 二、实验任务 利用7812、7912设计一个输出±12V 、1A 的直流稳压电源； 三、实验要求 1）画出系统电路图，并画出变压器输出、滤波电路输出及稳压输出的电压波形； 2）输入工频220V 交流电的情况下，确定变压器变比； 3）在满载情况下选择滤波电容的大小（取5倍工频半周期）； 4）求滤波电路的输出电压； 5）说明三端稳压器输入、输出端电容的作用及选取的容值。 四、实验原理 1.直流电源的基本组成 变压器：将220V 的电网电压转化成所需要的交流电压。 整流电路：利用二极管的单向导电性，将正负交替的交流电压变换成单一方向的直流脉动电压。 滤波电路：将脉动电压中的文波成分滤掉，使输出为比较平滑的直流电压。 稳压电路：使输出的电压保持稳定。 4.2 变压模块 变压器：将220V 的电网电压转化成所需要的交流电压。 4.2 整流桥模块 整流电路的任务是将交流电变换为直流电。完成这一任务主要是靠二极管的单向导电作用，因此二极管是构成整流电路的关键元件。管D 1～D 4接成电桥的形式，故有桥式整流电路之称。 由上面的电路图，可以得出输出电压平均值：2)(9.0U U AV o ≈ ，由此可以得V U 152=即可 即变压器副边电压的有效值为15V 计算匝数比为 220/15=15 2.器件选择的一般原则 选择整流器 流过二极管的的平均电流: I D =1/2 I L 在此实验设计中I L 的大小大约为1A 反向电压的最大值：Urm=2U 2 选择二极管时为了安全起见，选择二极管的最大整流电路I DF 应大于流过二极

数字控制直流稳压电源

电子系统设计 专业：电子信息科学与技术班级： 0312412 学号： 031341221 题目：数字控制直流稳压电源 学生姓名：黄勇 指导教师：谭建军

数字控制直流稳压电源 摘要 本设计采用数字电位器MCP41010和功率放大电路LM324构成输出电压在0.1-9. 9V的直流稳压电源，整个电路由D/A转换模块、电压放大模块、精密电压源模块和过流保护模块组成。数字控制部分采用+／一按键来调整预设电压值，调整步进0. IV，当按下+／一按键超过1秒时进入快速调整状态，每秒步进为0. 4V。最后再将放大后的输出电压值和输出电流值，经过PIC16F877A的内部A/D转换并在数码管上实时显示。 关键词：数字电位器、 D/A转换、电压源。 Abstract Our design makes full use of the Digital Resistance 41010 and Power Amplifiers LM324 to constitute the steady current source whose output voltages range from O.IVt0 9.9V. The whole circuit consists of digital and analog signal conversion part,voltage amplification part, accurate voltage source part and current limitation part.The output will add or minus O.IV if we press the key every time, what 's more, whichwill change 0.4V if we press the button more than one second. Lastly, samples are sent to PIC and after whose processing the figures tubes will display the result value. Key words: Digital Resistance; D/A Convert; V oltage Source; Current Limitation 1系统设计 1.1设计要求 1.1.1设计任务 设计出有一定输出电压范围和功能的数控电源。 1.1.2、设计要求 (1)输出电压：范围0～+9. 9V，步进0.IV，纹波不大于lOmV。 (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)为实现上述几部件工作，自制一稳压直流电源，输出+15V，+5V。 1.1.3、发挥部分 1.输出电压可预置在0V-9.9V之间的任意一值。

21.3双路直流稳压电源电路

实验报告 实验课程：EDA技术实验 学生姓名：某某某 学号：5801215xxx 专业班级：测控技术与仪器xxx班 指导老师：刘诚 3333年33月33日

直流稳压电源电路原理图设计 一．实验目的： （1）熟悉原理图编辑器 （2）掌握原理图的实体放置与编辑 （3）熟练完成双路直流稳压电源电路原理图设计。 二：实验内容： 绘制双路直流稳压电源电路原理图如图所示 图1：双路直流稳压电源电路原理图 三：实验步骤： （1）启动Protel99SE，新建文件“双路直流稳压电源电路原理图.sch”进入原理图编辑界面。 （2）设置图纸。将图号设置为A4即可。 （3）添加元件库。GB4728——85 （4）放置元件。根据双路直流稳压电源电路的组成情况，

在屏幕左方的元件管理器中取相应的元件，并放置于屏幕编辑区。（5）设置元件属性。在元件放置后，用鼠标双击相应元件，出现元件属性菜单，更改元件标号及名称。 （6）调整元件位置，注意布局合理。 （7）连线。根据电路原理，在元件引脚之间连线。注意连线平直。（8）放置节点。一般情况下，“T”字连接处的节点是在连线时由系统自动放置的，而所有“十”字连接处的节点必须手动放置。（9）放置输入输出点.电源.地.，均使用Power Objects工具菜单即可画出。 （10）放置注释文字。 （11）进行电路的修饰及整理。在电路绘制基本完成后，还需要 进行相关整理，使其更加规范整洁。 （12）保存文件。 四：实验所绘原理图：

五：实验总结及心得： 通过这次的实验，也发现了自己添加元器件时，添加错了一个器件选型，也就是mc7915电源芯片，这个芯片的封装引脚分布没搞清楚。这跟78xx型的电源芯片有所区别。

直流稳压电源课程设计报告(1)

模拟电路课程设计报告设计课题：直流稳压电源的设计班级：电子1101 学号： 姓名：刘广强 指导老师：董姣姣 完成日期：2012年6月19

目录 一、设计任务及要求 (3) 二、总体设计思路 (3) 1．直流稳压电源设计思路 (3) 2．直流稳压电源原理 (3) 3、滤波电路——电容滤波电路 (5) 4、稳压电路 (7) 5、设计的电路原理图 (8) 三、．设计方法简介 (8) 四、软件仿真结果及分析 (10) 五、课程设计报告总结 (12) 六、参考文献 (13)

一、设计任务及要求 1、设计一个连续可调的直流稳压电源，主要技术指标要求： ①输出直流电压：U0=9→12v； ②纹波电压：Up-p<5mV； ③稳压系数：S V≤5% （最大的波动不能超过5%） 2、设计电路结构，选择电路元件，计算确定元件参数，画出实用原理电路图。 3、自拟实验方法、步骤及数据表格，提出测试所需仪器及元器件的规格、数量。 4、在实验室MultiSIM8-8330软件上画出电路图，并仿真和调试，并测试其主要性能参数。 二、总体设计思路 1．直流稳压电源设计思路 （1）电网供电电压交流220V(有效值)50Hz，要获得低压直流输出，首先必须采用电源变压器将电网电压降低获得所需要交流电压。 （2）降压后的交流电压，通过整流电路变成单向直流电，但其幅度变化大（即脉动大）。 （3）脉动大的直流电压须经过滤波电路变成平滑，脉动小的直流电，即将交流成份滤掉，保留其直流成份。 （4）滤波后的直流电压，再通过稳压电路稳压，便可得到基本不受外界影响的稳定直流电压输出，供给电压表。 2．直流稳压电源原理 1、直流稳压电源 直流稳压电源是一种将220V工频交流电转换成稳压输出的直流电压的装置，它需要变压、整流、滤波、稳压四个环节才能完成。 直流稳压电源方框图

直流稳压电源设计实验报告

电气工程系电子信息工程技术专业 题目：直流稳压电源设计 学生姓名：刘现华班号：电信一班学号： 100222101013 指导教师:

一、设计题目 题目：直流稳压电源设计 二、设计任务： 设计并制作用晶体管、电阻器、电容组成的直流稳压电源。 指标：1、输入电压： 2、输出电压：3- 6V、6-9V、9-12V三档直流电压； 3、输出电流：最大电流为1A； 4、保护电路：过流保护、短路保护。 三、理电路和程序设计： 一电路原理方框图： 图1.1 四、原理说明： (1)选用集成稳压器构成的稳压电路， 选用可调三端稳压器LM317，其特性参数V o=(1.2V~37V),Iomax=1.5A,最大输入、输出电压差（Vi-V o）max=40V。符合本任务的基本要求。

(2)选电源变压器 集成稳压电源的输出电压V o即是此电路的输出电压。稳压器的最大允许电流ICM〈Iomax，输入电压根据公式 V omax+(Vi-V o)min≤Vi≤V omin+(Vi-V o)max可求出其范围为12V≤Vi ≤43V。故副边电压取V2=12V，副边电流取I2=1A变压器的副边输出功率为P2≥V2 I2 =12W，由下表可得变压器的效率为0.7。则原边输入功率P1>P2/η=17W。为留有余地，选取功率为20W的变压器。 图1.2 (3)选整流二极管及波电容 整流二极管D选IN4001，其极限参数为VRM≥50V，IF=1A，满足要求。滤波电容C可由纹波电压△V op-p和稳压系数来确定。由式Vi=△V op-pVi /V oSv得△Vi =2.2V，由式C=Ict/△Vi=Iomaxt/△Vi 得C=3636μF。电容C的耐压应大于17V，故取2只2200μF/25V的电容相并联。 (4)电阻RP1的取值 由式V o=(1+Rp1/R1)1.25，取R1=240Ω，则RP1=336Ω时输出电压为3V，RP1=1.49Ω时输出电压为9V ，故取4.7KΩ精密线绕可调电位器。当RP1阻值调至最小端时输出电压为1.25V，当阻值大于1.5KΩ后输出电压不会继续增大，使用Multisim9仿真时为13V,但实际测试时为10V

数控直流稳压电源设计

数字电子系统的数控直流稳压电源设计本系统以AT89C51 单片机作为系统的核心，由D/A数字模拟转换模块、按键、LED串口显示模块等模块组成一个数控电源。该系统实现了输出电压：范围 2 ～＋20 .0 V，步进0.1V，纹波小于100mV；输出电流：1000mA；输出电压值由数码管显示；由“＋”、“－”两键控制输出电压步进增减。输入模块的按键按下之后，单片机有一个输入，单片机将输入的数字一方面给显示模块，让它们在数码管中显示出来；另一部分输给DAC0832，让它转化为模拟量电流输出，通过运算放大器将这模拟量转化为相应的电压，这电压经过放大后控制LM317的控制端，从而实现输出电压的控制。 关键词：AT89C51 单片机, 数控电源, D/A, 直流电源 在现代家庭中各种电器的不断出现，并要求着各种不同值的电源出现，使得家庭购买不同值的电源。数字化的也更加贴近人们的生活，因为它更加的直观，易被接受，大家都开始追求数字化的各类电子产品。数控直流电源有着直观，易操作，各种电压集一身，输出精度和稳定性都较高等优点，所以越来越受广大人们的喜爱。以后家里的电视遥控，电动玩具等都可以共用一个电源。 设计要求 设计并制作有一定输出电压调节范围和功能的数控直流稳压电源，基本要求如下： 1、输出直流电压调节范围2~20V，步进值为0.1V 2、稳压系数小于0.2，纹波电压小于100mv; 3、输出电流为1000mA； 输出电压值用数码管显示，由“+”“-”两键分别控制输出电压步进增和减。 1.2 方案论证 分析本题，根据设计要求先确定了本系统的整体设计原理框图1-1.

采用8位的数字/模拟转换芯片DAC0832是 本系统是基于51单片机的数控电源的设计，8位的单片机，而MX7541是12位数字输入的，因此须用锁存器。而此数控电源要求单步0.1V，2～20V，DAC0832完全可以达到，故选择常用的DAC0832。 可调稳压芯片：根据设计要求输出电压范围2～＋20.0V，输出电流1000mA，本文选择了LM317T三端可调稳压芯片。 按键控制模块：由于本数控电源需要用的按键不多，要实现步进为0.1V的设计要求，只需用一个“+”和一个“-”按键，另外再加两个按键用于实现固定电压输出，按键时可直接输出相应电压。4个按键就可实现本题的设计要求，本文采用一般的电平判键按钮。 显示模块：此系统显示的只是最终电源输出的十位、个位和十分位电压值，只需显示出三个数字，选用数码管显示，用普通的数码管显示简单的数字、符号、字母。

直流稳压电源的项目设计方案

直流稳压电源的项目 设计方案 （一）设计目的 1、学习直流稳压电源的设计方法； 2、研究直流稳压电源的设计方案； 3、掌握直流稳压电源的稳压系数和阻测试方法； （二）设计要求和技术指标 1、技术指标：要求电源输出电压为±12V（或±9V /±5V），输入电压为交 流220V，最大输出电流为I omax =500mA，纹波电压△V OP-P ≤5mV，稳压系数Sr≤5%。 2、设计基本要求 （1）设计一个能输出±12V/±9V/±5V的直流稳压电源； （2）拟定设计步骤和测试方案； （3）根据设计要求和技术指标设计好电路，选好元件及参数； （4）要求绘出原理图，并用Protel画出印制板图； （5）在万能板或面包板或PCB板上制作一台直流稳压电源； （6）测量直流稳压电源的阻； （7）测量直流稳压电源的稳压系数、纹波电压； （8）撰写设计报告。 3、设计扩展要求 （1）能显示电源输出电压值，00.0-12.0V； (2) 要求有短路过载保护。 （三）设计提示 1、设计电路框图如图所示 稳压电路若使用分离元件要有取样、放大、比较和调整四个环节，晶体管选用3DD或3DG等型号；若用集成电路选78XX和79XX稳压器。 测量稳压系数：在负载电流为最大时，分别测得输入交流比220V增大和减小10%的输出Δvo，并将其中最大一个代入公式计算Sr，当负载不变时，Sr=ΔVoV I / ΔV I V O 。 测量阻：在输入交流为220V，分别测得负载电流为0及最大值时的ΔVo，r o = ΔV O /ΔI L 。 纹波电压测量：叠加在输出电压上的交流分量，一般为mV级。可将其放大 后，用示波器观测其峰－峰值△V OP-P ；用可用交流毫伏表测量其有效值△V O ，由

双路可调直流稳压电源

基础电源电路设计--双路输出可调直流稳压电源的设计 工作原理 本直流电源由电源、滤波、保护、稳压等四个基本模块组成,如图1 框图所示,其电路原理图如图2 所示。 图1 直流电源模块方框图 1.电源变压器采用降压变压器，将电网交流电压220V 变换成需要的交流电压。此交流电压经过整流后,可获得电子设备所需要的直流电压。 2.整流电路利用单相桥式整流电路,把50Hz 的交流电变换为方向不变但大小仍有脉动的直流电。其优点是电压较高、纹波电压较小,变压器的利用率高。设计采用IN4007二极管组成整流电路，也可以采用桥堆RS808 等做全桥整流,最大电流可达8A,配合本设计的大滤波电容,使得本电源的瞬时大电流的供电特性好、噪声小、反应速度快、输出纹波小。 3.滤波电路采用电容滤波电路,将整流电路输出的脉动成分大部分滤除,得到比较平滑的直流电。本电路采用4700μF/50V 的大电容C1、C2 使输出电压更加平滑,电源瞬间特性好,适合带感性负载，如电机的启动。C1、C2 各并联了一只0.1μF/63V 的CBB 电容，滤去高频干扰,使输入到集成电路LM317、LM337、LM7805的直流电尽可能的平滑和纯净。 4. LM7805固定输出5V 稳压输出。为适应不同应用场合的需要而将电压设置为可调，可调稳压电路由LM317 输出正电源,LM337 输出负电源。LM317 和LM337 均使用了内部热过载,包含过流保护、热关断和安全工作区补偿等完善的保护电路,使得电源可以省去保险丝等易损耗器件。可调节输出电压的计算Uo=1.25× (1+Rf/R), Rf 为可调电阻的取值（即图中的电位器W1、W2），R （即图中的电阻R1、R2）为三端可调稳压输出端与调整端间的电阻值。可调电阻选用精密可调电阻,保证输出电压的精确可调。如选用的可调电阻Rf 为5k Ω、R 为270Ω的组合,可以分别对1.25V ～24V-1.25V ～-24V 之间实现连续可调。 5.稳压电路因为线性电源发热量较大，所以本电源中需加了足够的散热器。 2）、参数计算 1.LM317 与LM337 的选择 LM317/LM337 的电压输出范围是±1.25V ～±37V ，负载电流最大为1.5A,仅需两个外接电阻来设置输出电压，连续可调。此外,它的线性调整率为0.01 和负载调整率0.1%也比标准的固定稳压器好。此外该器件内置过载保护电路、安全保护等多重保护功能。内阻小、电压稳定、噪音极低、输出纹波小(输出端最小仅用100μF),实际使用效果比LM78××、LM79××等稳压模组好。 2.稳压电阻Rf 、R 的选择 要保证 LM317/LM337在空载时能够稳定地工作,只要保证Uo/(Rf+R)≥1.5mA 就可以了。 1.5mA 为稳压块的最小稳定工作电流。可以选择Rf 、R 分别为5k Ω可调电阻和270 Ω的固定 交流220V 输入

直流稳压电源课程设计[1]

课程设计名称：电力电子技术 题目：直流稳压电源的课程设计 专业：电力自动化 班级：电力09-2 姓名：王裕 学号：0905040218

目录 一、简介 (3) 二、设计目的 (4) 三、设计任务和要求 (5) 四、设计步骤 (6) 1．电路图设计 (6) 2. 电路安装、调试 (6) 五、总体设计思路 (7) 1．直流稳压电源设计思路 (7) 2．直流稳压电源原理 (7) 3．设计方法简介 (8) 六、实验设备及原器件 (11) 七、注意事项 (12) 八、此电路的误差分析 (13) 九、心得体会 (14) 十、参考文献 (15)

一简介 直流稳压电源一般由电源变压器，整流滤波电路及稳压电路所组成。变压器把市电交流电压变为所需要的低压交流电。整流器把交流电变为直流电。经滤波后，稳压器再把不稳定的直流电压变为稳定的直流电压输出。本设计主要采用直流稳压构成集成稳压电路，通过变压，整流，滤波，稳压过程将220V交流电，变为稳定的直流电，并实现电压可在6-13V可调。

二设计目的 1．学习基本理论在实践中综合运用的初步经验，掌握模拟电路设计的基本方法、设计步骤，培养综合设计与调试能力。 2．学会直流稳压电源的设计方法和性能指标测试方法。 3．培养实践技能，提高分析和解决实际问题的能力。

三设计任务及要求 1．设计并制作一个连续可调直流稳压电源，主要技术指标要求： ①输出电压可调：Uo=+6V～+13V ②最大输出电流：Iomax=1A ③输出电压变化量：ΔUo≤15mV ④稳压系数：SV≤0.003 2．设计电路结构，选择电路元件，计算确定元件参数，画出实用原理电路图。 3．自拟实验方法、步骤及数据表格，提出测试所需仪器及元器件的规格、数量，交指导教师审核。 4.批准后，进实验室进行组装、调试，并测试其主要性能参数。

数控直流稳压电源

数控直流稳压电源 论文关键词：直流稳压电源单 片机数字控制 论文摘要：本系统以直流电压源为核心，AT89S52单片机为主控制器，通过键盘来设 置直流电源的输出电压，设置步进等级可达，输出电压范围为0—，最大电流为330mA， 并可由液晶屏显示实际输出电压值。系统有过流保护电路，当输出电流过大时功率管自动截至，而且有红色指示灯发出警报。本系统由单片机程控输出数字信号，经过D/A转换器输出模拟量，再经过运算放大器隔离放大，控制输出功率管的基极，随着功率管基极电压的变化而输出不同的电压。实际测试结果表明，本系统实际应用于需要高稳定度小功率恒压源的领域。 Keywords： regulated power supply of direct current; single2ch ip m icrocomputer, digital control Abstract：This system to dc voltage

source as the core, mainly AT89S52 SCM, through the keyboard controller to install dc power supply output voltage, setting stepping class can output voltage, the range of V, the maximum current 330mA for, and can show the actual pipe by digital output voltage values. This system consists of microcontroller program output digital signal, through D/A converter (AD0832) output analog amplifier, through isolating amplifier output power, control of base, with the power to change the passive tube voltage output of different voltage. Test results show that this system application in need of high stability of small power constant-voltage source fields. 1 引言几乎所有的电子设备都需 要稳定的直流电源，因此直流稳压电源的应用非常的广泛。直流稳压电源的电路形式有很多种,有串联型、开关型、集成电路、

直流稳压电源电路设计

模拟电子技术课程设计报告 题目名称：直流稳压电源电路设计姓名： 学号： 班级： 指导教师： 成绩：

目录 1课程设计任务和要求 2 2方案设计 2 3单元电路设计与参数计算 4 4总原理图及元器件清单9 5安装与调试 11 6性能测试与分析12 7结论与心得14 8参考文献 14

课程设计题目： 直流稳压电源电路设计 一、课程设计任务和要求: 1）用桥式整流电容滤波集成稳压块电路设计固定的正负直流电源（±12V）。 2）输出可调直流电压，范围：1.5∽15V； 3）输出电流:IOm≥1500mA；（要有电流扩展功能） 4）稳压系数Sr≤0.05；具有过流保护功能。 二、方案设计： 稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四部分组成，如下图1所示，其整流与稳压过程的电压输出波形如图2所示。 图1稳压电源的组成框图 图二整流与稳压过程波形图 电网供电电压交流220V(有效值)50Hz，要获得低压直流输出，首先必须采用电源变压器将电网电压降低获得所需要交流电压。降压后的交流电压，通过整流电路变成单向直流电，但其幅度变化大（即脉动大）。脉动大的直流电压须经过滤波电路变成平滑，脉动小的直流电，即将交流成份滤掉，保留其直流成份。滤波后的直流电压，再通过稳压电路稳压，便可得到基本不受外界影响的稳定直流电压输出，供给负载RL。

方案一、单相半波整流电路 半波单相整流电路简单，电路及其电压输出波形分别如图3、图4所示，使用元件少，它只对交流电的一半波形整流，其输出波形只利用了交流电的一半波形则整流效率不高，且输出波形脉动大，其值为：S= =≈1.57，直流成分小，= ≈0.45，变压器利用率低。 图3 单相半波整流电路 图 4 单相半波整流电路电压输出波形图 方案二、单相全波整流电路 使用的整流器件是半波电路的两倍，整流电压脉动较小，是半波的一半，无滤波电路时的输出电压=0.9，变压器的利用率比半波电路的高，整流器件所承受的反向电压要求较高。 方案三、单相桥式整流电路 单相桥式整流电路使用的整流器件较多，但其实现了全波整流电路，它将的负半周也利用起来，所以在变压器副边电压有效值相同的情况下，输出电压的平均值是半波整流电路的两倍，且如果负载也相同的情况下，输出电流的平均值也是半波整流电路的两倍，且其与半波整流电路相比，在相同的变压器副边电压下，对二极管的参数要求一样，还具有输出电压高、变压器利用率高、脉动小等优点。所以综合三种方案的优缺点决定用方案三。

课程双路输出直流稳压电源

课程双路输出直流稳压电源

双路输出直流稳压电源 钟官军金海军张娅琳 指导老师：王淑娟 1．摘要 1.1功能说明： 通过四个控制按钮实现两路输出电压，可以对输出电压进行设定，显示值与输出电压值的误差不超过10mv。并可通过按键实现最高电流设定，进行过流保护。具体描述如下： 按键：按键1：左右设定时切换。 按键2：电压电流设定时切换。 按键3：设定值增加按键。 按键4：设定值减小按键。 显示(三位半LED）：LED1：第一路的显示，电压设定时显示电压，电流设定时 显示电流，正常工作时显示电压。 LED2：第二路的显示，电压设定时显示电压， 电流设定时显示电流，正常工作时显 示电压。 参数：电压设定步进：V1.0 ± 显示误差：10 ≤mv 工作区：输出1：V ~ 2 ~ 18 0+，A 输出2：0 ~ 2 -，A ~ 18V 软件设定保护电流范围：A 2 ~ 硬件短路保护电流：A ≈ 2.2 a)基本组成 本直流电源由四个基本模块组成：电源部分，控制部分，功率放大部分，数字显示输出电流电压电路。采用硬件电路和单片机的编程控制，实现了在传设计一个电压在-18-+18V，电流0-2 A可调的双路直流稳压电源。实现传统基本直流稳压电源的突破和创新-电压电流的连续可调的和过压过流流保护。 电源变压器：采用降压变压器将电网交流电压220V变换成复合需要的交流

电源。此交流电压经过整流后可获得电子设备所需要的直流电压。 整流电路：利用单相桥式整流电路把方向和大小都大小都变化的50Hz的交流电变换为方向不变但大小仍有脉动的直流电。其优点是电压较高，纹波电压较小，整流二极管所承受的最大反向交流电流流过，变压器的利用率高。 滤波电路：利用储能元件-电容C两端的电压不能突变的性质，采用RC滤波电路将整流电路输出的脉动成分大部分滤除，得到比较平滑的直流电。 稳压电路：使整流滤波后的直流电压不随交流电网和负载的变化扰动而变化控制电路：为适应不同场合的需要而将电压电流置为可调。 保护电路：当电压电流过大超过量程利用单片机控制清零来实现电路保护。 数字显示部分：采用三位半的LED数字显示，挺高了精度和准确性，从而克服了模拟表头的造成的读数误差。利用8032单片机控制，可以实现精度。 由于采用大量高性能的集成模块，从而简化了电路的结构，突出了电源变换问题中的关键部分。通过努力的调试与检测，电路整体性能良好，可以较好的实现设计目的。本电源不仅可以单独使用，还可以置于其它电子设备中作为变压稳压或稳流源使用。 2．电源概述 2.1电源简介 电源是电子设备的心脏部分，其质量的好坏直接影响着电子设备的可靠性，而且电子设备的故障60%来自电源，因此作为电子设备的基础元件，电源受到越来越多的重视。现代电子设备使用的电源大致有线性稳压电源和开关稳压电源两大类。 所谓线性稳压电源，是指在稳压电源电路中的调整管是工作在线性放大区。将220V、50Hz的工频电压经过线性变压器降压以后，经过整流、滤波和稳压，输出一个直流电压。 2.2两类电源比较 线性稳压源的优点是：电源稳定度及负载稳定度较高；输出纹波电压小；瞬态响应速度快；线路结构简单，便于维修；没有开关干扰。 缺点是：功耗大、效率低，其效率一般只有35~60%；体积大、质量重、不能微小型化；必须有较大容量的滤波电容。 其中，交换效率低下是线性稳压电源的重要缺点，造成了资源的严重浪费。

直流稳压电源课程设计报告.

直流稳压电源课程设计报告 设计任务及要求 1．设计任务 设计一直流稳压电源，满足： （1）当输入电压在220V交流时，输出直流电压为6－９V； （2）输出纹波电压不于5mv （3），稳压系数<=0.01； （4）具有短路保护功能； （5）最大输出电流为：Imax=0.8A 2．要求通过设计学会； （1）如何选择变压器、整流二极管、滤波电容及调整三极管或集成稳压块；（2）合理选择电路结构，并完成全电路元器件参数设计、绘制电路图；（3）短路保护实现方法 （4）掌握直流稳压电源的调试及主要技术指标的测试方法 （5）撰写设计报告。 3．设计注意： （1）电源变压器、整流二极管、滤波电容、调整三极管或集成稳压块等元件只做选择性设计； （2）完成全电路元器件参数设计、绘制出整体电路图； （3）撰写设计报告要符合下列格式并按时上交，逾期将延与下届。 一、书写要求 二、上交时间要求 上交书面及电子稿发至邮箱：

撰写设计报告格式：（仅供参考，不要全部抄龚） 见附录一 集成直流稳压电源的设计与制作 姓名 1 绪言 随着半导体工艺的发展，稳压电路也制成了集成器件。由于集成稳压器具有体积小，外接线路简单、使用方便、工作可靠和通用性等优点，因此在各种电子设备中应用十分普遍，基本上取代了由分立元件构成的稳压电路。集成稳压器的种类很多，应根据设备对直流电源的要求来进行选择。对于大多数电子仪器、设备和电子电路来说，通常是选用串联线性集成稳压器。而在这种类型的器件中，又以三端式稳压器应用最为广泛。 2 设计要求

1.初始条件： （1）集成稳压器选用LM317与LM337或其他芯片，性能参数和引脚排列请查阅集成稳压器手册。 （2）电源变压器为双15Ｖ／25Ｗ。 （3）其参考电路之一如图1所示 图1 ±1.25V-±15V连续可调直流稳压器参考电路原理图 2.主要性能指标：（1）输出电压Vo：±1.25 - ±12V连续可调。 （2）最大输出电流Iomax=800mA （3）纹波电压ΔVop-p≤5mV （4）稳压系数Sv≥3X10-3 3.设计要求：（1）依据已知设计条件确定电路形式。 （2）计算电源变压器的效率和功率。 （3）选择整流二极管及计算滤波电容 （4）安装调试与测量电路性能，画出实际电路原理图。 （5）按规定的格式，写出课程设计报告。 3 总体设计思路 在本次课程设计中我准备采用串联型稳压电路，集成稳压器选用LM317与LM337，电源变压器选用双15Ｖ／25Ｗ。 由于输入电压u1发生波动、负载和温度发生变化时，滤波电路输出的直流电压U I会随着变化。因此，为了维持输出电压U I稳定不变，还需加一级稳压电路。