一种直流数控可调稳压电源的设计

2012-12-16 21:07:29来源: 互联网

1 引言

  直流稳压电源是常用的电子设备,用以保证在电网电压波动或负载改变时,输出稳定的电压。低纹波、高精度的稳压电源在仪器仪表、工业控制及测量领域都有重要的实际应用价值。这里设计的稳压电源输出电压范围为0~18 V,额定工作电流为500 mA,并具有“+”、“-”步进电压调节功能,最小步进电压为0.05 V.纹波不大于10 mV,并用LCD液晶显示器显示其输出电压值。

  2 系统设计

  系统硬件设计主要由AT89C51、稳压输出模块、按键处理模块、显示模块和供电模块5部分组成。如图1所示。

 

  2.1 供电模块

  供电部分输入220 V、50 Hz交流电,输出系统所需的3种电压:+5 v,+15 V和-15 V。其中+5 V供AT89C51、D/A和A/D转换器使用;+15 V作为运放的正电源,同时也是稳压输出电路的主电源,最大电流约650 mA;而-15 V作为运放的负电源,同时也为基准电压源LM339供电,该电流较小,不超过50 mA。供电模块的电路如图2所示。

 

  2.2 稳压输出模块

  图3为稳压输出模块原理图,该模块将控制部分的电压数据转换稳压输出。它由D/A转换器(DAC0832)、集成运放OP07、LF356、晶体管VT1、VT2、VT7、VT8基准电压源LM336-5组成。

 

 

  由于实际用到的最大电压控制字为200,因此D/A转换部分最大输出电压为:  

 

  D/A转换输出电压Ui作为电源功放级的输入电压。功放级由IC3和VT1、VT2构成闭环推挽输出电路。该电路属于典型的电压串联负反馈电路。于是输出电压Uo与输入电压Ui的关系式为:

 

  将Ui代入得:

 

  当Ui=3.922 V,R2=10 kΩ,R3=9.1 kΩ,Uo=18 V,由式(4)可求得Rp1=10 kΩ。实取Rp1为47 kΩ的精密多圈电位器。当CPU输入电压控制字(11001000)2=(200)10时,Uimax=3.922 V,调节Rp1使Uo=18 V。

2.2.2 过流保护电路

  图3中VT7、VT8构成过流保护电路。正常工作时,VT7截止,VT7集电极电平为 -15 V,使VT8截止,输出高电平,不触发中断。当输出电流过大时,取样电阻R16上的压降大于0.75 V。调节Rp3,VT7的UBE大于0.6 V时,VT7导通,VT7的集电极电平升高,VT8导通,输出低电平,触发AT89C51中断,执行中断保护程序。

  2.3 键盘与显示模块

  图4为电压显示与键盘电路。图4中,当输出电压经R13限流和R14取样后送 TLC2453-1进行A/D转换。TLC2453-1为11通道、12位串行A/D转换器,具有12位分辨率,转换时间为10μs,有11个模拟输入通道,3路内置自测试方式,采样率为66 Kb/s,最大线性误差为±1 LSB,同时带有转换结果输出EOC,可单、双极性输出。通过其可编程的MSB和LSB前导可编程输出数据长度。TLC2453-1的时钟频率选用4.1 MHz,电源输出电压Uo的取样信号从INO输入,器件的I/O时钟端、数据输入端、转换数据输出端、片选端口分别与AT89C51单片机的P2.3、 P2.2 P2.1、P2.0相连。从单片机的P0端口输出,以排阻驱动后送字符型液晶显示屏显示。电路设计中AT89C51单片机选12 MHz的晶振频率,P1.0~P1.3接调压按钮,其中两个粗调步进为±1 V,两个细调步进为±0.05 V。粗调键按一次电压控制字增加/减小20,细调键按一次电压控制字增加/减小1。4个按键有机结合可将输出电压调节为所需电压。

 

  2.4 系统软件设计

  图5、图6分别为系统主程序流程和过流保护程序流程。

 

  3 结束语

  该系统直流数控稳压电源采用电压串联负反馈进行稳压。采用12位A/D转换模块测量电压,并用LCD液晶屏显示,测量准确显示直观。系统开机预置输出电压为5 V,并采用步进方式调节输出电压,最小步进为0.05 V。经测试,系统设计输出电压范围为0~18 V,其额定电流可达0.5 A,可用于实验教学与工程应用中。

关键字:直流数控  可调  稳压电源

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2012/1216/article_17829.html
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