可調式直流穩壓電源設計

周翔 朱潤貴 李亞峰

摘要：目前，對于電源技術而言，特別是電子電源技術，其是一門注重實踐性的技術，很好的服務與各個行業之中。電子穩壓電源和先前較為傳統的穩壓電源電路來進行對比分析，主要優勢表現在電壓穩定度高、操作方便之上。如今，電子式直流穩壓電源則是電子技術之中最為常用的設備之一，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域之中。鑒于此，本文主要分析可調式直流穩壓電源設計。

關鍵詞：可調式；直流穩壓電源；設計

中圖分類號：TP216 文獻標識碼：A

1、概述

直流穩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、設計及開發電路必不可少的電子儀器，而傳統的直流穩壓電源缺點較多，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。因此傳統的直流穩壓電源已經不能滿足當前需要，而基于單片機的數控直流穩壓電源具有結構簡單、操作簡便、電壓穩定度高，且輸出電壓信號采用數字顯示，具有直觀易讀等優點，可以很好地解決傳統直流穩壓電源存在的不足。

2、方案設計

2.1、設計思路

直流穩壓電源一般由電源變壓器，整流電路，濾波電路，穩壓電路等組成，設計直流電源完成以下工作：

（1）設計變壓器電路：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，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）設計穩壓器電路：穩壓器的作用是在外部因素（電網電壓，負載，環境溫度）變化時，能夠輸出不受影響并保持穩定的直流電壓。

2.2、穩壓方案的選擇

（1）穩壓方案：使用晶體管串聯式直流穩壓電路。交流電壓經整流濾波后，得到平滑的直流電壓，并作為穩壓電路的輸入電源。同時采用了比較放大電路，它的核心是取樣調整，輸出電壓的穩定是晶體管的壓降相應改變，使輸出電壓保持穩定。（2）穩壓方案：采用穩壓專用集成電路。一般采用輸出電壓可調且內部有過載保護的三端集成模塊，其輸出電壓調整范圍寬。分析：方案一簡易可用，但調壓范圍大時，穩壓精度要差一些。方案二利用穩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。故采用第二種設計方案。

3、可調式直流穩壓電源設計

3.1、硬件電路的設計

根據設計要求，利用模塊數量的組合，數字化高壓直流電源的設計是通過智能控制方案完成的。系統可分為數字和模擬兩部分，數字部分發揮單片機的智能控制功能，并結合顯示模塊，按鍵控制模塊，AD轉換模塊和數模轉換模塊完成智能控制系統，實現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。系統控制采用單片機，單片機集成軟件編程完成LED顯示，DA轉換，廣告轉換，鍵盤控制，實時電壓測量等。單片機采用Atmal公司的AT89C52芯片，軟件編程應用匯編語言，方案原理和系統框圖如圖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，調節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）隔離與驅動電路的設計

由于高壓電源電路開關管和升壓變壓器工作在振蕩狀態，因此電路會產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。結合本系統，前者的優點是可以作為開關的前級推動變壓器，從而使開關管獲得足夠的功率進行驅動，這可以減少開關管的損耗。

（3）開關升壓電路的設計

主要考慮的是兩點，一個是開關頻率，第二個是開關管參數的選擇。開關管的選擇直接影響整個電路的工作。開關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。轉換器振蕩頻率F，一般在幾十Hz赫茲的范圍內可用。結合本電路，作為室內使用電源的設備，綜合考慮了變頻器的優缺點，考慮到變壓器繞組的困難（初期生產，經驗不足），決定選擇約10000HZ。

（4）倍壓整流電路的設計

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。這個電路設計要求的根源。

3.2、軟件設計

程序設計主要包括鍵盤處理程序模塊，AD轉換編程模塊，DA轉換編程模塊，錯誤處理程序設計模塊，報警狀態輸出模塊等。

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。初始功能設置為雙行顯示，八位數據接口。開始顯示，關閉光標和閃爍控制，初次顯示為兩行，表示體統啟動進入等待階段。之后進行延時操作（2μs），進行清除操作。顯示設定的固定內容電壓和電流，以及對應的單位，該階段無具體數值。打開定時器，設置中斷，將TLC1543的通道地址和數量分別存放在R4、R3寄存器中；R1、R2寄存器存放A/D轉換結果。之后進入循環，在循環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，進行數值的運算，再將運算結果顯示在液晶屏上。程序中會進行多次循環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。比例計數器GM計數管需要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能夠在相當大的范圍內連續調節，經過系統高壓連續調節范圍300？3000伏，達到設計要求。由此可見，本文的研究也就顯得十分的有意義。

參考文獻：

[1]李杰，程為彬，馮篤，滿榮娟.低紋波雙電池直流穩壓電源設計與實現[J].現代電子技術，2016，39（14）：150-153.

[2]周碧英.基于MATLAB的可調直流穩壓電源設計與仿真研究[J].河南科學，2015，33（10）：1762-1766.

[3]周贊星，許建明.數控直流穩壓電源設計研究[J].電子世界，2012（24）：48.

[4]劉文芹.直流穩壓電源設計及串聯應用[J].電源世界，2005（06）：25-28.

[5]孟祥印，肖世德.基于先進集成電路多輸出線性直流穩壓電源設計[J].微計算機信息，2005（01）：154-155+180.