直流数控可调稳压电源的设计

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。