基于MCU的数控直流稳压电源设计
摘要：本项目设计制作一个输出电压范围（6~12V）可调节和输出电流范围（0~500mA）可调节的数控直流稳压电源。直流稳压电源通常是由四部分组成：电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路。其中难点在第四部分，本项目设计制作的是一个串联型线性稳压电路，主要包括基准电压电路，调整管，比较放大，取样电路四个单元模块。本项目将基准电压设计成一个数控基准电压，则稳压电路就可以构成一个数控的稳压电源。此基准电压通过单片机的A/D转换实现，通过差动放大电路与取样电压进行比较放大，输出电压通过调整管得到稳定，并通过单片机的D/A转换将采样电压，采样电流转换成输出电压电流并用数码管显示出来。本项目制作的数控直流稳压电源具有结构简单、调节方便、输出电压稳定性强、纹波电压小等优点。
关键字：数控直流稳压电源；基准电压；取样电路；单片机
一、设计任务与要求
1、设计任务
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，其原理框图如 图1所示。
电源稳压电路负载显示控制器输出电压电流采样键盘 图1 数控电源原理框图
2、 基本要求
精品
（1） 输出直流电压调节范围+6V～+12V。 （2） 最大输出电流为500mA。
（3） 按键设定输出电压值，分辨率为0.1V。
（4） 显示稳压电源实际输出电压值，要求精度为±（0.5％读数＋2个字）。 （5） 实时采样并显示输出电流，显示分辨率为1mA，要求精度为±（2%
读数+2个字）。
（6） 电压调整率≤0.2%（输入电压变化范围－10%～＋10%下，空载到满
载）。
（7） 电流调整率≤1%（最低输入电压下，满载）。
（8） 纹波电压（峰-峰值）≤10mV（最低输入电压下，满载）。 （9） 具有过流保护功能；动作电流不大于600 mA。（动作电流为输出电压
下降5%时，对应的输出电流值） （10）要求一路单电源供电。 二、基本工作原理
一个直流稳压电源通常是由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四个部分构成，前三部分电路的作用及工作原理较为简单。稳压电路较常用的串联型线性稳压电路具有结构简单、调节方便、输出电压稳定性强、纹波电压小等优点，其原理图如图2所示。输入电压为整流滤波电路的输出电压。
精品
调整管 + 比较放大 取样电路 + R1 UO RL R UI A R2 基准电压电路 - DZ - 图2 串联型稳压电路原理图
稳压电路的输出电压为： UO??1???R1??UZ R2?
Uz
图3采用差动放大电路的稳压电路
由上式可知输出电压与基准电压为线性关系，当改变Uz的大小，则输出电压也将发生变化。如果此基准电压是一个数控基准电压，则此稳压电路就可以构成一个数控的稳压电源。数控基准电压源的原理框图如图3所示。
输输输输输输输输输输D/A输输输输输输输输输输 精品
图4 数控基准电压源原
三、 单元电路设计参考 （1）稳压电路
串联型稳压电路参见图2，其中调整管是核心元件，它的安全工作是电路正常工作的保证，它的选用主要考虑其极限参数ICM，U（BR）CEO和PCM。调整管极限参数的确定，必须考虑到输入电压UI由于电网电压波动而产生的变化，以及输出电压的调节和负载电流的变化所产生的影响。
由图可知，调整管的发射极电流IE等于采样电阻R1中电流和负载电流IL之和，即IE=IR1+IL，调整管的管压降UCE等于输入电压UI与输出电压UO之差，即
UCE=UI-UO。显然，当负载电流最大时，流过调整管发射极的电流最大，即IEmax=IR1+Ilmax。通常，R1电阻上电流可以忽略，且IEmax≈ICmax，所以调整管集电极最大电流为： ICmax≈IEmax
（2）当电网电压最高，即输入电压最高同时输出电压最低时，调整管承受的管
压降最大，即 UCEmax=UImax-UOmin
（3）当晶体管的集电极电流最大，且调整管承受的管压降最大时，调整管的功
率最大，即 Pcmax= ICmax UCEmax
（4）由以上几式即可确定调整管的极限参数。实际选用时，还要考虑留一定的
余量。
（5）电路设计的参数计算：
图中输出电压关系为：Uo?
R4?R5UZ R5 精品
=12+1.5+1=14.5V
取
取1.2 取43
取560 放大倍数为6倍，取 采样电阻取值：要满足最大采样电压不超过2.4V避免烧坏单片机ADC0口 所以取值： 额定电流下（500mA）负载是R=C=133
具体电阻视实验室提供的大小进行调整！
四、稳压电源主要性能指标
直流电源的技术指标分为两种：一种是特性指标，包括允许输入电压、输出电压、输出电流及输出电压调节范围等；另一种是质量指标，用来衡量输出直流电压的稳定程度，包括稳压系数（或电压调整率）、输出电阻（或电流调整率）、纹波电压及温度系数等。
稳压电源主要性能指标测试。 1、输出电压范围
精品
取100
数控直流稳压电源(最新)
