数控线性直流稳压电源及改进

一、设计任务与技术指标 （一）设计任务 设计并制作一个数字控制直流稳压电源 （二）题目分析 ?????? 本设计题目是设计一个从3～12V变化的、步进为0.1V的人性化、高指标、低成本的数控直流稳压电源。设计的思路为：在达到性能指标的前提之下，体现出人性化的思想，同时选择低价位的通用元器件来设计制作电路。在这当中，电路应该是简单、可靠、稳定，最重要的是有实用的价值，容易在工业中实现。 ?????? 针对以上的要求，我们最终选择用单片机（微型控制器）来作为控制部件，采用人性化的键盘来实现置数，把置数的值在D/A转换器和运算放大器的组合电路中来对功率复合管实现控制，在电压输出的同时用A/D转换器来对此时的输出电压值进行采样，来对键盘置的数字进行比较，从而实现动态的调整，使得数显的值和输出的电压时时保持一致，这样就保证了显示的值的真实性。于是我们的设计中应包括：数字控制模块、可人工置数键盘模块、A/D转换和D/A转换模块、功率放大模块、数显部分和辅助电源模块。只要电路设计得当，器件优化配置，是能够做好的。而完成这些部分的电路和芯片都很多，而合理的设计及选择设计电路则是完成设计的关键所在。 模块电路方案的比较和选择 1．系统电源模块? 在本设计中，电源部分的选择有两种：a、开关电源。开关电源特点在于其调整管工作在截止区或饱和区这两种状态，因而本身功耗小，电源效率高，同时体积较小，而且重量轻等优点，但是开关电源存在纹波系数大，噪声干扰较大的缺点。而存在的这些情况会使得我们的设计难度进一步加大了，这一点是我们不需要的。b、线形直流稳压电源。该电源可分为并联式线形电源和串联式线形电源。它的纹波较小，干扰小，成本低，稳定性能高，但体积大，重量大。在本设计中线形直流稳压电源的优点是我们所真正需要的，而缺点我们可以克服。最终选用了线形电源中的串联式稳压电源的工作方式，采用了这种的方案。 综合以上比较，在本设计中以单片机为控制中心采用串联式线形可调电源是很适合的方案。 2．数控模块? 数字控制技术是设计中关键之所在。在本设计中，它主要完成键盘控制、电压控制输出、预置值控制以及数码管显示控制、A/D转换等功能。在该系统中有以下三种方案供我们选择： （1）? 采用计数器。它来实现该功能，会使得使用的芯片较多，就造成控制电路内部接口信号繁琐，相互关联较多，而太多的分离元件会使系统的抗干扰能力差。而若用固定功能的芯片来搭接电路，则电路较为庞大，也不是很经济。 ? （2）? 采用单片机。单片机作为一个智能化的编程器件，编程灵活、功能强大，有助于我们系统功能的扩展。同时它的性能在不断的加强而价格却日益的下降，在成本上是一个首选的目标。它集成电路的技术使我们的系统进一步的简化，兼容性也较强。 ? （3）? 采用FPGA。 FPGA的方案脱离了单片机，完全由硬件来控制，因此它的系统响应的速度更加的快，同时又采用了FPGAIC，不仅满足了用户对系统的单片集成的要求，又利于扩展。但它的成本较高，而现在的技术还不能完成数字电路和模拟电路的集成。 综合以上比较，在本设计中的数控部分我们采用第二种方案。 3．输出模块? 在该系统中，输出部分有以下两种方案供我们选择： （1） 采用线形可调电源。通过改变其基准电压的方法使输出步进增加/减小 ，这样我们就得考虑整流以及滤波后的纹波对输出的影响。 （2） 采用集成运放NE5532作为前级的功率放大电路。由于该运算放大器具有很大的电源电压抑制比，可以大大减小输出的纹波电压。 在（1）中，为了抑制纹波而在线形可调电压电源输出端并联的大电容降低了系统的响应速度，这样输出电压难以跟踪快速变化的输入，（如频率较高的三角波等）。而方案 ② 中的单片机的输出信号进运算放大器的变换后，去推动后一级的复合管，纹波小，电流亦可扩展，容易保护电路。综合以上所述，在本设计中输出部分我们采用方案 ② 更为合适。 4．显示模块? 在传统的设计方法中，若显示输出是对电压的量化值直接进行译码显示输出，其显示值为D/A变换的输入量，由于D/A变换与功率驱动电路引入的误差，使得显示值与电源实际输出值之间就可能出现较大的偏差。我们都知道显示部分有三种方案供选择使用： （1）动态显示。其显示值是不断更新变化的，通过位选和列选来选中是哪一个数字显示，利用人眼的滞留效应，以很短的时间来一个一个的显示；用户所看到的是不稳定的数值，在视觉上效果不好，而且数值的不断循环显示，给控制器增加了不必要的负担。这是我们不愿意看到的。 （2）??? 静态显示。利用串行通信，把要显示的数据发送出来，放在临时寄存器里，然后显示数据值；只要我们的数据不改变，它是不变化的，而且它可以减轻控制器的负担。同时用户所看到的所显示的值是稳定的值，不会出现闪烁，这些都正符合我们的设计要求。 （3）? 动态显示和静态显示。是两种显示方法的混合。 根据设计需要以及功能强弱，在本设计中显示模块采用方案（2）。 从整体上来看，通过对以上四个模块的叙述以及综合系统设计的要求，此次设计的直流稳压电源为由单片机控制、静态显示、复合管作为功率输出的线形直流稳压电源。