一种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。
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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。
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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：
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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。
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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
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