可調式直流穩壓電源設計

蔣樹

摘 要：電源技術是一門實踐性很強的工程技術，該技術服務于各行各業。其中直流穩壓電源在電源技術中占有十分重要的地位。本文設計了一種可調直流穩壓電源，該電源由橋式整流、濾波、穩壓等幾部分所組成，通過滑動變阻器，實現輸出電壓在1.25～25V內可調。并且通過模數轉換器TLC 1543實現AD轉換，并通過STC89C52單片機，將輸出電壓和電流在液晶屏上顯示出來。測試結果表明，該電路具備操作便利、成本低、性能可靠等優點，具備實用價值。

關鍵詞：直流穩壓電源；AD轉換；液晶顯示

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.04.158

1 設計思路

（1）變壓電路的設計思路：選取匹配本文設計的電源變壓器將電網電壓220V降低到本次合適的交流電壓值。

（2）整流電路和濾波電路的設計思路：在通過變壓器降壓后的交流電壓，再經由整流電路整流將交流電壓變為直流電壓。直流脈動電壓通過濾波電路變成脈動較小的直流電壓，即是過濾掉交流的部分，保留下直流的部分。

（3）穩壓電路的設計思路：穩壓路整流將交流電路上某些非自身因素發生變動時，可以讓電路輸出不受其影響而保持相對持穩定的直流電壓。

2 系統硬件設計

2.1 主電路設計

直流穩壓電源是一個可以把220V交流電轉變成為穩壓輸出的直流電的設備，它通常由電源變壓器、整流濾波電路和穩壓電路所構成。

（1）電源變壓器：在本設計中主要起到降壓變壓器這一方面的功能，降壓變壓器的功能是把電網220V的交流電壓轉變成本設計中整流電路和電容濾波電路所必要交流電壓等級。

（2）整流電路：設計采用了四個整流二極管構成的橋式整流電路，把50HZ的正弦交流電轉變成為脈動的直流電。

（3）濾波電路：可以把整流電路輸出電壓中的交流的那一部分過濾掉。常見的整流濾波電路有電容濾波、全波整流濾波、橋式整流濾波等等。

（4）穩壓電路：穩壓管穩壓電路其工作原理是利用穩壓管兩端的電壓一旦有所變化，就會引起發其電流有比較明顯的變動這一特點，進過調節與穩壓管串聯的限流電阻上的壓降來達到穩定輸出電壓的目標。[3]在本次課程設計中準備采用串聯型穩壓電路，集成穩壓器選用LM317。

集成穩壓器有不少種類，而在小功率穩壓電源之中，最常見使用的是三端穩壓器。以輸出電壓的種類來可分類的話又可以分為固定式和可調式，另外又可以分為正電壓輸出或負電壓輸出這兩個種類。[4]而在本次設計中將采用三端可調穩壓器LM317。

LM317調整端通過RZ接在第二級LM3I7的輸出端，就這限制了第二級LM317的輸入輸出壓差，該壓差為U=1.25+（1.25/R1+0.005）×R2=5V。調節RW1時，即改變輸出電壓值，經過第一級的預調整，第二級又有固定的工作條件，穩壓源可得到高的穩壓精度以及小的波紋電壓。通過調節RW1后，輸出可以得到1.25～20V的電壓，通過調節RW后輸出可以達到0～25V的電壓。接上負載，調節RW1，用萬用表可以測得0.1～1.5A的電流。（D5、D6是保護三端穩壓317的二極管）。

2.2 STC89C52的使用及程序編制

在開始編程之前，應先按照說明書設置好地址，數據及控制信號，編程單元的地址加在P1口和P2口的P2.0～P2.4（八位地址范圍為0000H-0FFFH），數據從P0口輸入。把RST置為1并使之保持，把PSEN置為0并使之保持。EA/Vpp引腳是編程電源的輸入端，加上5V的工作電壓，ALE/PROG引腳輸入編程脈沖（負脈沖），編程時，將采用4-20MHZ的時鐘震蕩器。本次設計編程流程如下：

在地址線上加上要編程單元的地址信號。

在數據線上加上要寫入的數據字節。

激活相應的控制信號。

當每對FLASH儲存陣列寫入一個字節或每寫入一個程序加密位，加上一個ALE/PROG編程脈沖。改變編程單元的地址和寫入的數據。重復以上步驟直到全部物件編程結束。每個字節寫入周期通常約為1.5ms。

2.3 AD轉換電路設計

TLC1543的工作時序是AD轉換模塊與單片機接口程序編寫的依據，應完全依照前者來編寫。其AD轉換模塊的接口程序是由CONVETER的子程序構成。由于本次設計轉換完成的數據為8位，軟件編寫時將數據的高位字節存放在2EH單元中，低位字節存放在2FH單元中。本文設計的程序中STC89C52晶振為12.0381MHz。其中R4、R3寄存器分別存放TLC1543的通道地址和數量；R1、R2寄存器存放A/D轉換結果。

3 系統軟件設計

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。

4 結束語

本文設計以集成穩壓器LM317來作為穩壓電路的構成核心。并使用與其串聯的限流電阻上的壓降來達到本文設計的穩定輸出電壓的目標。具體地說是經過第一級的LM317集成穩壓器的調整端通過R Z接連在第二級的LM317的輸出端上來限制第二級LM317的輸入輸出壓差。并通過調節滑動變阻器來改變其輸出電壓的值，通過上一級的預調整再經過次級擁有較為穩定的工作條件，該穩壓源可以得到一個較高的穩壓精度以及出現較小的波紋電壓。

參考文獻：

[1]王大為.電子技術基礎[M].北京中國電力出版社，2010.

[2]李豐.模擬電子技術基礎第四版[M].江蘇中國礦業大學出版社，2007.

[3]金艷.模擬電子技術基礎實驗[M].北京中國水利水電出版社，2008.

[4]周開玲.模擬電路實驗[M].北京國防工業出版社，2009.endprint