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摘 要： 摘要：為了解決直流穩(wěn)壓電源的穩(wěn)定性和靈敏度等問題，采用STC89C52單片機(jī)作為主控單元，用電源變壓器、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路等部分組成0.0V~10.0V可調(diào)式直流穩(wěn)壓電源，并用proteus進(jìn)行仿真。測(cè)試結(jié)果表明，直流穩(wěn)壓電源的穩(wěn)定性和靈敏度顯著提高。
摘要：為了解決直流穩(wěn)壓電源的穩(wěn)定性和靈敏度等問題，采用STC89C52單片機(jī)作為主控單元，用電源變壓器、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路等部分組成0.0V~10.0V可調(diào)式直流穩(wěn)壓電源，并用proteus進(jìn)行仿真。測(cè)試結(jié)果表明，直流穩(wěn)壓電源的穩(wěn)定性和靈敏度顯著提高。
關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī);直流穩(wěn)壓電源;變壓器;性能測(cè)試
伴隨著電子技術(shù)應(yīng)用范圍的擴(kuò)展，其種類也日漸豐富，電子儀器己成為人們生活和工作不可或缺的一部分。電源作為電子產(chǎn)品的重要組成部分，發(fā)揮著極其關(guān)鍵的作用，電源系統(tǒng)優(yōu)良的穩(wěn)定性和可靠性也必然成為電子儀器正常工作的重要保障。目前，通信、辦公和家用電器、汽車生產(chǎn)等領(lǐng)域迅速發(fā)展，對(duì)電源也提出了更加嚴(yán)格的要求，傳統(tǒng)電源系統(tǒng)由于穩(wěn)定性和靈敏度等性能局限，在很大程度上也制約了相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
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20世紀(jì)中葉，晶體管的產(chǎn)生使晶體管串聯(lián)式穩(wěn)壓電源成為電源過渡元件，20世紀(jì)60年代后期，人們又對(duì)穩(wěn)壓電源進(jìn)行了改進(jìn)，開關(guān)電源快速發(fā)展，直流穩(wěn)壓電源得以廣泛使用[1]。時(shí)至今日，在電源范疇內(nèi)，供電電壓高、電流大的電子計(jì)算機(jī)電源由可控硅電源代替，低電壓、小電流電源一般用集成穩(wěn)壓器做電源[2]。在電源的設(shè)計(jì)過程中，電源變壓器的主要功能是將市電為220V50HZ的交流電變?yōu)槿藗兯枰碾妷海缓笤偻ㄟ^整流電路將交流電變壓為脈動(dòng)的直流電壓，最后經(jīng)過濾波電路獲得光滑的直流電壓[3]。
1直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)思路
直流穩(wěn)壓電源的電路一般由電源變壓器、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路、控制電路等模塊組成，其設(shè)計(jì)的一般思路是將輸入的220V50HZ市電通過變壓器，再經(jīng)過整流、濾波，最后進(jìn)行穩(wěn)壓。常用的直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)方案，主要有晶閘管串聯(lián)式直流穩(wěn)壓電路、三端集成穩(wěn)壓器電路以及用單片機(jī)設(shè)計(jì)的直流穩(wěn)壓電源等。本文采用STC89C52單片機(jī)作為控制部分，可通過數(shù)模轉(zhuǎn)換和電壓調(diào)整改變系統(tǒng)輸出電壓的大小。
1.1設(shè)計(jì)任務(wù)
直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)過程中，電源變壓器的設(shè)計(jì)主要是選擇適合的電源變壓器，將市電220V50HZ轉(zhuǎn)變?yōu)槿藗兯璧慕涣麟姟Ｕ鳌V波電路的設(shè)計(jì)，電源變壓器降壓以后將會(huì)得到人們所需要的交流電，再通過整流電路將其變換成單向脈動(dòng)的直流電壓，然后再經(jīng)過濾波電路變成脈動(dòng)小的直流電壓，濾波電路的作用是即濾掉交流成分，留下直流成分;濾波電路的主要作用是將脈動(dòng)直流電壓中的紋波濾除，進(jìn)而得到了比較平滑的直流電壓，濾波電容的大小為4700uf，耐壓程度為25V的電解電容。穩(wěn)壓電路的設(shè)計(jì)主要是當(dāng)出現(xiàn)外界影響時(shí)，能夠維持電壓的穩(wěn)定。控制電路的設(shè)計(jì)主要是通過STC89C52單片機(jī)控制穩(wěn)壓部分，使輸出的直流電壓更加穩(wěn)定。
1.2設(shè)計(jì)總體框圖
直流穩(wěn)壓電源的電路一般由電源變壓器、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路、控制電路以及顯示電路等部分組成[3]。直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。
1.3設(shè)計(jì)流程圖從流程圖
可以清晰地看出每個(gè)模塊的工作情況，直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)流程圖如圖2所示。
2直流穩(wěn)壓電源的主電路設(shè)計(jì)
2.1電源變壓器設(shè)計(jì)
電源變壓器的主要作用[4]是將市電220V50HZ的交流電壓U1變成所需要的交流電壓U2，其中變壓器二次側(cè)的功率與一次側(cè)的功率之比η為：P2/P1=η(1)變壓器的二次側(cè)電壓U2通過整流后將交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓，得到的半波整流和全波整流的電路輸出波形中有較大的紋波，它會(huì)影響負(fù)載電路的正常工作，為了減少脈動(dòng)的電壓，需要通過低通濾波器電路進(jìn)行濾波，使輸出電壓變得平滑。在理想狀態(tài)下，應(yīng)將交流分量的紋波全部濾除，使濾波電路的輸出波形中僅僅含有直流電壓。由于濾波電路這一無源電路的存在，接入負(fù)載后必定會(huì)影響它的濾波效果。交流電壓通過整流、濾波電路后雖變?yōu)榻涣鞣至枯^小的直流電壓，但當(dāng)電網(wǎng)電壓發(fā)生波動(dòng)，負(fù)載發(fā)生變化時(shí)，其值也會(huì)發(fā)生變化。穩(wěn)壓電路的功能就是使輸出的直流電壓基本不受外界溫度和負(fù)載變化的影響，因而可獲得良好的穩(wěn)定性能。
2.2整流與濾波電路設(shè)計(jì)
整流電路的作用是將交流電壓轉(zhuǎn)換成脈動(dòng)且單向的直流電壓，再經(jīng)過濾波電路將大的紋波成分進(jìn)行濾除，從而輸出平滑的直流電壓。
2.2.1整流電路設(shè)計(jì)
整流濾波電路種類繁多，最常使用的是單相橋式整流濾波電路[6]，其電路圖如圖3所示。
2.2.2濾波電路設(shè)計(jì)
在濾波電路設(shè)計(jì)中，因?yàn)檎魈匦耘c時(shí)間常數(shù)RC的值有關(guān)，RC的數(shù)值越大，電容放電越緩慢，濾波效果就會(huì)越好，因此通常的設(shè)計(jì)是濾波電容越大越好。為防止穩(wěn)壓器抑制電路引入的高電頻，電路中加入電容的作用，就是為了在增減負(fù)載電流不足時(shí)所引起輸出電壓波動(dòng)變化。
2.3穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)
穩(wěn)壓電源部分采用CW78XX三端集成穩(wěn)壓器設(shè)計(jì)。其中，CW78XX系列中輸出電壓為正，如7812則它的輸出電壓為+12V，三端集成穩(wěn)壓器CW78XX的輸入端所接入的電容C的作用是進(jìn)一步將紋波濾除，當(dāng)輸出電壓為12V時(shí)，最大輸出電流為0.5A，副邊電壓V2應(yīng)大于等于12.7V，故取V2為15V。
2.4單片機(jī)最小系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)
單片機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)，一是結(jié)構(gòu)容易突出控制功能，二是使用過程中便于產(chǎn)品化。在各種電子元器件中，單片機(jī)具有良好的性價(jià)比，其應(yīng)用范圍日漸廣泛。近年來，單片機(jī)主要應(yīng)用于智能儀器儀表、家用電器、機(jī)電一體化、實(shí)時(shí)工業(yè)控制等領(lǐng)域。STC89C52單片機(jī)各引腳的功能見表1。
STC89C52單片機(jī)設(shè)有4個(gè)雙向輸入輸出口，即P0、P1、P2、P3，每一組輸入輸出線都可以單獨(dú)作為輸入或輸出口，其中多功能I/O口引腳功能見表2。
單片機(jī)的最小系統(tǒng)主要由晶振電路、復(fù)位電路及電源電路等部分組成。晶振電路是由兩個(gè)大小為30pF的電容C2、C3及晶振X1構(gòu)成，其中晶振的頻率數(shù)值越大，單片機(jī)的執(zhí)行速度就越快，在單片機(jī)的電路設(shè)計(jì)中，晶振電路部分離單片機(jī)越近效果越明顯。復(fù)位電路是單片機(jī)運(yùn)作過程中，由于受外界因素干擾出現(xiàn)程序跑飛時(shí)，可以使用復(fù)位按鈕，使單片機(jī)內(nèi)部程序自動(dòng)從頭開始重新執(zhí)行。電源電路采用5V直接供電，可使用電腦端的USB接口。
2.5設(shè)計(jì)總圖
利用proteus設(shè)計(jì)的電路總圖如圖4所示。
3直流穩(wěn)壓電源的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)
3.1穩(wěn)壓電源的質(zhì)量指標(biāo)
穩(wěn)壓電源的質(zhì)量指標(biāo)[7]可以分成兩種，一種是特性指標(biāo)，主要包括輸入輸出電壓、輸出電壓調(diào)節(jié)范圍、輸出電流等;另一種是質(zhì)量指標(biāo)，主要包括穩(wěn)壓系數(shù)、電流電壓調(diào)整率、溫度系數(shù)、輸出電阻、紋波電壓等。
由于輸出的直流電壓Vo會(huì)隨著輸入的直流電壓Vi、輸出電流Io以及環(huán)境溫度T的變化而變化，即輸出電壓Vo=f(Vi,Io,T)。
3.2直流穩(wěn)壓電源的性能指標(biāo)測(cè)試
1)電壓測(cè)試結(jié)果
直流穩(wěn)壓電源的電壓測(cè)試見表3。
2)負(fù)載電流測(cè)試結(jié)果
因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)用單片機(jī)作為直流穩(wěn)壓電源的主控單元，系統(tǒng)的電壓調(diào)節(jié)范圍為0V～10V，采用每次0.1V的步進(jìn)調(diào)節(jié)，并且設(shè)置了加、減和復(fù)位按鍵，數(shù)碼管顯示清晰正確。通過測(cè)試結(jié)果可以看出，直流穩(wěn)壓電源的穩(wěn)定性和靈敏度顯著提高，測(cè)試誤差較小，基本實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)初衷。但直流穩(wěn)壓電源的功能上還不夠強(qiáng)大，缺少對(duì)顯示預(yù)置電壓、過流保護(hù)和過壓保護(hù)電路等內(nèi)容的設(shè)計(jì)，有待進(jìn)一步研究和提高。
