数控开关稳压电源技术报告
目录
一、任务与要求
1、任务
设计并制作一个能将交流电变换为直流电的稳定电源。
2、要求
（1）稳压电源在输入电压220V、50Hz，电压变化范围＋15%～－20%条件下：a．输出电压可调范围为+5V～+12V,步进0.1V可调；
b．最大输出电流为1.0A；
c．纹波电压（峰-峰值）≤50mV（最低输入电压下，满载）；
d. 电压调整率≤1%，负载调整率≤2%；
e．具有过流及短路保护功能；
（2）稳流电源在输入电压固定为＋12V的条件下：
a．输出电流：0～500mA，且2mA步进可调
b．负载调整率≤1%（输入电压＋12V、负载电阻由200Ω～300Ω变化时，输出电流为20mA时的相对变化率）
（3）用数字显示输出电压和输出电流。
二、方案比较与选择
方案1：采用分立元件，例如自激式开关稳压电源，电路原理图如下：
输入电压为AC220v，50Hz 的交流电，经过滤波，再由整流桥整流后变为直流，通过控制电路中开关管的导通和截止使高频变压器的一次测产生低压高频电压，经由小功率高频变压器藕合到二次测，再经整流滤波，得到直流电压输出。为了使输出电压稳定，用了TL431 取样，将误差经光耦合放大，通过PWM 来控制开关管的导通与截止时间（即占空比），使得
输出电压保持稳定。
由上可见，这种方案电路比较复杂，调试难度大，所以不可行。
方案2：
DC-DC变换采用BUCK型变换器，用A/D不断检测电源的输出电压，根据电源输出电压与设定值之差，利用片内PWM模块输出PWM波，直接控制电源的工作。ARM扩展按键、数码显示功能实现数控输出电压。
此方案电路虽简单，但均由分立元件组成，受干扰大；并且PWM模块中单片机52控制程序复杂，考虑与A/D程序切换等因素，会造成输出的PWM波形延迟、失真，这样致使输出电压不够稳定等等。
方案3：采用稳压芯片如LM317T，其典型电路如下：
LM317T系列的稳压器是单片集成电路，能提供降压开关稳压器（buck）的各种功能，能驱动3A的负载，有优异的线性和负载调整能力，并且LM317T稳压器内部含有频率补偿器和一个固定频率正当其，能将外部元件的数目减到最少，使用简便。
本方案中，220V/50Hz交流电压经过整流电路和DC/DC稳压芯片LM317T变换为稳定的直流电压，然后通过调整R1和R2的比例关系来调整LM317T芯片的输入占空比来稳定输出电压。外部电路元件数量较少，程序也比较简单，并且输出电压稳定性也比较好。
通过对各种方案可行性、复杂程度、系统指标等方面的比较，综合各方案的优缺点，我们采用第三种方案。
三、系统硬件设计
3.1系统的总体设计
3.1.1 设计思想
系统以单片机AT89C52、LM317T为核心部件，通过单片机对输出电压进行采集、比较、运算，从而对输出电压进行自动调节控制，系统结构框图如图1所示。
220V/50Hz交流电压经过整流电路和DC/DC稳压芯片LM317T变换为稳定的直流电压5～12V输出，输出电压通过取样电路采样，经A/D转换芯片ADC0804转换后送给52处理后，控制模拟电子开关4051来分别选通9个电位器R2，改变R1和R2比例值，从而改变LM317T 芯片的PWM脉冲的占空比，使MOS管工作于开关状态，将输入的15V直流电压“斩波”为与PWM波频率相同的脉冲波，脉冲波通过整流滤波电路输出为5～12V的直流电压。
因为此题目要求有输出步进需求，所以可以事先调好每个电压对应的电阻值，通过按键选择输出电压，直接送给单片机处理，然后进行A/D转换，就可以得到要输出的电压。
同时将检测到的电压、电流值通过显示器LCD1062实时显示。
3.1.2 系统总体框图
图1 系统总体框图
3.2单元电路功能以及工作原理的分析
3.2.1 AT89C52单片机最小系统
最小系统包括晶体振荡电路、复位开关和电源部分。图2为AT89C52单片机的最小系统。
图2 A T89C52最小系统图
3.2.2整流电路
图3 整流桥电路
全波整流电路是由两个半波整流电路组成。由于加在上、下两整流管的输入交流电压极性相反，因此，达到动态平衡后，在每一个信号周期内，C1和C2经历2次充、放电过程，电流会出现两个同极性电流脉冲。因此叠加在Vo上的锯齿波状波动频率加倍，提高了滤波能力，从而减小纹波电压。
3.2.3电源电路
图4 电源电路
本直流电源由电源、滤波、保护、稳压等四个基本模块组成。
1.电源变压器采用降压变压器，将电网交流电压220V 变换成需要的交流电压。此交流电压经过整流后,可获得电子设备所需要的直流电压。
2.整流电路利用单相桥式整流电路,把50Hz 的交流电变换为方向不变但大小仍有脉动的直
流电。其优点是电压较高、纹波电压较小,变压器的利用率高。本设计用桥堆RS808 做全桥整流,最大电流可达8A,配合本设计的大滤波电容,使得本电源的瞬时大电流的供电特性好、噪声小、反应速度快、输出纹波小。
3.滤波电路采用电容滤波电路,将整流电路输出的脉动成分大部分滤除,得到比较平滑的直流电。本电路采用4700μF/50V 的大电容C3、C4 使输出电压更加平滑,电源瞬间特性好,适合带感性负载，如电机的启动。C3、C4 各并联了一只0.1μF/63V 的CBB 电容，滤去高频干扰,使输入到集成电路L11、L12 的直流电尽可能的平滑和纯净。
4.稳压电路由LM317 输出正电源,LM337 输出负电源。LM317 和LM337 均使用了内部热过
载,包含过流保护、热关断和安全工作区补偿等完善的保护电路,使得电源可以省去保险丝等易损耗器件。调节电路:为适应不同应用场合的需要而将电压设置为可调。输出电压的计算Uo=1.25×(1+Rf/R),可调电阻选用精密可调电阻,保证输出电压的精确可调。如本文选用的Rf 为5kΩ、R 为270Ω的组合,可以分别对1.25V～24V-1.25V～-24V 之间实现连续可调。
5.保护电路因为线性电源发热量较大，所以本电源中加了足够的散热器。由于采用高性能的集成电路,从而简化了电路的结构,突出了电源变换问题中的关键部分。通过调试与检测,电路整体性能良好。本电源不仅可以单独使用,还可以置于其他电子设备中用作稳压或稳流源使用。
3.2.4LM317T稳压电路
原理框图如下：
图5 LM317T构成的DC/DC转换电路
工作原理：
假定开关晶体管、二极管均是理想元件，电感、电容是理想元件，输出电压中的纹波电压与输出电压的比值小到允许忽略。
三极管工作在开关状态，如下：
图6 想情况下变化器原理
