直流稳压电源的设计方案精选(九篇)

第1篇：直流稳压电源的设计方案范文

【关键词】电子 线路实验 分析

一、电源的应用背景

电源可分为交流电源和直流电源，它是任何电子设备都不可缺少的组成部分。交流电源一般为220V、50HZ电源，但许多家用电器设备的内部电路都要采用直流电源作为供电电源，如收音机、电视机、带微控制处理的家电设备等都离不开这种电源。直流电源又分为两种：一类是能直接供给直流电流或直流电压，如电池、蓄电池、太阳能电池、硅光电池、生物电池等；另一类是将交流电变换成所需的稳定的直流电流或电压，这类变换电路统称为直流稳压电路。现在所使用的大多数电子设备中，几乎都必须用到直流稳压电源来使其正常工作。220V、50HZ的单向交流电源变压器降压后，再经过整流滤波可获得低电压小功率直流电源。然而，由于电网电压可以有+10%变化。为此必须将整流滤波后的直流电压由稳压电路稳定后再提供给负载，使负载上直流电源电压受上述因素的影响程度达到最小。直流电源电压系统一般有四部分组成，他们分别是电源变压器、整流电路，滤波电路、稳压电路。

二、总体设计

（一）设计的目的和任务

1、设计目的

（1）了解整流、电容滤波电路的工作原理；（2）掌握集晶体管稳压电源设计方法；（3）掌握仿真软件EWB使用方法；（4）掌握稳压电源参数测试方法。

2、设计任务

（1）稳压电源的主要技术指标：① 电网供给的交流电压为220V，50Hz；② 输出电压为6～12V；③ 输出电阻《0.4Ω；④ 最大允许输出电流2A； ⑤ 稳压系数S《8*10-?；⑥ 输出纹波电压《10mv（当Io=2A）；⑦ 具有限流保护功能，输出短路电流

（2）设计要求：① 根据设计要求确定直流稳压电源的设计方案，计算和选取元件参数。② 完成各单元电路和总体电路的设计，并用计算机绘制电路图。③ 完成电路的安装、调试、使作品能达到预期的技术指标。④ 给出测试各项技术指标的方法，撰写测试报告。

（二）设计原理

1.设计原理

电子线路在多数情况下需要用直流电源供电，而电力部门所提供的电源为220V、50HZ交流电，故应首先经过变压，整流，然后在经过滤波，和稳压，才能够获得稳定的直流电稳压电路稳定后再提供给负载，框图如下：

2.串联型晶体管稳压电路

晶体管串联稳压电源的组成，220V交流市电经过变压，整流，滤波后得到的是脉动直流电压Vi，他随市电的变化或直流负载的变化而变化，所以，Vi是不稳定的直流电压，为此，必须增加稳压电路。稳压电路取样电路，比较电路，基准并电压，和调整元件等部分组成

（三）总体设计方案

1.变压环节

通电为电压220V，频率为50Hz，为了保证后面可调范围为6～12V，选择初次级线圈匝数比为2000：141的pq4-10

2.整流、滤波环节

实验选择4个IN4002的二极管作为整流电路

因为市电频率是50Hz为低频电路，选择RC滤波电路。本实验选择的电容为1200μF

3.稳压环节

（1）调整元件。作为一个理想的电源，其内阻应该尽量小才能保证具有稳压的效果，根据晶体管放大器的知识可知：共集电极电路的输出阻抗最小。所以选择共集电极电路来实现，且尽量选择β值较大的晶体管，但是后来会发现并不是如此。由于电流和功耗等的影响，所以最好采用复合管来实现该要求，且有一个大功率管就可，本实验该电路选择的晶体管型号为2N3414（早期电压为51V，测试前高电流拐点为4.6A，功率很大），其它两管为小功率管MRF9011

（2）取样电路。这部分由两个电阻和电位器来实现，通过调整电位器的使输出电压的可调范围从6V到12V。

4.参数计算

输出电压 V0=5.982～12.15V

最大输出电流2A

R0计算：Ro=ΔVo/ΔIo*Vo

RL=50 Vo=7.177V，Io=143.5mA

RL=100 Vo=7.181V，Io=71.82mA

R0=0.35

稳压系数：s=0.038

Ro=ΔVo/ΔIo*Vi/V0

当vi=23.16v时候，v0=7.176

当vi=20.86v时候，v0=7.146

通过计算可得S=0.038

符合要求

纹波电压20.1mv

输出电流=3.016A

三、结束语

通过这次课程设计，我对于模电知识有了更深的了解，尤其是对串联直流稳压电源方面的知识有了进一步的研究。在电路的仿真过程中也提升了我的动手能力，实践能力得到了一定的锻炼，加深了对模拟电路设计方面的兴趣，理论与实践得到了很好的结合，加深自己对实用价值和理论的统一的了解，但对于理论和实际应用的统一和对于器件在实际中的使用还有很大的不足，不能在使用器件时选择合适的参数的器件，不能根据器件的编号知道器件的基本功能。在这方面需要很大的提高。

第2篇：直流稳压电源的设计方案范文

关键词：连续可调；直流电源电路；软启动；电压补偿；LM317

中图分类号：TN710

文献标识码：B

文章编号：1004―373X(2008)04―012―03

1 引 言

电子电路要正常工作，电源必不可少，并且电源性能对电路、电子仪器和电子设备的使用寿命、使用性能等影响很大，尤其在带有感性负载的电路和设备(如电机)中，对电源的性能要求更高。在很多应用直流电机的场合中，要求为电机驱动电路提供1个其输出能从0 V开始连续可调(0～24 v)的直流电源，并且要求电源有保护功能。实际上就是要求设计一个具有足够调压范围和带负载能力的直流稳压电源电路。该电路的设计关键在于稳压电路的设计，其要求是输出电压从0 V开始连续可调；所选器件和电路必须达到在较宽范围内输出电压可调；输出电压应能够适应所带负载的启动性能。此外，电路还必须简单可靠，能够输出足够大的电流。

2　电路的设计

符合上述要求的电源电路的设计方法有很多种，比较简单的有3种：

(1)晶体管串联式直流稳压电路。电路框图如图1所示，该电路中，输出电压Uo经取样电路取样后得到取样电压，取样电压与基准电压进行比较得到误差电压，该误差电压对调整管的工作状态进行调整，从而使输出电压发生变化，该变化与由于供电电压u1。发生变化引起的输出电压的变化正好相反，从而保证输出电压Uo为恒定值(稳压值)。因输出电压要求从0 V起实现连续可调，因此要在基准电压处设计辅助电源，用于控制输出电压能够从0 V开始调节。

单纯的串联式直流稳压电源电路很简单，但增加辅助电源后，电路比较复杂，由于都采用分立元件，电路的可靠性难以保证。

(2)采用三端集成稳压器电路。如图2所示，他采用输出电压可调且内部有过载保护的三端集成稳压器，输出电压调整范围较宽，设计一电压补偿电路可实现输出电压从0 V起连续可调，因要求电路具有很强的带负载能力，需设计一软启动电路以适应所带负载的启动性能。该电路所用器件较少，成本低且组装方便、可靠性高。

(3)用单片机制作的可调直流稳压电源。该电路采用可控硅作为第一级调压元件，用稳压电源芯片LM317，LM337作为第二级调压元件，通过AT89CS51单片机控制继电器改变电阻网络的阻值，从而改变调压元件的参数，并加上软启动电路，获得0～24 V，0.1 V步长，驱动能力可达1 A，同时可以显示电源电压值和输出电流值的大小。

正、负端压差控制电路的作用是减少LM317和LM337输入端和输出端的压差以降低LM317和LM337的功耗。稳压电路由三端稳压芯片LM317(负压用LM337)及器件组成，输出电压控制电路采用继电器控制的电阻网络。电阻网络的每个电阻都需要精密匹配，电阻的精密程度直接影响输出电压的精度。电压电流采样电路由单片机控制实时对当前电压电流进行采样，以修正输出电压值。掉电前重要数据存储电路用以保存当前设置的电压值，可以方便用户在重新上电后不用设置，而且也不会因为电压值过高损坏用户设备。

该电源稳定性好、精度高，并且能够输出±24 V范围内的可调直流电压，且其性能优于传统的可调直流稳压电源，但是电路比较复杂，成本较高，使用于要求较高的场合。在实际中，如果对电路的要求不太高(这种情况较多)，多采用第二种设计方案。

3　实际电路的设计

电路采用三端集成稳压器电路方案，电路原理图如图4所示。其中IC为三端集成稳压器。晶体管T，阻R3和电容器C组成软启动电路。电阻R4和二极管D组成电压补偿电路。电容C2为输出滤波电容。

(1)三端集成稳压器LM317及其调压原理。图4中IC采用了LM317系列三端集成稳压器，其输出电压调节范围可达1.25～37 V，输出电流可达1.5 A，内部带有过

(3)软启动电路设计。软启动电路由晶体管T，电阻R3，R和电容器C组成。其作用是使电路输出电压U0有一个缓慢的上升过程，以适应感性负载(如直流电机)的启动特性。当输入电压U1接入时，因C上的电压不能突变，故T因基极电位较高而饱和导通，使U2(LM317的2脚电位)和U3都很低，故U0很小，随着C的充电，T的基极电位下降，其集电极电位(即U2)升高，使U3升高(因U32为一稳定电压)，所以U0也升高。当C充满电时，T被截止，启动电路失去作用，U0也达到设定值。启动的时间可以通过改变C和R的值进行调整。

(4)改进方案。由于该电路的输出电压的调整完全依赖电电位器R2的改变，因此R2的改变范围较大，这样在输出电压的调整过程中，容易调过头或调不足，要准确地实现0～24 V宽范围的电压任一电压有些调整比较麻烦，必须反复调整，只依赖R2是比较困难的，如果将电位器R2用一个电位器R′2和电阻R档串联实现，通过一个开关实现电阻R档的改变从而改变输出电压的范围，并在所选择的输出电压范围内通过改变电位器R′2的阻值得到所需要的准确的直流电压输出。电路如图6所示。

第3篇：直流稳压电源的设计方案范文

关键词：交流变直流 电路设计

中图分类号：G633.7 文献标识码：C 文章编号：1672-1578（2017）02-0111-01

电对于我们来说，通常是无色无味并且无法看见和听见的，只有通过专门的仪器才能探测到它的存在。在现代的工业、农业的生产中及人类的日常生活中，交流电被大量的使用着，这是由于在生产、输送及使用等方面交流电具有特别的优势和重大的经济价值。而直流电则被广泛的应用在电解，电镀，各种电子仪器，以及电子产品等方面。那么交流电是如何变成直流电的呢？利用交流变直流怎样设计出相应的电子产品呢？下面我将进行分析和探讨。

1 设计思路

一般而言，交流电（AC）主要指的是方向和大小会随着时间而作出周期性改变的电流。而直流电（DC）则指的是方向和大小均不会随时间发生变化的电流。

通常来说，交流电变直流电主要经过整流、滤波、稳压三个步骤。实现交流电的整流，一般情况下的整流装置均是通过晶体二极管的性能――单向导电来进行整流。而且在任何情况下，该电路设计中的整流器都只能一个方向导电。整流通常有桥式整流、全波整流、半波整流等几种形式。

另外，整流电路在电路设计中的作用主要是通过利用单向整流原件，使具有正负交替变化的正弦交流电压整流成单方向的脉动电压。然而，这种单向的脉动电压往往包含着的脉动成分很大，与理想的直流电压距离很远。本文中我们采用桥式整流电路来实现我们的设计需要。

2 设计案例：实现220V交流电变5V直流电的电源电路设计

2.1 电路实现功能

该电路输入的是家用220V的交流电，经过全桥整流的方式，稳压后输出5V直流电。

2.2 特点

输出电压比较稳定，具有方便与实用的特点，最大的输出电流是1A，可以带动一定的负载。

2.3 电路工作的原理

当变压器的输入端经过一个保险连接到电源插头后，若变压器或是后面的电路有短路的情况发生，保险内的金属丝会因大电流带来的高温产生溶化后断开。 变压器的后面有4个二极管共同组成为一个桥式的整流电路，整流后得到一个电压波动较大的直流电源，因此，在这里接了一个数值330uF/25V的电解电容。在变压器的输出端有9V的电压，它经过桥式整流和电容滤波后，在电容C1的两端大约会产生比11V多一些的电压，如果从该电容的两端接一个负载，当负载发生变化或是交流电源发生少许的波动都将导致C1两端的电压产生程度较大的变化，所以想要得到一个稳定性较高的电压，在这里可以接一个三端的稳压器元件。所谓的三端稳压器指的是一种集成电路元件，内部是由一些电阻和三极管构成，在对电路进行分析时可简单将它认作是一个能自动进行调节的电阻元件，当负载电流变大时在三端稳压器内的电阻会自动的变小，而当负载电流变小时其电阻又会自动的变大，这样就可以做到保持稳压器内输出的电压基本保持不变。

由于要输出5V的电压，因此，可选择使用7805，其之前的字母一般会因生产厂家的不同而出现不同的情况。本文中采用的是LM7805，它的最大输出电流是1A，内部存在有限流式短路进行保护，在短时间之内，如几秒钟，输出端对地（2脚）的短路是不会使7805烧坏的，如果时间较长的话，就不一定了，这跟散热条件相关。在三端稳压器后面我们会接一个105的电容，该电容起到滤波和阻尼的作用。最后在C2的两端再接一输出电源的插针，用于与其它用电器连接，如MP3等。尽管7805的最大电流是1A，但实际在使用之时一般不会超过500mA，否则的话会产生较大的温度，而烧坏整个电路。一般在负载电有200mA之上时会加入散热片。对于5v的直流电源在现实中需求的情况比较多，在单片机和一些电路中也应用的较多，因此，为了更方便快捷的由220v 的交流电得到这样的电源，故而设计了这样的一个电路。

按照本文电路设计，进行仿真模拟和测试。发现加上220v交流电源后，发光二极管会亮，显示电路工作状态正常。然后采用万用表对输出电路进行开路检测，显示输出Vo=5.02v，接着接上10k左右的负载，显示Vo=4.85v。至此，实验结束，电路设计方案成功。

3 结语

通过对本文的学习，希望高中生能积极的参与到物理课的科学实践中来，树立起创新意识和实践意识。能将平时的课程结合有关的生活实际，进行有效的开发和运用，培养学生成为一个不仅理论过关，而且动手能力突出的高能人才。

参考文献：

第4篇：直流稳压电源的设计方案范文

关键词：单片机；数据采集；电源模块；设计

中图分类号：TP303+.3 文献标码：B 文章编号：1009-3044(2007)06-11690-01

1 引言

电源模块是单片机应用系统或数据采集系统中不可缺少的部分，但不同系统会有不同要求，本文就针对该模块的设计作些探讨。

2 相关知识

设计时通常提倡采用“器件解决”途径（即尽量寻找合适电源芯片来解决难题）的指导思想，故对电源器件的了解是很必要的。为讨论方便现先给直流电源器件做个分类：

2.1 按原理分类[1]

a)线性稳压电源

线性电源是调整管工作在放大区域的电源，它通过改变调整元件的控制信号强弱来调节其等效电阻大小，从而稳定输出电压。其特点是纹波系数小，但效率低，一般适用于小功率的电子电路。

b)开关稳压电源

开关电源是调整管工作在开关状态，通过改变开关管的导通时间，来得到稳定的电压输出。其特点是纹波系数大，电磁兼容性差、但效率高，过载能力强，一般适用于大功率或要求效率高的场合。

2.2 按用途分类

a)通用型：常用的有线性类型的稳压电源器件、开关类型的变换电源器件；

b)专用型：一些多功能的、专门用途的电源器件。

3 模块设计

实际中给系统供电的一般是已经过工频整流、滤波、一次稳压的直流电源，或直接采用各种电池，故此处就不讨论这部分。

3.1 方案确定

对一个需要多组电源电压的系统来说，通常有以下几个方案[2]:

1)采用一个具有多路输出的隔离型DC/DC模块;

该方案实际是一个区域的集中式供电，存在着集中式供电的一些弱点，另外也很难获得满足系统实际需求的商品化多路输出DC/DC模块，参见图1（a）。

2)采用多个不同的隔离型DC/DC模块获得多组电源;

该方案最为简单，只须根据系统要求购买合适的商品化模块，然后按照制造商的规定将其安装到系统中，不需要太多设计就可达到过压、过流保护、热管理等方面的系统要求。缺点是成本过高，原因是每个模块都有独立的隔离变压器、反馈环路及其它一些相关元件,参见图1（b）。

3)采用一个隔离型DC/DC获得系统主电源，然后由系统利用多个非隔离DC/DC变换模块获得各种电源。

该方案可以获得最低的成本。由一个DC/DC转换器提供隔离及系统主电源，其它电源采用廉价的拓扑变化获得。一般来说，除主电源之外的其它辅助电源功率相对较低，且多数不需要和主电源隔离，因此实际实现起来比较容易，成本廉价，使系统成本得以优化，参见图1（c）。

3.2 几个关键环节的处理

1）二次稳压处理

对数字器件或稳定性要求较高的器件，通常需采用二次稳压处理。与此相关的可选用电源器件为线性稳压源类型，常用的如三端稳压源CW78XX,CW79XX等，示例[3]见图2（a）。设计中基本都要用到二次稳压处理。

2）升降压和倒相变压处理

在系统中一般都需要设计多个电压等级，如典型的有+/-3.3V用于微耗芯片供电；+/-5V用于单片机IC供电；+/-12V或+/-15V则为数据采集AD芯片所用，这时就需要采用升降压办法来变换电压值大小，而用倒相方式改变电压极性。与此相关的可选用电源器件多为开关型电压变换器件，如MAX系列电源芯片等，示例[3]见图2（b）、（c）、（d）。在设计中是必定要用到升降压和倒相变压处理的。

3.3 几个方面的考虑

(1)电源功率及效率考虑

功率和效率二者是所设计电源的质量参数，它们关联到驱动能力，低耗设计，系统安全运行，散热等问题。二者的含义[1]为(在电源正常输出时)：

。┑缭垂β=输出电压 输出电流；

）电源效率=电源输出的功率/进入电源的功率。

设计中要求具有一定的过载能力。

(2)抗干扰能力：要求具有良好的电磁兼容性，常采用的措施如电源滤波、屏蔽与隔离、接地等[4]；

(3)电源监测及过欠压检测功能:目的是防止电源出现故障、过压或欠压，尤其对电池供电型系统是很必要的；

(4)低耗、散热考虑。

以上功能一般可通过选用专用型电源器件得到实现，请参看相关资料[5]。

4 结语

单片机应用系统或数据采集系统拥有一个优质的电源模块是其能稳定、安全工作的重要保障。本文分析了在设计电源模块时应掌握的一些要点，首先应根据系统的要求确定设计方案，文中介绍了三种常用方案 ；其次是稳压和变压这些关键环节的处理；最后介绍了为获得高性能电源模块需作的一些考虑等等。希望能给需进行电源模块设计的初学者带来有益帮助。

参考文献：

[1]李哲英.电子技术及其应用基础（模拟部分）[M].北京：高等教育出版社,2003：328-333.

[2]郭锥.基于单片机的膛壁温度报警系统设计[D].南京：南京理工大学(硕士论文)，2006.

[3]林慧.智能电气阀门定位器的研究开发[D].天津：天津大学(硕士论文)，2003.

[4]刘光斌，刘冬，姚志成.单片机系统实用抗干扰技术[M].北京：人民邮电出版社，2003：108-138.

第5篇：直流稳压电源的设计方案范文

关键词：免维护蓄电池；直流屏；设计方案；分析

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.06.251

0 引言

在当前的电力配变电设备监控中，直流屏的应用发挥着重要作用。为了确保直流屏监控作用的稳定性，避免以电源稳定性差问题造成直流屏难以正常工作的问题，技术人员采用了高质量蓄电池作为直流屏电源。因此技术人员结合免维护蓄电池特点，开展了直流屏电路设计研究。其研究的重点在于针对免维护蓄电池直流屏设计方案进行分析，寻找其优缺点完善其设计方案。

1 免维护蓄电池特点分析

在实际应用中免维护蓄电池与普通蓄电池比较，具有以下两个特点。一是较高的稳定性。与普通电池比较，免维护蓄电池的稳定性较高。这种稳定性与其自身结构特点有着重要联系。这主要是由于免维护蓄电池在使用中处于全密封状态，因此其电解液的消耗量远远低于普通电池，进而提高了电池稳定性。同时电池的密封性，还提高了其抗震、耐高温性能，同时很好减小了电池体积小，降低了电池整体的自放电性。研究者技术人员发现，免维护电池的寿命是普通蓄电池的两倍。二是一次性使用状态。因为免维护蓄电池属于密封性电池，因此其使用处于一处性使用状态。正因如此，技术人员必须在直流屏供电线路中，必须选择可以长时间使用的蓄电池，进而降低直流屏维护与使用成本。

2 免维护蓄电池直流屏的主要特征

在当前免维护蓄电池直流屏使用研究中我们发现，受到新技术影响直流屏在使用与维护中存在以下优势性特点。

2.1 降低了维护与管理工作

直流屏的维护与管理主要包括了蓄电池与控制系统两个方面工作。在新技术支持下，免维护蓄电池直流屏设备在使用中可以有效的免于维护与管理工作。在电池使用中，免维护蓄电池的应用极大地减轻了直流屏维护工作量。而在控制系统方面自动化控制技术有效的降低了系统维护工作量。在这些技术支持下，直流屏设备就可以实现无人值守的管理模式。

2.2 使用稳定性较高

免维护蓄电池的一个重要特征就是电池运行稳定。因此使用免维护蓄电池的直流屏，其设备使用稳定性得到了很大保障。经我们使用研究发现，使用免维护蓄电池的直流屏设备低于传统设备电池更换率。同时在直流屏安装与使用技术中，设计者可以使用多块电池为直流屏提供电力。当一块电池出现电力不足的情况下，控制系统可以有效的在电池间进行转换，很好地提高了电池运行稳定性。

2.3 设备整体体积缩小

由于免维护蓄电池使用了密封技术，因此其电池体积小于普通蓄电池。同时电池的免维护特性，使得技术人员不用为电池维护预留操作空间。因此在屏柜式安装模式下，直流屏的体积减小。

2.4 确保设备无污染运行

电池污染是传统直流屏使用中遇到的主要问题。而免维护直流屏采用了密封技术，同时在使用中不用加入电池液。这些技术措施都避免了电池污染的出现，进而在技术层面提高了直流屏工作质量与效率。

3 免维护蓄电池直流屏连接设计方案分析

在免维护蓄电池直流屏使用中，正确的连接方式可以很好地发挥出其技术优势。因此技术人员根据电力系统的实际运行情况，针对直流屏连接方式开展了设计方案研究。但是由于各设计方案间具有各自优劣性，造成设计者难以有效的确定设计方案内容。下面我们针对两种连接设计方案进行分析。

方案一。这一方案秉承了简单易行的接线方式，将整流器与直流屏的控制母线与蓄电池分别进行连接。在连接完成后，其工作模式包括了以日常与停电两种工作模式。（1）日常状态。在日常工作中，通过电源线路接入的稳压限压整流器，为直流屏中的控制母线提供电力，同时为免维护蓄电池充电。（2）停电状态。在电力系统发生故障，或整流器损坏的情况下，免维护蓄电池通过自动控制系统向直流屏控制母线提供电力，确保直流屏确运行的不间断。

方案二。此方案连接方式是将三台整流器分别与控制母线、供合闸母线，以及蓄电池进行连接。其工作状态包括了以下三N。（1）日常状态。在日常状态下，整流器分别为直流屏供电控制母线、合闸母线提供电力，同时为蓄电池进行充电。（2）整流器故障状态。当为直流屏控电制母线提供电力的整流器发生故障的情况下，与电池连接的恒压限 流整流器直接向直流屏供电母线进行供电。（3）停电状态。当供电系统出现故障造成直流屏停电的情况下，系统控制蓄电池向控制母线与合闸母线同时进行供电，进而确保直流屏运行的不间断吗，提高直流屏工作稳定性。

3.1 设计方案优缺点分析

在直流屏蓄电池连接设计汇中，技术人员对以上的两个设计方案进行了实用性与技术性分析。其分析结果如下。（1）方案一在实际的使用中具有连接方法简单，技术要求与故障率低，以及便于维护的特点。但是在使用中我们也发现，这种连接方式在运行中会造成蓄电池频繁充电与发电过程，影响电池使用寿命。（2）方案二在使用中确保了日常状态下蓄电池长期处于充电备用状态，避免了其频繁充放电过程，有效的提高了电池寿命。同时恒压限 流整流器实现了蓄电池的自动充电恒压与恒流控制，提高了直流屏控制的智能性，同时确保设备运行的免维护，但是设备结构复杂维修有一定难度。

3.2 分析结论

过分析我们得出了以下结论：方案一连接操作与维护工作较为简单，但是其对蓄电池寿命有一定影响，同时智能控制性较差；方案二对于电池寿命有一定的保护作用，同时起到了很好地免维护控制作用，但是其使用的设备较多，维修难度大于方案一。因此方案二在使用中具有较强的技术保障性。但是方案一也可以在部分电路系统稳定，控制要求小的电路使用中。

参考文献：

[1]王炳林，陈立荣.免维护蓄电池直流屏在变电所中的应用[J].冶金动力，1995（06）.

第6篇：直流稳压电源的设计方案范文

【关键词】STC12C5A60S2；恒压；恒流；恒阻；过载保护

1 方案论证与设计

1.1 总体方案工作流程图

1.2 模块方案

1.2.1 恒压方案

直接用运算放大器OP07芯片来实现电压的比较放大，电路简单易懂。电路可以实现恒压功能模块，误差相对较小，且OP07芯片功耗较小。

1.2.2 恒流方案

用一个运放作为反馈，即选用OP07芯片来实现恒流功能模块的放大和比较。其电路图有足够的精度和可调性，元件普遍易于搭建和调试。综上所述，根据我们对电路的要求。

1.2.3 恒阻模式设计

可以在恒流电路的基础上通过MCU检测到的输入电压来计算电流，达到恒阻的目的。这样的话在恒流的基础上很好的实现了恒阻，电路简单。

由于三种模式的电路耗费器件，占用电路板面积，而且负载回路不唯一，在外接待测直流电源时有三个可能的接入回路。所以把三个电路整合到一起，通过机械开关和数控模拟开关来选择所需功能以及档位，三种模式共用MOS管、外界电路接口等，方便高效。

1.2.4 过载保护方案

采用一个MOS管来控制主MOS管的栅压，当满足过载保护的条件时，把该管栅压置高，MOS管导通后把主MOS管的栅压拉到0，从来实现过载断开保护。

1.2.5 单片机与运放供电方案

用LM78/LM79系列三端稳压IC来组成稳压电源所需的元件极少，电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路，使用起来可靠、方便，而且价格便宜。

1.2.6 采样方案设计与选择

用霍尔传感器（ACS712）检测负载上电流，把电流变为电压，通过放大跟随，然后经过A/D把信号传给单片机。

1.2.7 单片机主控的A/D和D/A控制模块

采用高速、低功耗包含10位A/D的STC12C5A60S2单片机和TLV5618来实现对直流电子负载模块的控制。在本次设计中，通过程序设计经过判断由单片机处理过的采样数据，作出相应的操作，TLV5618是12位高速D/A转换器，可以实现精确的D/A转换。发送数据给TLV5618，产生模拟控制信号，控制比较放大器，以实现控制输出的电压及电流。A/D采用了单片机内部的10位A/D。

1.2.8 显示模块方案

我们设计的系统需要显示的信息较多，所以应选用显示功能较好的液晶显示，要能显示更多的数据，增加显示信息的可读性，看起来更方便。而240*320的彩色液晶屏有明显的优点：低功耗，显示信息量大，字迹美观，视觉舒适，容易控制。综上所述，如果要让两种负载参数（CV、CC）同时显示出来，且电路比较简单。

2 硬件原理分析及设计

2.1 总体负载电路设计

Vtest和GND是测试点。

为了提高D/A的驱动能力，给D/A加一个电压跟随器。电路包括恒压、恒流、恒阻模块，检测模块，功率控制模块，过载保护模块的电路图以及与之连接的STC12C5A60S2接口。

2.1.1 恒流模式

A.Vin

B.Vin>5V时，开关S1闭合，电阻分压后取电压后A/D显示；开关S2断开、开关S3闭合，引入电流反馈来稳定电流；S5断开，S6闭合，D/A接比较器正向输入端。

2.1.2 恒压模式

在恒压时为了减小自激震荡带来的纹波，在负载上并联了一个大电容和一个开关，通过开关来选择电容的接入与否。

A.Vin

B.Vin>5V时，开关S1闭合，电阻分压后取电压来电压反馈；开关S2闭合来给OP07闭合，开关S3断开，不引入电流反馈来稳定电压（此模式A/D取电压只用来显示）；S5闭合，S6断开，D/A接比较器反向输入端。

2.1.3 恒阻模式

A.Vin

B.Vin>5V时，开关闭合，电阻分压取电压（来显示和计算输出电流）；开关S2断开、开关S3闭合，引入电流反馈来稳定电流。假设Vin=10V，要设电阻为10Ω，那么通过恒流模式输出1A电流就可以实现恒阻。

2.1.4 过载保护电路设计

在电流值采样端，流过0.5欧姆电阻的电流不得超过设定值2A。当达到过载值时，单片机经过AD采样得知后，蜂鸣器会发声提醒，同时在单片机I/O口输出一低电平，使三极管截止，从而会迅速把控制主控MOS管栅压的MOS管导通，将栅压拉到GND，使主控管截止，断开负载，从来实现过载保护。

2.2 单片机与运放供电

变压器通过整流、滤波、稳压产生所需电压。电路中±15V电源给运放电路供电；+5V电源给单片机供电。

2.3 采样电路设计

用霍尔传感器（ACS712）检测负载上电流，把电流变为电压，然后经过A/D把信号传给单片机。

3 软件流程

此设计使用低功耗单片机STC12C5A60S2，利用该单片机通过程序可以实现以下三个功能：（1）设定恒压、恒流运行模式及参数。 （2）采样输出电压、电流并在LCD液晶上显示。 （3）当电流过大时，单片机就会启动过流提示，蜂鸣器发出报警信号，在恒流模式下减小DA输出电压以减小电路电流，实现过载保护。

系统流程图如图4。

【参考文献】

[1]华成英，童诗白.模拟电路基础[M].高等教育出版社，2006.

[2]阎石.数字电路技术基础[M].高等教育出版社，2006.

第7篇：直流稳压电源的设计方案范文

关键词：海上油气平台；柔性直流输电；换流器；主接线；接地方式

0引言

随着海上油田平台的大范围联网和向深海进军，海上输电的容量将更大、距离将更远。若采用传统的中高压交流供电方式［1-2］，由于受限于海底电缆的充电容量，有功负荷一般偏小，控制电压过高，容易击穿海缆，将严重影响平台的正常生产［3-5］。而若采用常规直流，由于海上平台主要为大功率高压电动机等变频负荷，本身需要消耗无功，无法为换流站提供换流容量，因此无法使用。相比中高压交流输电和常规直流输电，柔性直流输电不存在交流输电功角稳定性问题、充电容量小；不需借助受端电网换相，可以为海上平台的无源负荷供电；并且谐波电流小、无需滤波装置，可减小海上平台的占地面积［6-10］。因此，在海上平台输电系统中采用柔性直流输电方式，尤其是在长距离输电方面，可以有效地突破输电距离限制，降低系统造价，提高系统运行稳定性和可靠性等，是具有高度灵活性的海上平台输电系统新型输电方式。本文将探讨柔性直流输电技术在某海上油气田（简称A油气田）中的应用。相比同类工程，A油气田工程由岸上直接向海上平台供电，输电距离更远、容量更大、可靠性要求更高。文中将根据A油气田的调整工程和输电要求，给出对应的柔性直流输电系统换流器、主接线和接地方式等设计方案。在此基础上，根据技术经济性分析，给出相关主回路参数设计。最后，给出仿真分析结果。

1A油气田调整工程及输电要求

目前，在A油田群所在区域内共设有以下生产设施：6坐平台和一艘浮式生产储油卸油装置（FPSO），如图1所示。A油气田调整项目拟利用柔性直流输电技术，将岸上电网的电力通过直流海底电缆引入A油田群I平台，通过I平台（或者在旁边新建变电站平台），为本平台及其他新建平台供电。根据调研材料，A油气田相关港口地区目前已投产220kV变电站3座。A油田群区域高峰负荷预计约为50MW（预计发生在2019年），其中J平台电气计算负荷约为29.2MW；I平台电气计算负荷约为15.3MW；M平台电气计算负荷约为3.8MW。A油气田新建平台如依托港口电力，海底电缆需要穿越航道，且要避开锚区，因此提供两个海底电缆路由方案：方案一：32km路由（从港口到J区域平台），其中深埋铺设距离为21km；方案二：55km路由（从港口到I区域），其中深埋铺设距离为15km。本文采用方案二。

2换流器方案设计

两电平换流器、三电平中点箝位换流器和模块化多电平换流器（MMC）是目前最为主要的三种应用于柔性直流输电系统的电压源型换流器（VSC）拓扑结构［11］。相比二/三电平换流器的器件串联技术，MMC采用模块化串联技术，技术风险要小；并且模块化绝缘栅双极型晶体管（IGBT）相比压接式IGBT技术更加成熟，器件制造商更多。另外，在电平数达到一定程度时，MMC输出电压具有较高的正弦性，可以省略滤波器，同时开关频率大幅降低，损耗减小［12］。事实上，MMC换流器在模块化级联数量较多时，为了实现各模块电容电压的均衡控制，会导致控制器计算量过大，使得控制器过于复杂，可靠性下降。但是对于海上柔性直流输电系统而言，直流电压并不高，通常所需要串联的子模块数量也并不大，所以控制器也不会过于复杂。目前MMC换流器在Transbay工程、上海南汇风电场并网工程、南澳风电并网工程以及舟山风电并网工程中都得到了应用［13-14］。根据上述分析，本文在海上柔性直流输电系统研究中，VSC换流器采用MMC换流技术。

3主接线方案设计

3.1主接线可行性方案

考虑到海上平台的安全要求，对于海上柔性直流输电系统，主接线方式可选单极金属回线、对称单极和带中性线的双极接线方式［10］。相比金属回线方式，对称单极系统具有对称的直流电压，从而简化了变压器设计；另外，单极不对称系统直流极线所耐受电压是双极系统的2倍；事实上，如果考虑电缆的敷设费用，采用一根金属回线和一个极线的成本差距并不大。因此，相比单极金属回线方式，目前对称单极系统接线越来越被应用和接受。相比于对称单极系统，双极系统在一极出现故障时仍能够采用单极运行，可靠性要高；但是具有多个换流器，成本要高；通常应用于可靠性要求较高或电压等级较高和容量较大的应用场合［15］。根据上述分析，对于A油气田柔性直流输电系统，主接线方式优先推荐对称单极和带中性线的双极接线。为了提高可靠性，并且针对A油气田的输电要求（海上平台最大负荷约50MW），提供以下两种拓扑结构可供选择，分别是双对称单极的拓扑结构和双极的拓扑结构。

3.2主接线选型

图2给出了A油气田双对称单极和双极柔性直流拓扑结构设计。两种柔性直流系统均有两套直流输电通道系统，每条通道的额定输电容量均为50MW，且两条输电通道分别引自岸上不同的220kV变电站，以保证1∶1热备用。根据经济性分析，双极拓扑结构输电方案的投资运行合计费用略低于双对称单极方案的合计费用，但相差很小，差额占合计费用的0.66%。从可靠性角度来看，采用双对称单极的结构时，两回直流独立运行；而双极拓扑结构的方案中，直流的正负极之间有相互耦合，当某一极发生故障时，可能（在短时间内）影响另一极的正常运行，而海上油田群电网没有其他电源，对供电可靠性要求很高，需要尽量避免上述情况。从工程建设的角度来看，建设双对称单极结构的工程时，可选方案较多，更加灵活。从技术成熟度的角度来看，目前在国内已经投运的柔性直流输电工程中，大多采用对称单极结构。所以，综合上述考虑，本文中采用双对称单极来对A油气田柔性直流输电方案进行探讨。

4接地方案设计

对于基于MMC的对称单极系统，由于MMC直流侧没有集中电容，因此不存在自然的中性点。就目前来看，主要有交流接地和直流接地两种方案。在交流侧接地方式中，当联接变压器阀侧绕组存在中性点时，可以采用中性点直接经电阻接地，该方式附加设备较少，结构简单。而当联接变压器阀侧绕组不存在中性点时，可以采用配置星型电抗经电阻接地方式［15-16］。在直流侧接地方式中，对于MMC，其直流侧没有集中电容，可以采用箝位大电阻以引出接地支路，此种方案会造成较大的系统损耗。综合考虑到单极短路故障恢复时间和稳态功率损耗，通常建议MMC直流系统选择交流侧接地方式。对于A油气田双对称单极接线方案，整流站降压变压器网侧电压为220kV，根据我国对不同电压等级系统的中性点运行方式规定，系统中性点应直接接地，因此整流站变压器设计为“YN/d”联结，网侧中性点直接接地。这样，对于此对称单极系统设计为阀侧星型电抗加中性点电阻接地方式。对于逆变侧，由于A油气田海上平台中只存在负载不存在电源设备，因此直流系统无需接地。另外，考虑到平台35kV侧交流输电系统中性点经电阻接地的要求，变压器设计为“D/Yn”，两通道分别采用双绕组变压器，以提高供电可靠性。综上所述，图3给出了A油气田柔性直流输电系统双对称单极主回路拓扑结构。

5主回路参数设计

5.1容量和距离

根据1.2部分所述，A油田群负荷约为50MW。双对称单极系统的每个通道的额定输电容量均为50MW，以保证100%热备用。海底电缆路由方案选择从港口到I区域，距离为55km，其中深埋铺设距离为15km。

5.2直流电压和电流

A油气田双对称单极系统每通道输送功率为50MW，按照直流输电电压等级经验，可选直流电压等级为±40kV～±60kV。本部分主要通过经济性估算对三种电压等级方案（±40kV、±50kV、±60kV）进行选择。根据换流站和海缆制造商估算，表1给出了不同电压等级时双对称单极系统投资费用对比。其中，换流站投资费用主要包含换流阀投资费用、直流电抗器投资费用、开关设备投资费用、换流变压器投资费用，不含消防等辅助供电系统的设备成本、换流站建筑造价、换流站设计、安装、调试成本。从表1可以看出，对于双对称单极系统，随着电压等级的升高，换流站子单元串联数量增加，因此投资费用增加；海缆额定电流变小，因此投资费用减少；总的投资费用升高，但是增加量相对不大。表2给出了不同电压等级时双对称单极系统运行费用对比，这里运行费用主要考虑换流站和海缆损耗。其中，A油气田柔性直流输电工程主要采用MMC的换流器，取损耗率为0.65%。从表2中可以看出，随着电压等级的升高，海缆电阻率发生了变化，进而导致电压等级为±50kV时损耗最小。根据上述分析，电压等级为±40kV时，总的投资费最低；电压等级为±50kV时系统损耗最小。由于±50kV时的投资费用相比±40kV增加并不明显，若考虑损耗费用，在一定时间内也可以回收成本。因此，本文中A油气田双对称单极系统的直流电压优先选择±50kV。由于每个对称单极换流器承担50MW容量，可以得到直流电流有效值为500A。

5.3交流电压和电流

工程设计时，综合考虑到调制效果及器件利用率，对于±50kV直流电压，本文中设计换流阀网侧交流额定电压为52kV，则交流侧电流有效值为555A。

5.4换流器参数设计

根据上述分析，每个MMC换流器额定容量50MVA，换流阀网侧交流电压为52kV，交流侧电流有效值为555A；直流电压为±50kV，直流电流有效值为500A。可以得到MMC桥臂电流为324A。另外，对于MMC子单元的直流电压等级需要与所选的IGBT电压等级配合。目前，常用的高压IGBT器件的标称电压主要有：1700、3300、4500V和6500V。在实际设计时，考虑到开关器件开关动作时产生的尖峰电压，以及直流电容电压上存在的波动，在选择变流单元直流电压等级时需要考虑留有1.5倍～2.0倍裕量。表3给出了MMC换流器方案可供选型的器件及最小单元级联数量。事实上，根据MMC的谐波特性［17］，一般子模块串联数超过40个时，交流侧谐波满足标准要求，无需单独设置滤波器。考虑到器件技术的成熟度和成品率，对于A油气田电压等级可以优先选择1700V和3300V器件等级；另外，考虑到子模块串联数越多，控制系统越复杂，因此优先推荐3300V/600A器件。此时，最小单元级联数量63，级联数考虑约10%的裕量，取级联数为70。

6仿真分析

根据上述方案和参数设计，本文基于PSCAD4.5搭建了A油气田柔性直流输电系统的双对称单极仿真模型。仿真中，岸上整流站工作在直流电压控制模式，海上逆变站工作在交流电压V/f控制模式，MMC换流器均采用PWM载波移相控制，额定负载50MW/28Mvar。

6.1仿真波形

图4给出了岸上整流站MMC换流器的交流阀侧电压和电流波形。阀侧电压和电流都具有较好的正弦性，并且两个MMC换流器均稳定工作，具有相同的电压和电流。图5给出了海上逆变站MMC换流器的交流阀侧电压和电流波形。逆变输出电压均有较好的正弦性，有效值被控制在52kV，并且两个MMC换流器同样具有相同的电压和电流。图6给出了两个对称单极直流输电通道的电压和电流波形。直流电压均稳定在100kV，两通道均分负载，电流约为250A。

6.2潮流分析

表4给出了系统的潮流仿真结果。两通道均稳定工作，均分负载。由于换流器和直流海缆损耗，海上换流器输出有功功率要小于岸上换流器输出有功功率。

6.3谐波特性分析

本节的谐波特性分析中，主要以换流器与交流系统的耦合点作为监测点。图7给出了岸上整流站的电压和电流频谱图。从中可以看出，各次谐波分量远远小于基频分量。谐波分量中，5次谐波的幅值最大，谐波电压畸变率约为0.067%，谐波电流畸变率约为2.1%。单次电压和电流的谐波畸变率都满足IEEE-519谐波限值推荐标准。表5给出了岸上整流站和海上逆变站的电压和电流的谐波含量，其中THD（总电压谐波畸变率）和TCD（总电流谐波畸变率）的计算中考虑了前127次谐波。岸上整流站的THD为0.07%，TCD为2.2%；海上逆变站的THD为1.44%，TCD为0.66%。总的电压和电流的谐波畸变率都满足IEEE-519谐波限值推荐标准。根据上述仿真分析，A油气田柔性直流输电系统的双对称单极系统能够稳定工作，潮流平均分配，现有的MMC子模块串联数可以有效地抑制谐波，无需增加滤波环节。

7结语

第8篇：直流稳压电源的设计方案范文

关键词：功率因数校正；UCC28019；BOOsT；MC9S12XS128

DOI：10.3969/j.issn.1005-5517.2017.2.014

1 系统方案

本实验平台主要由BOOST升压电源模块、功率因数采集模块、单片机运算模块、功率因数校准及设定模块、电源模块组成，系统设计框图如图1，下面分别讨论各模块电路选用的基础。

1.1 电源模块

采用BOOST拓扑结构的开关电源。该拓扑具有电路简单、电源侧电流波动小等优点，同时也可让学生充分体验开关升压电路的技术特点和重要设计参数，了解电感手工制作过程。相比于推挽拓扑，本设计结构简单，且更适用于小功率型电源。

1.2 功率因数采集模块

本方案采用电流互感器、电压互感器采集电流电压相位信息，经过放大等处理后由单片机算得相位差，进而求解功率因数，与集成计量芯片ATT7053芯片方案相比较，本方案具有良好的电气隔离性能、成本低，且对原电路影响小等优点。

1.3 功率因数校准及设定模块

UCC28019是德州仪器公司生产的专用功率因数校正芯片，芯片接口简洁，且具有自动功率因数校正的功能，可完美与BOOST电路配合使用，完全解决了用软件设定开关管关断延迟而导致的不确定因素，提升了电路稳定性。

2 电路与程序设计

2.1 功率因数校正模块设计

功率因数校正部分基于UCC28019设计，主要分为输入继电保护部分、BOOST电路功率变换部分、UCC28019周边电路、IRF540功率MOS开关管及驱动电路、输出反馈电路。其中，继保部分利用单片机检测到的输出电流电压值控制继电器开断，对系统异常做出处理，设定为输出电流大于2.5A保护；BOOST电路部分设计为输出额定电压36V，并且采用了二极管阻容电路对尖峰电压进行抑制：UCC28019周边电路参考德州仪器给出的设计手册，结合实际需要进行修改；由于系统功率不超过100W，电流也较小，故采用MOS管进行开断，节约了开关驱动部分成本，IRF540也具有导通阻抗小的优势，有利于提升系统的效率；反馈电路采用电阻分压的方案，使用抗温飘性能好的精密电阻，保证系统稳定工作，且设置电位器改变输出电压值以胜任不同需求。电路原理设计如图2。

2.2 功率因数测量模块及程序设计

系统设计了功率因数测量单元，用于实时测定功率因数，同时判定是否需要发出继电保护信号，功率因数测量模块设计框图如图3。

功率因数采集单元安装互感器测量电流电压信号，用OP07及LM358构成放大跟随电路，互感器得出的信号可以放大到单片机内部AD可以直接采集的大小，而后直接交由纹机处理。小信号处理部分原理图设计如图4所示。

本系统采用Freescale的MC9S12XS128单片机，完成功率因数测量，并实现电压、电流等动态参数显示，同时通过测得电流值快速实现过流保护等功能。采集及继电保护软件流程如图5。

3 测试方案与测试结果

3.1 测试方案

首先上电调试反馈电路使系统稳定工作，而后依次测试电路电压调整率、负载调整率、效率等参数。测试前保证设定输出电压为36V，输出电流为2A额定状态，测量输入电压在20-30V间变化时的输出电压得出电压调整率并计算效率，同时记录系统功率因数。而后，调整输出负载，使输出电压在0.2-2.5A间变化，测量输出电压变化，得出负载调整率，同时验证系统在电流超过2.5A时是否可以自行保护。

3.2 测试结果及分析

测试数据如表1、表2所示。由数据得出系统电压调整率不高于0.5%，负载调整率不高于0.5%，效率等参数不低于95%，功率因数不低于0.95。可实现过流保护，保护电流为2.5A。

第9篇：直流稳压电源的设计方案范文

关键词：数控直流电源；TLC5615；TLC549

引言

本设计的课题，不仅让我们系统全面的巩固了三年来所学的的理论知识，还使我们把所学的理论知识运用到实际操作中。理论结合实际从而达到对理论知识更加的巩固与理解，为我们走向社会打下坚实的基础。

二十一世纪机械制造业的竞争，其实质是自动控制技术的竞争。

本次设计主要内容：数控直流电源；电源系统设计：编程软件，制作草图，确定需要设计的数控系统的规划，做出相应的系统结构图、流程图，确保所作图纸和规划无误；软件程序的编写：把编写好的程序导入89S52芯片中，调试程序是否正确，并做出修改。

具体内容：系统结构图一张、流程图一张、数据表一张、编写说明书一份、收集和研究原始资料，为数控直流电源的设计和调试做好初始准备，初步拟定设计方案，绘图和相应步骤，进行必要的理论设计和知识链接，选择最佳的方案进行调试，确定该方案的正确性，可行性和实用性，将该方案导入单片机调试箱调试程序是否可行，并做出相应的调整。学会并熟练掌握单片机技术的使用。

1单片机的基础知识

1.1单片机的概述

单片机是一种集成在电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。单片机也被称为微控制器（MicrocontrollerUnit），常用英文字母的缩写MCU表示单片机，它最早是被用在工业控制领域。单片机由芯片内仅有CPU的专用处理器发展而来。最早的设计理念是通过将大量设备和CPU集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。INTEL的Z80是最早按照这种思想设计出的处理器，从此以后，单片机和专用处理器的发展便分道扬镳。

1.2单片机的发展历史

单片机，专业名称—MicroControllerUnit(微控制器件)，它是由大名鼎鼎的INTEL公司发明的，最早的系列是MCS-48，后来有了MCS-51，现在还有MCS-96系列，我们经常说的51系列单片机就是MCS-51，它是一种8位的单片机，而MCS-96系列则是一种16位的单片机，至于它们之间有何区别，我们以后会讲到。后来INTEL公司把它的核心技术转让给了世界上很多的小公司（不过，再小也有几个亿的销售/年哦），所以世界上就有许多公司生产51系列兼容单片机，比如飞利浦的87LPC系列，伟邦的W78L系列，达拉斯的DS87系列，现代GSM97系列等等，目前在我国比较流行的就是美国ATMEL公司的89C51它是一种带FlashROM的单片机（至于什么是FlashROM，我在这儿先不作介绍，等以后大家学到相关的知识时自然就会明白），我们的讲座就是以该型号的单片机来作实验的。讲到这里，也许有的人会问：我平时在各种书上看到全是讲解8031，8051等型号的单片机，它们又有什么不同呢？其实它们同属于一个系列，只是89C51的单片机更新型一点(事实上,89C51目前正在用89S51代替，我们的实验系统采用就是89S52的，兼容89C52)。这里随便说一下，目前国内的单片机教材都是以8051为蓝本的，尽管其内核也是51系列的，但毕竟8051的单片机已经属于淘汰产品，在市场上也很少见到了，所以由此感叹，国内的高等教育是如此的跟不上时代的发展需要！这话可能会引起很多人的不满

1.3单片机的结构

单片机在结构设计上，以及硬件、指令系统、I／O能力等方面都有明显的特点。下面以MCS-51单片机为例，简要说明。

1.程序存储器和数据存储器分开

单片机的数据存储器和程序存储器在存储器空间上是严格分开的，ROM用来存放程序代码、常数和数据表格，RAM用来存放数据或中间结果。采用这样的存储器结构，主要是考虑到单片机用于控制的特点，在过程控制中需要较大的程序存储器空间和较小的随机数据空间，而且还允许单片机应用系统扩展存储空间，因此单片机既有内部ROM又有外部ROM，既有内部RAM又有外部RAM。所以，CPU进行存储器操作时就要区分内部程序存储器和外部程序存储器；对程序存储器和数据存储器访问时要使用不同的寻址方式、指令助记符和存储器访问信号；要使用两个或多个地址指针来寻找数据。

2.I／O端口多功能分时复用

由于大规模集成电路和生产工艺的要求，芯片的引脚数受到一定的限制，为了解决实际的引脚数和需要的引脚信号之间的矛盾，单片机的部分引线被设计成多功能的。如MCS-51的P0口、P2E1和P3E1的引脚都是多功能，如P0口是8位数据线和地址线的低8位共用，P2El是通用I／O口并与地址线的高8位分时复用，P3E1是通用I／O口，还具有第二功能。每条引脚在一定时间起什么作用，则由指令和机器状态来决定。所以，单片机对外不存在专门的数据线和控制线，而是采用分时复用技术来解决片外数据和地址的传送问题。

3.片内特殊功能寄存器和工作寄存器组

在MCS-51单片机片内RAM中，还有21个具有特殊功能的寄存器，以及4组8位工作寄存器，每组7个，共有28个8位的工作寄存器，为CPU进行运算、存放中间结果提供了极大的方便。正是有了这些特殊功能寄存器和工作寄存器，才能使一个只有40脚封装的单片机系统的功能获得很大的扩充，并使I／OEl在程序控制下具有第二功能。利用特殊功能寄存器还可以完成对定时器斛数器、串行口和中断逻辑的控制。

4.片内有全双工串行通信接口

MCS一51单片机的另一个特点是在内部有一个全双工的串行接口。在程序的控制下，串行口有4种工作方式。用户可根据需要将它设定为移位寄存器方式，以扩充I／O接口和外接同步输入、输出设备；或用做异步通信接口，以实现双机或多机通信。因此，单片机能极为方便地组成分布式控制系统。

5.独立的位处理器

在单片机内部有一个能独立进行操作的位处理器，又称为布尔处理器，它有自己的累加器以及可按位寻址的RAM区、特殊功能寄存器和I／0E1，并设有专门的按位操作的指令。利用位操作功能，可以十分方便地进行组合逻辑的设计和用软件模拟组合逻辑的功能。

1.4单片机的主要特性

1．单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。

2.单片机也被称为微控制器（Microcontroler），是因为它最早被用在工业控制领域。

3.早期的单片机都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8031，因为简单可靠而性能不错获得了很大的好评。

4.单片机比专用处理器最适合应用于嵌入式系统，因此它得到了最多的应用。

2数控直流电源控制系统分析

2.1设计任务

设计并制作一个有一定输出电压范围的数控电源。其原理示意图如下：

原理图

基本要求

1.输出电压:2～20V.步进0.2V,纹波电压不大于200mVp-p

2.输出电流:200mA

3.由“+”,“-”两键分别控制输出电压步进增减

4.输出电压大小由LCD显示

5.电源效率:>60%

2.3发挥部分

1.开机输出电压可预置在2～20V之间的任意一个值

2.最大输出电流为1A，并有过流保护功能（大于1.2A保护）

3.纹波电压小于100mVp-p

4.电源效率:>75%

5.其它创新

3方案

系统原理框图如图1所示，采用STC89C52单片机产生波形，D/A转换器将其转换为模拟电压，再经过放大器放大。由单片机的软件实现电压的步进增减等功能。该方案灵活性大，易于扩展，需要专门的译码驱动芯片。

图1方案示意图

4硬件电路设计

数控直流电源由稳压电源部分、数字显示部分、输出部分、数控部分和输入电路五部分组成。硬件设计各电路图见附录二。

稳压电源电路:稳压电源从电路简单、经济考虑，本设计采用LM324M输出集成稳压器。采用7805作为它们的输出电压分别为+5V。直流稳压电源采用桥式全波整流，单电容滤波，三端固定输出集成稳压器件。输出电路由7815提供+25V电压，从而大大提高了电压调整率和负载调整率等指标。电路图如下

图2稳压电源电路

输入电路:输入电路由“+”、“－”、“启动”、“复位”四个按键组成，由“+”、“－”两键分别控制输出电压步进增减，步进值为0.2V，启动按键用于启动控制数控电压源的输出。

数控部分:数控部分应具备的功能有：输出电压可预置，且能以“步进”0.2V的工作方式加（“+”、）或减（“－”）。数控部分的输出应该控制电压源的控制端。

两个按钮开关将预制量输入到MCU并口，输出结果由LCD显示。单独设置的“+”、“－”两个键由单片机进行检测。数模转换器DAC接收单片机数据线串行传送的数据，存放在存储芯片内，并据以确定输出电压。在软件的控制下，单片机开机后先将预制值读入，在送去显示的同时，送入DAC，并产生相同的输出电压。然后不断检测“+”、“－”两键是否按下。若检测到有按键按下，将使显示值和输出电压相应增减0.2V。

输出电路:输出电路是由三端固定输出稳压器件7805、LM324M和DAC电路所组成的输出电路。步进电压由DAC输入的数字量控制。这种电路输出电压的精度取决于7805输出电压的误差；运放的跟随误差以及DAC的积分非线性。步进值的误差直接与DAC的位数有关。如下图。

图3输出电路图

显示电路：显示电路功能是显示当前输出的电压值和电流值。显示电路由液晶屏和两片模数转换器ADC组成。当前输出的电压值和电流值分别有两片模数转换器转换成数字量，并串行传送给单片机，单片机将接收到的8位数字量转换成电流和电压的小数和整数部分，然后送到液晶屏显示当前输出的电压和电流值。电路图如下。

图3显示电路图

5系统结构

单片机及其电路是数控直流电源的控制核心，本设计以STC89C52单片机为核心，单片机通过对D/A转换器输出的控制达到对电压的控制，并用LCD1602液晶来显示。系统结构图如图3所示。

图4系统结构图

6芯片介绍

6.1AT89S52芯片介绍

6.1.1AT89S52单片机主要特性：

·4K字节可编程闪烁存储器

·寿命：1000写/擦循环

·数据保留时间：10年

·全静态工作：0Hz-24MHz

·三级程序存储器锁定

·128×8位内部RAM

·32可编程I/O线

·两个16位定时器/计数器

·5个中断源

·可编程串行通道

·低功耗的闲置和掉电模式

·片内振荡器和时钟电路

图5AT89S52芯片引脚排列

6.1.2管脚介绍

(1)电源引脚

VCC(40)：接DC电源端。

GND(20)：接地端。

(2)时钟引脚

XTAL1(19)：外接振荡元件(如晶振)的一个引脚。采用外部振荡器时，此引脚接振荡器的信号。

XTAL2(18)：外接振荡元件(如晶振)的一个引脚。采用外部振荡器时，此引脚悬浮。

振荡器特性:XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。

(3)控制线

RST(9)：复位输入端。在此引脚上出现至少两个机器周期的高电平，将使单片机复位

ALE/()(30)：地址锁存允许/编程脉冲。在对Flash存储器编程期间，此引脚用于输入编程脉冲().

PSEN(29)：外部ROM读选通信号。

在从外部程序存储器取指令(或常数)期间，每个机器周期出现两次PSEN有效信号。但在此期间，每当访问外部数据存储器时，这两次有效的PSEN信号将不出现。PSEN有效信号作为外部ROM芯片输出允许OE的选通信号。在读内部ROM或RAM信号时，PSEN无效。

EA/VPP(31)：内、外ROM选择/编程电源

EA为片内外ROM选择端。ROM寻址范围为64KB。AT89S52单片机有4KB的片内ROM，若不够用时，可扩展片外ROM。当EA保持高电平时，先访问片内ROM，当PC的值超过4KB时，自动转向执行片外ROM中的程序。当EA保持低电平时，只访问片外ROM。

在Flash编程期间，此引脚用于施加编程电压VPP。

(4)P0～P3

4个8位输入/输出口，一共32个引脚。

6.2TLC549

TLC548和TLC549是以8位开关电容逐次逼近A/D转换器为基础而构造的CMOSA/D转换器。它们设计成能通过3态数据输出与微处理器或设备串行接口。TLC548和TLC549仅用输入/输出时钟和芯片选择输入作数据控制。TLC548的最高I/OCLOCK输入频率为2.048MHz，而TLC549的I/OCLOCK输入频率最高可达1.1MHz。

图6TLC549引脚图

6.3TLC5615

TLC5615为美国德州仪器公司1999年推出的产品，是具有串行接口的数模转换器，其输出为电压型，最大输出电压是基准电压值的两倍。带有上电复位功能，即把DAC寄存器复位至全零。

图7TLC5615引脚排列图

7软件设计

7.1软件介绍

软件部分采用模块化程序设计的方法编写，系统软件由主控制程序、LCD1602显示子程序、键盘服务、A/D转换和D/A转换等子程序组成。还添加了显示器的自动刷新。

7.2STC89C52资源分配

SBITVEN=P1^0电压A/D使能低电平有效

SBITVSDA=P1^1电压A/D输入数据

SBITVSCL=P1^2电压A/D时钟

SBITIEN=P1^3电流A/D使能低电平有效

SBITISDA=P1^4电流A/D输入数据

SBITISCL=P1^5电流A/D时钟

SBITDAEN=P2^0D/A使能低电平有效

SBITDADA=P2^1D/A输入数据

SBITDASCL=P2^2D/A时钟

SBITJIA=P3^2增加按钮

SBITJIAN=P3^3减按钮

SBITQUEREN=P1^6确认按钮

SBITRS=P3^51602液晶RS端

SBITLCDEN=P3^41602液晶EN端

SBITRW=P3^61602液晶RW端

7.3程序流程图

图8程序流程图

8工作过程

上电复位：读取24C02中的电压，送DA转换输出电压，如24C02中电压为0则设置初始电压为5V。

电压控制：通过两个加减按钮控制MCU产生8位数字信号（0~255），通过P2口送至8位数模转换芯片（TLC5615）转换成模拟电流信号，再经运放作I/U转换，得到控制稳压电源输出部分的基准电压。

电流取样：采用8位模数转换芯片（TLC549）作为显示电流的模数转换器件，TLC549的取样电压由串联在电源输出电路的电流取样电阻（0.1欧）分压取得，并由运放按一定倍数放大后送至Vin（+），TLC549把转换结果送至单片机的P1口，再由程序将数据处理后送LCD1602显示当前电流。

过流保护：当短路或电流超过设定值1.2A时，MCU自动保存当前使用电压并关闭输出。

稳压输出：采用传统的串联稳压电路，由运放和功率输出管组成。利用TLC5615控制的基准电压驱动功率管稳压输出，反馈部分是通过电阻R3，VR2将取样电压输入运放的反相端比较，VR2可作小范围调整。

9制作调试

电源部分提供整个电路所需各种电压（包括DAC芯片所需的基准稳压+5V和89C52的+5V），由电源变压器和整流滤波电路及两个辅助稳压输出构成，电源变压器的功率由需要输出的电流大小决定，确保有充足的功率余量。

电流取样电阻R1要选择大功率的电阻（5W或10W）。也可使用废旧万用表上拆下来的电阻线。检查电路连接无误后，即可试机。找一块数字表将其并联在输出电路上，按“+”按钮或“－”按钮设定一个电压，此时LCD1602第一行可能会有误差，适当微调反馈电路的VR2，使其与数字表读数一致，再将数字表串联在电源的输出电路上，选择适当的电流档，接上一定的负载。此时，LCD1602第二行会显示出电流值，适当的调节VR3改变TLC549参考电压，直至显示的电流值与万用表显示的电流值一致为止，校正完后即可使用。

测试仪器及设备

仪器名称型号用途数量

计算机PC调试用途1

可跟踪直流稳压源1731SB3A提供电源2

数字万用表UT56测量电压1

示波器DF4320测量纹波1

测试步骤

第一步：组装电路，使整个电路能正常工作，掉电存储电路能使在重新开机后显示上次断电时保存的数据。

第二步：在不带负载的情况下，通过按键调节电压值，使电压值从0~20V按步进0.2V增减，观察输出电压值，并测量纹波电压，并记录数据。

第三步：在带负载、电流达到800mA的情况下，调节电压值，测试输出电压值。

第四步：测试过流保护电路是否能正常工作，即当调节电流值超过设定的电流值时，观察电流保护电路是否断开。

测试数据

⑴测试输出电压

理论显示数据单位：V输出电压测量单位：V纹波电压单位：mV

1.01.0100

2.02.091

3.03.080

4.04.060

6.06.130

8.08.08

10.010.00

12.012.10

18.018.00

20.019.90

10总结

本设计制作完成了题目要求的基本部分的和发挥部分要求，达到了预期目标。本系统以51单片机STC89C52芯片和10位精度的DA转换器TLC5615为核心部件，利用常用的三端稳压器件7805的公共端与输出端固定的5伏电压特性，最终实现了数字显示输出电压值和电流值可实时控制并显示的数控电源

结论

由上可知，在这次试验中想把它一次性的做成功是很困难的，我们的水平还差很多，知识面不够广泛，还存在很多的问题，需要通过各种行政和经济的措施进行解决。其中在试验中碰到的问题有：在画梯形图时遇到有些不会的问题，需要去问老师通过老师的细心教导和认真研究下，这些问题都得到了一一解决。在单片机程序导入的时候会出现不同的情况，通过认真推导和反复求证最终得到一个满意的方案。找错误是很麻烦的事情，要把所有的程序都仔仔细细的来看，但是有可能你看了还是没有发现是哪有错误，只能寻找被的帮助，所以我们要认真加仔细，成功将属于你。

致谢

在我的毕业设计完成过程中，特别是在修改过程和整理过程中得到了很多老师的全力帮助跟悉心指导，让我在这条艰难的道路上不气馁，坚持一路走了下来。

大学的这个门即将向我关上，我的快乐的大学生活即将要结束，我在这里非常感谢大学里照顾我的各位老师对我的教育，让我受益颇多。尤其是感谢我的那些任课老师，他们在讲台上的认真讲课和在办公室里专心备课是我们最大的感恩，有了老师们的指点江山，激扬文字才有了我们的今天的学识和成就，大学是个美好的地方，每个学生梦想的地方，这里创造人才，培育国家栋梁，我再次衷心感谢老师们的教导，祝你们永葆青春！

参考文献

[1]《全国大学生电子设计竞赛训练教程》（黄智伟主编王彦陈文光朱卫华编著）