直流穩壓源的設計

    在實(shí)踐中，有很多因素變化時(shí)，都將使直流穩壓電源的輸出電壓發(fā)生變化。如電網(wǎng)電壓變動(dòng)，負載變動(dòng)引起輸出電流變化、溫度變化、頻率變化等。 

 
    本設計采用串聯(lián)型直流穩壓源的基本思路進(jìn)行設計，得到0～20V的穩定直流電壓輸出，電壓調整率、負載調整率。以及輸出電壓紋波等參數都達到較高水平。并具有限流和顯示電壓值、電流值的功能。且操作方便。

一、 技術(shù)指標

輸入電壓：220V交流
輸出電壓：0～15V線(xiàn)性可調
最大輸出電流：1.5A
輸出紋波：<0.01％

二、電路工作原理

1．穩壓電源電路穩壓電路如圖1所示

(1)降壓、整流濾波電路

降壓：電網(wǎng)電壓為AC220V，欲得到低壓直流必須先進(jìn)行降壓處理。常用降壓方式有變壓器降壓和電容降壓。

電容降壓整流電路體積小、重量輕、成本低，是一些小功率和便攜式用電器降壓的首選方式。但也存在不足，如輸出功率小，不宜用在大功率用電器中；電路呈容性，無(wú)論負載是否工作都存在一定的功耗；電路安全性低。

變壓器降壓可提供較大的功率，在體積與重量要求不高時(shí)應用極為廣泛。

該設計中要求輸出電流1.5A，最大輸出電壓15V，因而選擇交流15V／20W的變壓器進(jìn)行降壓。

整流濾波：變壓器降壓后，得到15V交流電，還必須進(jìn)行整流濾波，方能得到直流電壓。

全橋整流價(jià)格低廉、整流效果好。為了減小電壓脈動(dòng)．需通過(guò)低通濾波電路濾波。低通濾波可選擇有源濾波和無(wú)源濾波，這里選擇最常用的電容濾波，C1為104的獨石電容，用于高頻濾波；C2為2200μF的電解電容，用于低頻濾波。

通過(guò)穩壓管DZ1產(chǎn)生－5V的電壓。為電路中的集成運放提供負電壓。

(2)基準電壓

理想的基準電壓源應不受電源和溫度的影響，比一般電源具有更高的精度和穩定性。高精度的基準電壓是電源性能穩定的前提。

一般情況下．可用電阻分壓作為基準電壓，但這種方式只能作為放大器的偏置電壓或提供放大器的工作電流。由于其沒(méi)有穩壓作用，故輸出電壓的穩定性完全依賴(lài)于電源電壓的穩定性。用二極管的正向壓降作基準電壓可克服上述電路的缺點(diǎn)，得到不依賴(lài)于電源電壓的恒定基準電壓，但其電壓的穩定性不高，且溫度系數是負的，約為－2mV／℃。用硅穩壓二極管（簡(jiǎn)稱(chēng)穩壓管或齊納管）的擊穿電壓作為基準電壓，可克服正向二極管作為基準電壓的一些缺點(diǎn)。但其溫度系數是正的，約為+2mV／℃。故以上三種均不適用于對基準電壓要求高的場(chǎng)合。

本設計使用LM336－5V芯片提供+5V的基準電壓。LM336穩定性好，基本不隨溫度及電流擾動(dòng)而變化。

(3)誤差放大

通過(guò)負反饋電阻網(wǎng)絡(luò )對輸出電壓進(jìn)行取樣，然后與基準電壓相比較。通過(guò)放大器μA741進(jìn)行誤差放大，進(jìn)而控制Q2、調整管Ql(大功率晶體管BU406)使輸出電壓穩定。由分析知，控制管應該選用β足夠高、gm足夠高、rb－e足夠小的功率管．盡可能提高比較放大器的電壓增益Av．盡可能增大取樣系數，以提高輸出電壓調整率和降低輸出電阻。

調節電位器R5可改變輸出基準輸出電壓，若運放的放大倍數為3倍，則可輸出0～15V的電壓。

(4)過(guò)流保護

當負載電流變大或電源短路時(shí)，可能會(huì )損壞穩壓電源，所以，過(guò)流保護尤為重要。

通常用電器中都設有保險管，這種保護裝置簡(jiǎn)單易行、價(jià)格低廉，但對電流的保護選擇性差，并且每次燒斷后都要更換，比較麻煩。

本電路設計了過(guò)流保護裝置，并可以調節保護電流值．比傳統保護方式更方便、可靠。在電源干路上串一只大功率電阻R1。當電流通過(guò)時(shí)，R1兩端會(huì )產(chǎn)生相應的電壓。

5v基準電壓經(jīng)由R15和電位器R16分壓后，得到相對于GNDl點(diǎn)為0～1.67V的電壓，送至電壓比較器LM311的同相輸入端，其反相端接GND，即Rl的另一端。調節電位器R16，使輸出電流穩定在設定值。當負載變化使輸出電流大于該設定值時(shí)，R1兩端電壓降增大，使LM311輸出為負，通過(guò)二極管D7強制將U1的同相輸入端電壓拉低，從而限制電流的升高。同時(shí)，發(fā)光二極管L1點(diǎn)亮，指示電源工作在限流狀態(tài)。 

(5)斷電保護

在關(guān)閉電源的同時(shí)，經(jīng)常會(huì )由于電容放電或器件的影響而產(chǎn)生瞬時(shí)大電流，從而對負載產(chǎn)生嚴重損壞。為了避免這種情況，設計了由Q3及其相關(guān)元件構成的斷電保護電路。交流電壓一消失，負電壓也馬上消失，從而使Q3導通，輸出電壓為零，有效地保護了電路和與之相連的負載。在正常工作期間，VCC和－VCC經(jīng)過(guò)R10與R11分壓后，電壓仍小于GNDl點(diǎn)的電壓，即Q3基極電壓仍小于發(fā)射極電壓。Q3截止。

2．液晶顯示

為方便操作。設計了液晶顯示單元。以直觀(guān)地閱讀電源的輸出電壓、輸出電流和限制電流的值。

由于要采集三路信號，并且對轉換精度和速度要求不高，所以選擇A／D轉換器ADC0809進(jìn)行信號采集與轉換。由單片機控制A，D轉換器，并將轉換結果顯示出來(lái)。

顯示部分的電路如圖2所示。

主函數流程如圖3A／D轉換流程如圖4所示。