电子设计大赛论文——数控稳压电源

2012电赛安徽省B题

2012年安徽省大学生电子设计竞赛

数控稳压电源（B题）

本科组 参赛队号：0011

2012电赛安徽省B题

摘要

本题单片机系统为核心，通过按键控制数模转换器，产生步进直流电压作为控制信号，完成要求的0.5V步进电压变化。该电路将获取的50Hz交流小信号进行第一级放大，受步进直流电压控制产生幅值步进变化的交流正弦波，其峰峰值小于5V。第二级放大电路采AMP1100器件，实现功率放大。末端输出级采用升压变压器，将功放产生的功率交流信号的电压幅值放大，实现题目要求的最大180V交流电压输出。

关键字：STC单片机 D/A转换 变压器 傻瓜AMP1100压控AD603

2012电赛安徽省B题

一、引言

由题目要求可知，需设计一个交流输出电压范围为0~180V、直流输出电压范围为0~220V的电源。且该电源不仅可通过按键控制进行步进为0.5V压值的变化，还可将输出交流电压预置在0.0~180.0V之间的任一值，通过液晶显示来显示其压值。所以设计该电源是需要一个交流小信号，通过MCU模块控制完成幅度步进可调后，再由变压器进行升压放大达到所要求的输出范围。由上分析可知该电源的主要模块为交流小信号的来源及MCU数字控制部分。

二、方案设计

（一）总体系统方案设计 （1）方案一

本方案以晶闸管通断控制为核心，以STC89C52单片机为主控制器和PWM信号发生器。PWM信号在交流电压过零时刻导通或关断晶闸管，使负载电路与交流电源接通几个周波，然后断开几个周波，改变导通周波数与关断周波数的比值，调节交流电压有效值。接着单片机根据反馈信号对PWM信号做出调整，准确地控制输出的交流电压。原理框图如下图1所示：

图1 方案一框图

（2）方案二

本方案主要由单片机控制D/A转换输出一个可调直流电压，可调的输出电压改变压控放大器对输入交流信号的放大增益，继而用功率放大器提升功率，进行变压器的升压得

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图2 方案二框图

方案比较与选择

方案一由单片机产生PWM信号，通过通断对输入波形进行斩波，这就使得输出的波形发生改变而不是标准的正弦波，在0~180V调压的范围内不能很精确的控制每次按键后增加或减少0.5。

方案二由一个DA转换和两个放大电路构成，能满足题目要求，通过降压然后升压控制输出的电压变化，算法简单，性能好，抗干扰能力强。

综上所述，本设计采用方案二。

（二）各单元模块方案选择 1、单片机最小系统模块

设计一具有矩阵按键控制模块、液晶显示模块的单片机最小系统。电路图如附录所示。

2、D/A转换模块

本题输出电压范围为0~180V，且步进变化为0.5V，有相应的360个数的改变，则要求D/A转换器的转换位数通常应至少为9位.。

方案一：max536它片内集成4路独立可同步控制的l2位高精度双缓冲数模转换器，具有3线和4线串行接口。

方案二：采用DAC0832级联连接。

方案比较：max536作为高精度数模转换器符合题目要求，但并没有0832常用。0832只有8位数模转换，必须采用两片级联的方式实现，能够达到512位数据变化，显然符合题目要求。而且该题目使0832的性能得到最大的发挥，它的使用大大的降低了模块的成本。

为了减少单片机I/O口的使用，采用锁存器控制的方式共用P2接口。

由于0832的输出量为模拟电流，本模块需要得到渐变的电压量，故使用集成运放输出，将电流转换为电压。

VrD

其中 I1,I2 15K256

D为单片机I/O对应值。

级联后输出总电流 I I1 I2 因此，理论上可以按照图6所示的方式连接。

前级运放为电流采样电路，将输入的电流转换为电压。后级运放为反向放大器，其放大

Rx

倍数 Au

5.1K

Rx为滑动变阻器。

3、正弦交流小信号产生原理模块

方案一：直接从220V的交流电源通过分压电路得到一个正弦交流小信号。 方案二：通过单片机控制DA0832进行D/A转换生成一个正弦交流小信号。 方案比较论证与选择

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方案一的电路虽然简单易行，但所输入的信号混有大量的杂波，信号放大后的波形会产生较大的纹波，使输出交流电不能稳定和产生误差。方案二电路虽然复杂了点，但输出稳定，纹波少，且方案二的输入可由单片机直接控制，既灵活又安全。所以选择方案二。原理附录图所示。

4、压控增益放大模块

方案一：采用LM101组成的压控电路，电路原理如附录示其中： Vs为压控信号，Vo为输入正弦信号，Out 为输出正弦波信号。在该方案中用到的LM101并不是完全和压控电压成线性关系，则电路中容易产生非线性失真，同时电路性能也不是很稳定。 方案二：选用乘法器AD835搭建压控电路，将本振信号Vg和输入信号Vin相乘得到二者频率的和差信号，达到间接的压控效果，且对噪声可形成较强的抑制能力，信噪比较高。 方案三：选用AD603构成压控电路，AD603 由无源输入衰减器、增益控制界面和固定增益放大器三部分组成。从第 3 脚P in脚输入的信号经衰减后，由固定增益放大器输出，衰减量是由加在增益控制接口的电压决定。增益的调整与其自身电压值无关，而仅与其差值 Vg（1 脚和 2 脚的电压差）有关，由于控制电压 1 脚和 2 脚的输入电阻高达 50MΩ，因而输入电流很小，致使片内控制电路对提供增益控制电压的外电路影响减小。 选择方案三，选用AD603有利于精度和信噪比的提高，且AD603 的输入阻抗较小

4、功率放大模块

功率放大是采用芯片AMP1100傻瓜运放来实现。由AMP1100构成的功率放大电路具有较宽的不失真工作电压范围，以适应以下不同工作环境，而当工作电压超出极限值时，她又会采用自身保护，自动停止输出，工作杜绝因超压而引起损坏电路。当电压正常时，能自动恢复工作。所以选用AMP1100来实现功率放大。电路图如附录示。

5、稳压模块

采用稳压芯片构成稳压电路，将输入较大的直流电压分别稳成5V,-5V，12V，-12V，3.3V电压。再根据所得的电压对电路、单片机进行供电。

方案一：利用开关电源稳压原理可设计得到稳定的5V电压 。他的原理是利用电子开关器件（如晶体管、场效应管、可控硅闸流管等），通过控制电路使电子开关器件不停地“接通”和“关断”，让电子开关器件对输入电压进行脉冲调制，从而实现DC/AC、DC/DC电压变换，以及输出电压可调和自动稳压。

方案二：直接采用78系类和79系类的稳压芯片构成5V等的稳定电压源。本方案利用稳压芯片的稳压特性进而搭建稳压电路对输入电压进行稳压获得稳压源。 方案比较：虽然方案一的开关电源具有功耗小，效率高且有较大的输出电流的优点，但相对于方案二来说方案一电路略显复杂，且在本题也不需要太大的输出电流，78和79系类的稳压模块就能满足供电要求且电路简单易行。另外一方面开关电源存在较为严重的开关干扰。所以我们选择了第二个方案。原理图如附录示。

6、软件流程图

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三、设计实现

在本方案的实现过程中出现了诸多问题和不确定因素: 1、 由于对芯片缺乏广泛的涉猎，常常不知道芯片的性能与用途， 无法熟练的使用各

种芯片之间替代。所以，在比赛过程中不得不花费比较多的时间去了解 …… 此处隐藏：2472字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……