基于单片机的可调稳压电源.doc资源-CSDN文库

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摘要

随着电力电子技术的迅速发展，直流电源应用非常广泛，其好坏直接影响

着电气设备或控制系统的工作性能。目前，市场上各种直流电源的基本环节大致

相同，都包括交流电源、交流变压器、整流电路、滤波稳压电路等。直流稳压电

源是电子技术常用的设备之一，广泛的应用于教学、科研等领域。传统的多功能

直流稳压电源功能简单、难控制、可靠性低、干扰大、精度低且体积大、复杂度

高。传统直流稳压电源对输出电压通常采用粗调的方式来完成，调节精度不高，

当需要输出电压在一个很小围进行调节时，传统的直流稳压电源就难以办到，严

重影响了稳压电源的使用围。而基于单片机控制的直流稳压电源能较好地解决以

上传统稳压电源的不足。该电源具有电压调整简便、电压输出稳定、便于智能化

管理等特点。其良好的性价比更能为人们所承受，因此，具有一定的设计价值。

基于单片机的智能高精度直流稳压电源，结合了最先进的单片机控制技术采用高

性能基准稳压电力电子元件，稳压调压精度高而且抗干扰能力强，克服了传统直

流稳压源的缺点。同时整个控制系统具有完善的保护电路，大大提高了设备的使

用寿命。随着电力电子技术的成熟，单片机价格越来越经济，且集成度相当高，

大大减少了直流电源系统开发成本，具有明显的工程实际应用价值。

关键词：稳压电源，单片机，PWM ，直流电源，电压调节 LM317

Abstract

With the rapid development of the power electronic technology,

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附录二、程序代码 24

一、整体设计分析

1.1 方案比较

对于输出可调电压的电源设计，比较常用的技术方案有以下几种方案：

方案一：采用 RC 降压电路，将 220V 交流电降压并采用稳压二极管进行稳

压后得到稳定的直流电压。

采用模拟的分立元件，利用纯硬件来实现功能，通过电源变压器、整流滤

波电路以与稳压电路，实现稳压电源稳定输出+5 V、 ±12 V、并能可调输出 0~

15 V 电压。但由于模拟分立元件的分散性较大，各电阻电容之间的影响较大，

因此所设计的指标不高、不符合设计要求、且使用的器件较多、连接复杂、灵活

性差、功耗也大，同时焊点和线路较多，使成品的稳定性和精度受到影响这种电

源具有一定的局限性和不安全因素。例如，采用 RC 电路的电源的输出电流较小，

不能满足大功率用电器的需要；输出电压可调节性差，同时 RC 电路是一种非隔

离电路，因此在使用的时候有可能会产生触电危险，因此需谨慎使用。

方案二：采用开关电源技术，设计输出稳定的直流电压。

其工作原理是让功率器件工作在开关状态，通过控制功率器件导通与截止

的比值和频率，从而使功率器件的输出电压的平均值产生改变。可以通过 AD 器

件采集输出电压值，与设定电压值进行对比，对功率管导通时间和频率进行调节，

从而使输出电压更加稳定。由于开关电源中的功率管始终工作在频率较高的开关

状态，因此电源的效率较高，可以达到百分之 80 以上。但是由于功率管工作在

开关状态，在功率管开关过程中所产生的交流电压和电流在流过电路中其他电子

元器件时会产生尖峰干扰和谐波干扰。假如不采取一些措施来抑制这些干扰，那

么开关电源的输出电压质量就会大大降低，影响使用效果。

方案三：采用单片机产生的 PWM 波和运算放大器做电流源，经过放大后加到线

性稳压器件 LM317 调整端，利用线性稳压器输出电压可调的特点产生输出电压。

此方案采用 51 系列单片机作为整机的控制单元，通过改变输入数字量来

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改变输出电压值，从而使开关控制电源输出电压发生变化，间接地改变输出电压

的大小。利用单片机程控输出 PWM 经运算放大器放大，再经 LM317 控制电路，使

得输出电压达到稳压的目的。采用 PWM 控制的开关电源，该电源具有高集成度、

高性价比、最简外围电路、最正确性能指标、能构成高效率无工频变压器的隔离

式开关电源等优点。而且在成本上与同等功率的线性稳压电源相当，而电源效率

显著提高，体积和重量则大为减小。利用 PWM 脉宽调制的方法外接原件少，设计

简化，输出电压的大小由开关器件占空比决定，而且功耗小，效率高，稳压围宽，

电路形式灵活多样，采用线性稳压器作为电压供电输出端，电源纹波系数可以得

到改善，输出电流最大可以达到 1.5A，此外它的线性调整率和负载调整率也比

标准的固定稳压器好，因此输出电压很稳定。这种方案也具有一些缺点，就是由

于电路中采用了变压器，线性稳压器，受到变压器和三端稳压器的参数限制，往

往输出电流不会太大。必要时还需要给 LM317 加装散热片。

方案确定：

通过对三种方案进行对比，选择方案三。即通过单片机的 PWM 作数模转换,

经过两级 RC 滤波后得到 0 一 5V 的控制电压, 0 一 5V 分 256 步进行,这个控制电

压经过运放放大后得到-1.25V 一 13.75V 的控制电压到 LM317 的调整端，实现电

压的调整输出。采用此方案能有效的缩短调节时间，并能够提高输出精度。此设

计方案包括了微控制模块，稳压控制模块，显示模块，键盘模块四部分构成。采

用宏晶公司的 STC 单片机芯片作为控制器，其部自带 PWM 输出功能，输出方波经

过滤波后接运算放大器的输入端，经过放大器的电压放大，输出到稳压模块

LM317 的调整端。而根据 LM317 输出电压计算公式 Vout=1.25+V（调整端电压）

可知，此模块最终输出电压为 Vout=1.25+V（运放输出电压），而运放输出电压

正好为-1.25V 一 13.75V，所以输出电压便可以从 0-15v 任意围调节。调节电压

的时候，可以以每次 0.1v 的梯度增加或者降低电压。显示电路采用用 3 个数码

管，可以显示三位数，分别组成输出电压的十位，个位，小数点位。

二、部分电路组成元件简介

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