电子设计竞赛论文-简易稳压电源的设计(2)

线性电源

这种电源也提供可靠稳定的电压，结构简单，纹波电压小（10mV以下），易滤除，抗电磁干扰性能和电源纯净性好。

1.3 控制系统方案

控制系统功能接收取样信号，进行运算处理，并发出控制信号控制负载电流，而且有相应显示和写入控制字等功能。

常用的实现方案有硬件逻辑电路、单片机软件编程和CPLD硬件逻辑编程。硬件逻辑电路结构简单，实现方便，但功能扩展性不强；单片机系统通过自身时钟编程产生逻辑信号序列，可键盘预置信号序列状态及数码显示，使用灵活方便，可通过软件升级达到系统升级，开发容易，性价比高；CPLD电路也可实现以上功能，且处理速度更快，但价格偏贵，开发难度大，多用于高速实时系统。

所以选用单片机作为控制系统的的核心接收取样信号对其处理并发出控制信号控制负载电流。其他外围电路还有LED显示、输入键盘、时钟信号。

1.4 整机方案框图

由以上分析可得出整机电路的基本结构方案框图如图1－1所示。

220V交流变压器桥式整流7805稳压+5V电压7815稳压电源供电系统D/ALED显示单片机键盘A/D复位数控系统功放电路+15V电压OUTPUT基准反馈模拟功放系统

图 1-1 数控直流稳压电源框图

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第 2 章 电路设计与参数论证

通过前一章的分析，欲获得一个高性能的数控直流电流源 ，主要是设计好调整器电路，放大电路，反馈控制电路，电源电路。 本章详细的介绍了各部分功能电路的设计思想和原理。

2.1 供电电源(15V)

整机供电电源原理电路如图2－2所示。

线性稳压电源电路主要由桥式整流电路、滤波电路、线性稳压器、保护电路和工作指示电路（LED灯）组成。

经降压变压器变换后的±15V交流电压由P2端口输入，经过整流、滤波和稳压后，由P1端口出端±15V直流电压，为信号处理电路供电。

图2-1 线性±15V稳压电源电路原理图

稳压器选择

根据所选运算放大器OP07的特性（运算放大器的选择依据将在信号处理电路元件选择中给出），需要提供

直流电电压。根据信号处理电路原理图和系统方案框图，计算

得信号处理电路所需的电流约为1A（后面将给出详细计算过程）。所以稳压器选择MC7815和MC7915。表2-1列出了MC7815和MC7915的部分参数。

表2-1 稳压器部分参数

型号 MC7815AC MC7915AC 变压器选择

因为运放供电需±15V电压，而稳压器输入输出电压差要求不小于3V，所以此处整流

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输出/V (典型值) 15 -15 输出电流/A 输入范围/V 最小压差/V 1.0~1.2 1.0~1.2 17.9~30 -17.9~-30 2 2 测试条件 Ui(v) Io（mA） 23 -23 1000 500 电路电压输入处取18V。

若设桥式整流电路输入电压为U1，输出电压为U2，则在一般情况下（负载滤波电容

）， U2估算值为：

，

（2-1） 。所以选取220V输入±15V电压输出的

故当 U1=15V时，整流电路输入为变压器。

整流二极管选择

桥式整流电路输入±15电压，即输入电压U=30V。二极管击穿电压

。

对于桥式整流电路，流过每个二极管的平均电流是负载电流的一半，即

（2-2）

式中

（±18V）为整流电路输入电压，

为其负载。

线性稳压电源的负载主要由信号处理系统中的运放构成，运放OP07工作电流小于10mA，系统中共5个运放，故整流电路输出电流I0=26mA（考虑其他负载估算输出最大电流）。稳压电路输出电压U0=30V（±15V），故负载估算值为RL==1.2kΩ。

故流过二极管电流为18mA。

所以选择1N4001二极管，其反相击穿电压为50V，额定工作电流为1A。 保护二极管的选择（D1、D9）

当输入端意外短路时，保护二极管能给输出电容器调节管击穿。

此处选取1N4001型二极管,其最高反相电压Urm=50V，远大于稳压器输入、输出端电压差3V；且其额定电流I=1A，满足放电要求。

滤波电容选择（C1、C2）选择 滤波电容的选取应满足

Td=RLC1>=(3~5)T/2 （2-3）

Td为放电时常数,T为交流电周期。由前面计算得RL= 此处取C1=C2=330uF。

性能改善电容选择

C3,C4用于改善高频波纹，当稳压器距离C1,C2越远时，C3,C4越大。一般取0.1~1uF，此处选取C3=C4=0.1uF。

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、提供一个放电通路，防止稳压

=1.2kΩ。故C1=C2>1.67nF，

C5，C6用于减小由负载电流瞬时变化引起的高频干扰，一般取C5=C6=0.1uF。 当稳压器输出离负载较远时，器输出端接电容用以改善输出波纹特性并减小低频干扰。一般取C7=C8=100uF。

发光二极管（D2、D8）及限流电阻（R1、R2）选择

电路中发光二极管D2、D8用来显示电源是否正常工作，其工作电流小于10mA。故此处选取限流电阻R1=R2=5.1KΩ。

2.2 5V供电电源

供电电源原理电路如图2－2所示。

提供+5V直流电电压，供给单片机及键盘、显示器等其它器件正常工作。其器件参数等同于15V供电电源，在此不加累述。

图2-2 线性5V稳压电源电路原理图

2.3 数控电路

数控直流电流源的控制电路采用单片机最小系统对电路各部分进行控制。最小系统由MCU、采样输入、控制输出、键盘、显示电路组成。 2.3.1 单片机最小系统

单片机最小系统电路如图2-3所示。

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图 2-3 单片机最小系统电路

MCU选型

MCU选用Silicon Laboratories公司的C8051F020单片机，该系列单片机片内含CIP-51的CPU内核,它的指令系统与MCS-51完全兼容。其中C80511020单片机具有控制系统所需的模拟和数字外设，包括看门狗、ADC、DAC、电压比较器，VDD监视器和温度传感器等，并具有多种总线接口。与以前的5l系列单片机相比，C8051F020增添了许多功能，其可靠性和速度也有了很大提高。

时钟设计

数控直流稳压电源要求微处理器采样周期设置为0.5s，并且实测值和设定值间隔显示变换周期为2s左右，采用12MHZ晶振，可满足系统要求。

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