【正文】 壓負反饋輸入，那么就是兩個放大器構成了一個電壓反饋式的電壓放大器。由上面分析可以知道，雖然引入負反饋后，犧牲了放大電路的閉環(huán)增益，但與放大電路性能的改善相比還是值得的。 IRFU020 示意圖（引自說明書） IRFU020 詳細參數(shù)表（引自說明書） 反饋電路設計反饋電路在各種電子電路中都獲得普遍的應用，反饋是將放大器輸出信號(電壓或電流)的一部分或全部送回到放大器輸入端與輸入信號進行比較(相加或相減)，并用比較所得的有效輸入信號去控制輸出，這就是放大器的反饋過程。當負載電流最大時最大允許漏極電流ID為：ID＝IOMAX＝1A考慮到放大取樣電路需要消耗少量電流，同時留有一定余量。在最極端的情況下，即輸出電壓為滿量程15V，負載電流為1A時：C＝5T/（UO/IOMAX） （38）C＝5（15V/1A）≈3333μF當市電上升10％時整流電路輸出的電壓值最大，此時濾波電容承受的最大電壓為：VC＝UBOMAX＝實際上普通電容都是標準電容值，只能選取相近的容量，這里可以選擇4700μF的鋁質電解電容。在一個電源周期中，輸出電流有兩個波頭，分別流過D1～D4，反過來說流過某個二極管的電流只是輸出電流兩個波頭中的一個，故任意一個整流管的最大整流電流為：IDMAX＝IOMAX （35）IDMAX＝1A＝考慮到取樣和放大部分的電流，可選取最大電流IDMAX為1A。這時穩(wěn)壓電源輸出的最大電流I/OMAX為1A。 變壓器部分這一部分主要計算變壓器B次級輸出電壓UB以及變壓器的輸出功率PB。采用這種方法時，由于霍爾元件取樣其體積比較大，且價格昂貴，作為一般的電源，電阻采樣完全能夠勝任，但是當取樣電流比較大時，電阻取樣會有較大的損耗，降低了變換器的效率。當負載電流增大，達到設定值Imax，使得R上的壓降V達到Imax R=，則Q1導通，使電容器C1充電，其充電時間常數(shù)t=R2C1，對電容快速充電，電容電壓上升，達到一定時間后電容電壓使Q2導通，通過Q2的集電極輸出一個使能信號，當過載現(xiàn)象解除后，電路可以自動恢復到正常工作狀。 過流保護方案論證過流保護電路是電源產(chǎn)品中不可缺少的一個組成部分，一旦電子產(chǎn)品出現(xiàn)故障時，如電子產(chǎn)品輸入側短路或輸出側開路時，則需要電源采取一定措施，防止功率MOSFET和輸出側設備不被燒毀。數(shù)碼管顯示的可視角度寬，顯示明顯，價格便宜，缺點：顯示信息較少，界面呆板，電路設計復雜，而且會占用較多的I/O口或者需要獨立的控制芯片。方案二：采用44矩陣鍵盤。 簡易串聯(lián)穩(wěn)壓電源電路圖簡易串聯(lián)穩(wěn)壓電源由于使用固定的基準電壓源D1，所以當需要改變輸出電壓時只有更換穩(wěn)壓管D1，這樣調整輸出電壓非常不方便，但是相對并聯(lián)輸出方式，它具有空載時的空載電流小、更高的穩(wěn)定性和控制精度、電壓調節(jié)范圍廣，適用于對電源要求較高的中小型電子儀器設備上。方案二：串聯(lián)輸出負載和功率電路的連接方式為串聯(lián)。并聯(lián)穩(wěn)壓電路的缺點：效率較低，特別是輕負載時，電能幾乎全部消耗在限流電阻和調整管上。由于穩(wěn)壓管D1反向導通時兩端的電壓總保持固定值，所以在一定條件下R2兩端的電壓值也能夠保持穩(wěn)定。方案一：并聯(lián)輸出負載和主電路的連接方式為并聯(lián)。方案二：軟件反饋控制。參考以上兩種方案，由于設計任務要求輸出電壓從較小的電壓起調，故電壓調整電路部分采用分立元件。 分立元件和集成可調穩(wěn)壓器 方案一：采用集成穩(wěn)壓芯片。電感濾波較差低大電源電路中較少使用。一般R1應遠小于R2。由于大容量濾波電容的廣泛使用，克服了濾波效果稍差的缺點，廣泛用于各類電源電路。 電容濾波電路圖 電容濾波電路波形圖 選擇濾波電容時需要滿足下式的條件：RC≥(3~5)T2 （27）方案二：電感濾波電路。在脈動直流波形的上升段，電容C1充電，由于充電時間常數(shù)很小，所以充電速度很快；在脈動直流波形的下降段，電容C1放電，由于放電時間常數(shù)很大，所以放電速度很慢。綜上所述，橋式整流電路的性能要遠好于其他兩種整流電路，而且硬件也不復雜，因此整流電路我們采用橋式整流。由于四個整流二極管連接成電橋形式，所以稱這種整流電路為橋式整流電路。在2π～3π、3π～4π等后續(xù)周期中重復上述過程，這樣電源正負兩個半周的電壓經(jīng)過DD2整流后分別加到R1兩端，這樣R1上得到的電壓總是上正下負，（d）所示。 方案二：全波整流電路 由于半波整流電路的效率較低，于是人們很自然的想到將電源的負半周也利用起來，這樣就有了全波整流電路。B1的次級輸出電壓是一個方向及大小都隨時間變化的正弦波電壓，（a）所示，0～π期間是這個電壓的正半周，這時B1次級上端為正下端為負，二極管D1正向導通，電源電壓加到負載R1上，負載R1中有電流通過；π～2π期間是初級電壓的負半周，這時B1次級上端為負下端為正，二極管D1反向截止，沒有電壓加到負載R1上，負載R1中沒有電流通過。 整流電路方案選擇整流電路是電力電子電路中出現(xiàn)最早的一種應用電路，它的作用是將交流電能轉換成直流電能供給直流用電設備。這種方法節(jié)省D/A資源，占用I/O少，但是不夠精確，穩(wěn)定性比較低，而且輸出電壓還受單片機電源電壓影響。 關于電壓調整方式 方案一：電位器分壓式。方案二：采用MSP430單片機來實現(xiàn)系統(tǒng)的控制。第2章 線性穩(wěn)壓電源電路的設計思路及方案論證 初步設計的系統(tǒng)整體框圖 系統(tǒng)整體框圖 設計思路直流線性穩(wěn)壓電源的實現(xiàn)形式有很多種，例如串聯(lián)型穩(wěn)壓電源和并聯(lián)型穩(wěn)壓電源，采用集成穩(wěn)壓芯片的穩(wěn)壓電源與分立元件搭建的穩(wěn)壓電源等。在智能化的今天，直流穩(wěn)壓電源實現(xiàn)智能化也是大勢所趨。在國際競爭激烈的今天，這無疑是對我國電源產(chǎn)業(yè)的嚴峻考驗。 研究現(xiàn)狀及發(fā)展方向 研究現(xiàn)狀迄今為止，電源技術已經(jīng)發(fā)展成為一門比較完整的、自成體系的高科技體系技術，其中數(shù)控穩(wěn)壓電源是從十九世紀80年代才開始發(fā)展起來的，期間系統(tǒng)的電力電子理論也剛剛開始建立，這些理論為以后的發(fā)展提供了一個良好的基礎，在后來的一段時間內(nèi)，數(shù)控穩(wěn)壓電源技術有了很大的進步和發(fā)展，但是局限于當時的科學理論水平與制作工藝，產(chǎn)品存在數(shù)控程度低、控制精度達不到要求、可靠性與穩(wěn)定性低等一系列缺點，因此數(shù)控穩(wěn)壓電源的發(fā)展方向主要是針對以上的幾個缺點進行不斷的改進和完善，隨著新的控制理論以及數(shù)據(jù)轉換技術的發(fā)展，各種專用的集成電路的不斷研發(fā)與利用，單片機及A/D、D/A轉換器得到了廣泛的使用，為后來數(shù)控穩(wěn)壓電源的發(fā)展提供了極大的便利條件，到了90年代，功率密度更是達到50W每立方英寸，到今天，大量的電源專用的芯片被廣泛采用，并出現(xiàn)了集成高精度的A/D、D/A與段碼液晶驅動的專門用于電能測量的單片機，這些產(chǎn)品的出現(xiàn)極大的縮短了新產(chǎn)品的設計周期，更利于數(shù)控穩(wěn)壓電源的設計與研發(fā)。3) 系統(tǒng)一致性好，易于校準和調試，高級的智能電源還具有智能自校準功能。 意義 采用單片機控制的數(shù)控直流穩(wěn)壓電源是針對傳統(tǒng)穩(wěn)壓電源的不足而提出來的，它不僅能夠減少電源生產(chǎn)過程中的不確定因素（如阻值精度等）以及人為參與的環(huán)節(jié)數(shù)，更有效的解決了傳統(tǒng)電源模塊中諸如智能化程度低、可靠性低、不易控制、產(chǎn)品一致性低等一系列問題，極大地提高了生產(chǎn)效率以及產(chǎn)品可維護性。線性穩(wěn)壓電源主要包括工頻變壓器、輸出整流濾波電路、控制電路、主電路、保護電路等五部分組成，它是先將220V交流市電經(jīng)過變壓器變壓得到低壓交流電，再經(jīng)過整流電路，整流得到有脈動的直流，經(jīng)過濾波電路對整流輸出的直流進行濾波，得到相對穩(wěn)定的沒有脈動的直流電，然后進入調整電路，將電壓恒定的直流電轉化成輸出電壓受控制電路控制的直流電能，并通過反饋電路調整輸出電壓，提高輸出電壓的精度，現(xiàn)在這種電源的技術很成熟，可以達到很高精度和穩(wěn)定度，輸出電壓波紋也很小，而且沒有開關電源對外具有的干擾與噪音，但是它最大的缺點是需要龐大而笨重的工頻變壓器，濾波電路的電容體積和重量也相當大，而且電壓調整電路是工作在線性狀態(tài)，電源主電路的輸入電流與電源的輸出電流一致，而主電路上的電壓降為輸入和輸出電壓的差值，在輸出電壓較小而輸出較大的電流時，調整管上的功耗太大，轉換效率低（一般線性電源的效率只有30～40%），所以還需要安裝很大的散熱片?，F(xiàn)在直流穩(wěn)壓電源越來越朝著數(shù)字化的方向發(fā)展，因此研究數(shù)控直流穩(wěn)壓電源是很有必要的。由于電力電子元件的特性，幾乎所有的電子設備都需要在可靠、穩(wěn)定的電源電路的支持下才能正常的工作，因此穩(wěn)壓電源是電子電路設計與分析過程中的必備設備，如果電源工作狀態(tài)不穩(wěn)定，會對電子設備的部分功能產(chǎn)生影響，甚至會影響整個系統(tǒng)的穩(wěn)定從而會造成許多不良的后果。整個系統(tǒng)的設計是以16位的MSP430單片機為核心，完成對數(shù)據(jù)的測量和處理，控制輸出電壓的變化，整個系統(tǒng)通過模擬仿真與實物測試分析，基本滿足了設計指標，取得了良好的效果。文中主要闡述了變壓模塊、電壓調整模塊、采樣模塊、反饋模塊、鍵盤輸入模塊、液晶模塊以及單片機控制模塊的原理設計與詳細的制作流程。計算機和通訊技術的發(fā)展，帶來了第三次科學技術革命，在給予電源技術廣闊的發(fā)展空間的同時也對電源的性能提出了更高的要求。目前的線性穩(wěn)壓電源按控制方式不同大致分為兩類：一類是模擬電源，另一類是數(shù)字電源，模擬電源的系統(tǒng)電路均采用模擬器件控制，而后者則是通過數(shù)字電路進行控制。第1章 數(shù)控線性穩(wěn)壓電源研究現(xiàn)狀與發(fā)展方向 選題的背景和意義 選題背景 常用的直流穩(wěn)壓電源按調整管的工作狀態(tài)一般可分為兩類，一類是比較簡單的電子設備中廣泛使用的線性穩(wěn)壓電源，比如教學實驗用電源、電解/電鍍用電源、收音機電源等；另一類是各種大功率的設備中廣泛使用的開關穩(wěn)壓電源，比如微型計算機適配器、大功率功放電源、常用的充電器等。隨著各種電子、電氣設備對穩(wěn)壓電源的性能要求日益提高，穩(wěn)壓電源不斷向著小型化、智能化、高效化、數(shù)字化、模塊化、綠色化方向發(fā)展，以單片機為核心的新一代智能穩(wěn)壓電源不但硬件電路簡單，結構緊湊，性能卓越，而且價格低廉，模塊化強，利于大規(guī)模生產(chǎn)，生產(chǎn)效率高，利用單片機對輸出進行采集分析計算和控制，能夠極大地減小輸出電壓的紋波，提高穩(wěn)壓電源的穩(wěn)定度及控制精度，同時智能穩(wěn)壓電源具有自我保護電路和自恢復功能，智能檢測可能出現(xiàn)的故障，并采取相應措施，極大地降低了硬件電路的復雜程度，此外，輸出電壓和最大輸出電流采用鍵盤輸入，可以保證負載的安全，輸出電壓電流等信息通過屏幕或數(shù)碼管顯示，人機界面友好，操作方便，調試也比較簡單，體積小，故障率低，具有很高的實用價值。智能化的數(shù)控穩(wěn)壓電源采用鍵盤控制，還能將電源的工作狀態(tài)、運行情況以及測量數(shù)據(jù)的處理結果實時通過屏幕顯示出來，使系統(tǒng)的工作狀態(tài)更加方便直觀，利于工作人員操作。6) 由于采用單片機進行控制，易于采用先進的控制算法和控制策略，通過編程就可以實現(xiàn)比較復雜的均流控制算法，實現(xiàn)高可靠性、高冗余度的電源并聯(lián)均流，為系統(tǒng)的擴容提供了方便。另一方面雖然國內(nèi)的生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的數(shù)控穩(wěn)壓電源也是在向著數(shù)字化方向靠攏，但是大多數(shù)還是僅局限于對預置輸入的查表控制與輸出的數(shù)字顯示，總體來講國內(nèi)的直流穩(wěn)壓電源在電源的可靠性、質量、持續(xù)創(chuàng)新能力、智能化水平、生產(chǎn)規(guī)模、生產(chǎn)工藝水平、檢測設備水平等方面還存在有10到15年的差距，尤其在直流穩(wěn)壓電源的智能化和網(wǎng)絡化的研究方面，我國還僅限于實驗室研究階段。直流穩(wěn)壓電源作為儀器儀表最基本的組成部分，不僅為儀器儀表提供穩(wěn)定的電能，同時又具有測量的功能，而在儀器儀表故障中大約60%是因為電源模塊故障，因此在很大程度上電源模塊的質量直接決定儀器儀表的質量，以單片機為核心的新一代智能電源正在日益取代傳統(tǒng)的模擬電源，解決了許多傳統(tǒng)穩(wěn)壓電源沒有解決的問題，優(yōu)化了系統(tǒng)電路，提高了系統(tǒng)性能。3) 數(shù)字化在數(shù)字化的今天，數(shù)控電源不僅僅是局限在使用鍵盤輸入和數(shù)字顯示等方面，在傳統(tǒng)的直流穩(wěn)壓電源中，控制部分完全是建立在模擬電路基礎上的，系統(tǒng)功能的實現(xiàn)依托于硬件電路，對硬件電路的要求比較高，而數(shù)字化的電源采用先進的控制算法，軟件可以實現(xiàn)濾波等功能，可以避免模擬信號的畸變失真、提高抗干擾能力、便于計算機處理控制、并大大增強了系統(tǒng)的容錯能力?？刂仆鈬娐愤M行電壓電流采集、電壓電流的設定、鍵盤和液晶顯示的控制，由于常用的51單片機沒有集成A/D、D/A，內(nèi)部的資源較少，外部中斷只有兩個，因此要實現(xiàn)數(shù)控控制比較困難，會造成邏輯電路比較復雜，且靈活性較低，還需加擴展A/D、D/A及存儲芯片，不利于各種功能的擴展。綜上兩個方案，經(jīng)過比較分析采用TI 公司的MSP430F169作為本次設計的控制芯片。利用單片機的定時器產(chǎn)生占空比可調的脈沖信號，經(jīng)過濾波處理以后得到與占空比一一對應的電平信號，利用此電平信號作為參考電平。綜上三種設計方案，由于MSP430F169內(nèi)部集成兩個獨立的12位D/A，而且具有外部參考電壓，可以達到很高的精度與穩(wěn)定度，故選擇方案三。其中B1是電源變壓器，D1是整流二極管，R1是負載。 半波整流電路圖 半波整流電路波形圖設B1初級電壓為E，則理想狀態(tài)下負載R1兩端的電壓可用以