【正文】 關(guān)電源日趨可靠、成熟、經(jīng)濟(jì)、適用。目前正在研究高性能的碳化硅半導(dǎo)體器件，一旦開(kāi)發(fā)成功，對(duì)電源技術(shù)的影響將是革命性的。集成化是電源技術(shù)的一個(gè)重要的發(fā)展方向。集成化和模塊化減少了外部連線(xiàn)和焊接，提高了設(shè)備的可靠性，縮小了電源的體積，減輕了重量。開(kāi)關(guān)電源技術(shù)因應(yīng)用需求不斷向前發(fā)展,新技術(shù)的出現(xiàn)又會(huì)使許多應(yīng)用產(chǎn)品更新?lián)Q代,還會(huì)開(kāi)拓更多更新的應(yīng)用領(lǐng)域。這幾年,隨著通信行業(yè)的發(fā)展,以開(kāi)關(guān)電源技術(shù)為核心的通信用開(kāi)關(guān)電源,僅國(guó)內(nèi)有20多億人民幣的市場(chǎng)需求,吸引了國(guó)內(nèi)外一大批科技人員對(duì)其進(jìn)行開(kāi)發(fā)研究。還有其它許多以開(kāi)關(guān)電源技術(shù)為核心的專(zhuān)用電源、工業(yè)電源正在等待著人們?nèi)ラ_(kāi)發(fā)[5] 電源技術(shù)存在的問(wèn)題隨著半導(dǎo)體技術(shù)和微電子技術(shù)的高速發(fā)展，集成度高、功能強(qiáng)大的大規(guī)模集成電路的不斷出現(xiàn)，使得電子設(shè)備的體積在不斷地縮小，重量在不斷地減輕，所以從事這方面研究和生產(chǎn)的人們對(duì)開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源中的開(kāi)關(guān)變壓器還感到不是十分理想，他們正致力于研制出效率更高、體積更小、重量更輕的開(kāi)關(guān)變壓器或者通過(guò)別的途經(jīng)取代開(kāi)關(guān)變壓器，使之能夠滿(mǎn)足電子儀器和設(shè)備微小型化的需要，這是從事開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源研制的科技人員目前正在克服的一個(gè)困難。要進(jìn)一步提高開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的效率，就必須提高電源的工作頻率。例如，高頻電容、開(kāi)關(guān)管、開(kāi)關(guān)變壓器、儲(chǔ)能電感等都會(huì)出現(xiàn)新的問(wèn)題。 工作在線(xiàn)性狀態(tài)的線(xiàn)性穩(wěn)壓電源，具有穩(wěn)壓和濾波的雙重作用，因而串聯(lián)線(xiàn)性穩(wěn)壓電源不產(chǎn)生開(kāi)關(guān)干擾，且波紋電壓輸出較小。這些干擾就會(huì)污染市電電網(wǎng)，影響鄰近的電子儀器及設(shè)備的正常工作。但是在一些精密電子儀器中，由于開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的這一缺點(diǎn)，卻使它得不到使用。第2章 穩(wěn)壓電源整體設(shè)計(jì)在電子電路中，通常都需要電壓穩(wěn)定的直流電源供電。圖 21直流穩(wěn)壓電源組成框圖電源變壓器是將交流電網(wǎng)220V的電壓變?yōu)樗枰碾妷褐?，然后通過(guò)整流電路將電壓變成脈動(dòng)的直流電壓。但這樣的電壓還隨電網(wǎng)電壓波動(dòng)（一般有正負(fù)10%左右的波動(dòng)），負(fù)載和溫度的變化而變化。穩(wěn)壓電路的作用是當(dāng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)、負(fù)載和溫度變化時(shí)，維持輸出直流電壓的穩(wěn)定。 單相半波整流電路 單相半波整流電路是最簡(jiǎn)單的整流電路，圖22是單相半波阻性負(fù)載的整流電路。 輸出直流電壓的平均值，即直流電壓V0可按下式求出 (21)半波整流電路的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用的元器件少。所以只能用在輸出功率較小、負(fù)載要求不高的場(chǎng)合。 圖23 單相全波整流電路全波整流電路接入濾波電容C，其充放電過(guò)程與半波整流相同，但由于V21和V22輪流通過(guò)VD1和VD2向電容C充電，所以輸出電壓的脈動(dòng)比半波整流時(shí)小。橋式整流電路的電壓可作如下估算。即： (34)導(dǎo)通二極管的電流平均值為負(fù)載電流平均值的一半，最大值與負(fù)載電流最大值相同。所以它的應(yīng)用較為廣泛。以上簡(jiǎn)單介紹了幾種整流電路，根據(jù)其優(yōu)缺點(diǎn)的判斷，所以在我的設(shè)計(jì)中采用了橋式整流電路。 濾波電路交流電經(jīng)整流電路后可變?yōu)槊}動(dòng)直流電流，其中含有較大的交流分量，為了使設(shè)備能用上純凈的直流電，還必須用濾波電路濾除脈動(dòng)電壓中的交流成份。 電容濾波電路 電容濾波就是在整流電路后面,用大量的電解電容與負(fù)載并聯(lián)例如以橋式電路為例,整流濾波電路如圖25所示: 圖25電容濾波電路電容濾波電路簡(jiǎn)單，制作方便。為此，RCπ型濾波電路在實(shí)際電路中經(jīng)常使用。采用這種濾波電路可以進(jìn)一步降低輸出電壓的脈動(dòng)系數(shù)。所以這種電路只適用于小電流的場(chǎng)合。 圖27 電感濾波電路當(dāng)整流后的脈動(dòng)電流增大時(shí)，電感L將產(chǎn)生反電勢(shì)－L(di/dt)，阻止電流增大；相反，當(dāng)電流減小時(shí)，電感L將阻止電流減小，從而使負(fù)載電流脈動(dòng)成分大大降低，達(dá)到濾波的目的。為了進(jìn)一步改善濾波效果，可以采用LC濾波電路，它是在電感濾波電路的基礎(chǔ)上，再在負(fù)載電阻RL上并聯(lián)電容器C，如圖28所示 圖28 LC型濾波電路不難看出，當(dāng)L 值很小，或RL很大時(shí)，該電路和電容濾波電路很類(lèi)似，呈現(xiàn)電容濾波的特點(diǎn)，為了保證整流二極管的導(dǎo)電角仍為180度，一般要求L值很大，對(duì)基波信號(hào)而言應(yīng)滿(mǎn)足RL3Ω。 在大功率輸出的電源穩(wěn)壓電路中，由于輸出電流較大，為了減少功率損耗，一般不用電阻做濾波器件，經(jīng)常使用的是LC元件構(gòu)成的π型濾波電路。在絕大多數(shù)情況下，這種輸出電壓的變化波動(dòng)顯得太大，仍需要進(jìn)一步對(duì)其穩(wěn)定，這就需要采用穩(wěn)壓電路。下面就穩(wěn)壓電路作一下介紹。自動(dòng)化程度，用來(lái)說(shuō)明維護(hù)人員離開(kāi)時(shí)，例如，是否具有自動(dòng)開(kāi)機(jī)、停機(jī)性能，故障檢測(cè)等。下面簡(jiǎn)單介紹下質(zhì)量指標(biāo)。 另外還有以γ的倒數(shù)S為標(biāo)準(zhǔn)，稱(chēng)S＝1/γ為穩(wěn)定系數(shù)的。當(dāng)保持不變時(shí)，輸出電壓增量與輸出電流增量之比稱(chēng)為等效內(nèi)阻：（＝額定值） （26） 上式中，為正值，由于電流增加（增量為正）時(shí)其兩端電壓受內(nèi)阻影響要下降（增量為負(fù)），故上式中加了個(gè)“－”號(hào)，使得為正值。 3 紋波電壓 紋波電壓就是疊加在輸出直流電壓上的交流電壓分量，通常經(jīng)濾波及穩(wěn)壓后，它的數(shù)值在幾毫伏以?xún)?nèi)，以不影響電子設(shè)備工作為準(zhǔn)。 穩(wěn)壓管基本應(yīng)用電路硅穩(wěn)壓管也稱(chēng)為齊納二極管，其伏安特性如圖所示。穩(wěn)壓管的這一特性將穩(wěn)壓管和負(fù)載并聯(lián)，若能保證穩(wěn)壓管中的電流在一定范圍內(nèi)，則負(fù)載電壓就能在一定程度上得到穩(wěn)定，因此，穩(wěn)壓電路的關(guān)鍵就是限定穩(wěn)壓管中的電流。小功率穩(wěn)壓管的工作電流大致幾毫安至幾十毫安，大功率的穩(wěn)壓管可到幾安培到十幾安培。如負(fù)載減小，要求更多的電流流過(guò)時(shí)，通過(guò)穩(wěn)壓管的電流將隨之減小，使基本不變，以保證輸出電壓基本不變。如果和都變化，則將綜合二者的變化加以調(diào)整，只要的變化在它的允許的工作范圍之內(nèi)，就能保證起到較好的穩(wěn)壓作用。若負(fù)載經(jīng)常變動(dòng)，要求輸出電壓連續(xù)可調(diào)，穩(wěn)定性能好，就要采用晶體管穩(wěn)壓源。所以必須具有執(zhí)行元件和反饋支路。調(diào)整管是閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其余部分都是反饋控制支路所必需的，原理框圖如圖213所示。 圖213 串聯(lián)反饋型穩(wěn)壓電路框圖取樣電路和基準(zhǔn)電壓相比較，并把比較后的誤差信號(hào)送放大器，增強(qiáng)反饋控制效果，因?yàn)槿拥脕?lái)得是電壓信號(hào)，所以這種電壓源實(shí)際上是一個(gè)以電壓為調(diào)節(jié)對(duì)象得自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。根據(jù)調(diào)節(jié)原理可知，該系統(tǒng)的調(diào)節(jié)函數(shù)為： （29）由此可知，無(wú)論輸入電壓波動(dòng)還是負(fù)載變化對(duì)輸出電壓的影響，反饋系統(tǒng)是開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的1/（1+*K*n）倍，更具體點(diǎn)說(shuō)，就是反饋調(diào)整型穩(wěn)壓電源在電網(wǎng)電壓調(diào)整率、負(fù)載調(diào)整率等主要技術(shù)性能方面，都是以硅穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電源為代表的參數(shù)型穩(wěn)壓電源的（1+*K*n）倍，這就是反饋調(diào)整型穩(wěn)壓電源比參數(shù)型穩(wěn)壓電源應(yīng)用得更普遍得主要原因。其優(yōu)點(diǎn)是，輸出電壓范圍不受調(diào)整元件本身耐壓的限制而且各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)可以做的很高。因此，串聯(lián)反饋調(diào)整型穩(wěn)壓電源廣泛用在負(fù)載變動(dòng)較大，穩(wěn)壓性能要求較高，輸出電壓可調(diào)等場(chǎng)合。晶體管VT做調(diào)整元件，VD做基準(zhǔn)電壓源，它給晶體管發(fā)射結(jié)提供一個(gè)固定的偏壓使其能正常工作。如果當(dāng)輸入電壓減小或負(fù)載增大，使得輸出電壓下降時(shí)，調(diào)節(jié)過(guò)程與上述正好相反。 該電路存在兩個(gè)問(wèn)題：其一，該電路是用輸出電壓的變化部分直接去控制調(diào)整管的基極，故控制作用小，穩(wěn)壓性能較差；其二，輸出電壓固定不可調(diào)。采用帶放大器的穩(wěn)壓電路，可以彌補(bǔ)這些不足。RR2與并聯(lián)組成分壓器，起到取出輸出電壓的作用，叫做取樣電路。VT2是比較放大器，R4是它的集電極電阻，同時(shí)也是管的偏流電阻。因?yàn)榉糯笃鞯淖饔茫苄〉妮敵鲭妷旱淖兓?，反?yīng)到調(diào)整管上就有比較大的變化，大大提高了調(diào)整管的靈敏度，提高的輸出電壓的穩(wěn)定性。同理，當(dāng)輸入電壓上升或負(fù)載變小時(shí)，升高，當(dāng)經(jīng)過(guò)反饋調(diào)整作用又會(huì)使下降，從而使輸出電壓基本保持不變。本次畢設(shè)題目是高精度程控穩(wěn)壓電源，硬件核心就是以上介紹的三個(gè)部分。一方面，橋式電路使用方便簡(jiǎn)單，另一方面，有現(xiàn)成的集成元件可用。因?yàn)樵O(shè)計(jì)的電路比較簡(jiǎn)單，且直流要求較強(qiáng)，所以選用π型RC濾波電路。核心電路如圖2－17所示：圖217 核心電路圖第3章 硬件部分外圍電路設(shè)計(jì)外圍電路包括程控部分（包括D/A和A/D數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換部分），保護(hù)電路部分，數(shù)碼管顯示部分，按鍵控制部分。保護(hù)電路是保護(hù)硬件部分安全的，確保硬件不會(huì)因電流過(guò)大而毀掉。 程控部分本設(shè)計(jì)采用了AT89C51作為系統(tǒng)的核心。 8051單片機(jī)AT89C51是一種帶4K字節(jié)