CN106527298A - 线性降压数控电源 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种线性降压数控电源，其包括电源稳压电路，主控电路，按键电路，显示电路，数模转换电路，以及可调稳压电路。本发明的线性降压数控电源通过电源稳压电路，可调稳压电路，和数模转换电路实现了模块化、绿色化、数字化，不仅在于使用方便、缩小整机体积，更重要的是取消传统复杂连线，把寄生参数降到最小，从而把器件承受的电应力降至最低，提高系统的可靠性。本数控电源便于处理控制、避免了功率不足或是负载过大、过流短路，大大提高了电路功率稳定性和抗干扰能力。

Description

线性降压数控电源

技术领域

本发明涉及一种数控电源，尤其涉及一种线性降压数控电源。

背景技术

数控电源，尤其是直流数控可调稳压电源是常用的电子设备，它能保证在电网电压波动或负载发生变化时，输出稳定的电压，在仪器仪表、工业控制及测量领域中有着重要的实际应用价值。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中的上述缺陷，提供一种使用方便线性降压数控电源，其能够稳定输出电压范围为0～12V，并且可以线性调整输出电压并显示出来。

为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：一种线性降压数控电源，包括电源稳压电路，主控电路，显示电路，按键电路，数模转换电路，以及可调稳压电路；所述电源稳压电路输入交流220V电压，输出稳定的直流+12V、-12V、+5V电压，其中±12V供给可调稳压电路，+5V供给主控电路，按键电路，显示电路，及数模转换电路；所述主控电路与电源稳压电路、显示电路、按键电路和数模转换电路耦合，并通过数模转换电路控制可调稳压电路的输出电压；所述显示电路用于显示可调稳压电路输出的电压及电流；所述按键电路向主控电路输入调整信号和切换信号，调整信号用于促使主控电路控制可调稳压电路的输出电压，切换信号用于促使主控电路控制显示电路切换显示电压或电流；所述数模转换电路耦合在主控电路和可调稳压电路之间，用于将主控电路输出的数字控制信号转换为模拟控制信号，并送给可调稳压电路；所述可调稳压电路还与电源稳压电路耦合，并用于调整电压输出，以及采集电压和电流并送给主控电路。

此外，本发明还提供如下附属技术方案：

所述电源稳压电路包括线性降压电路，整流滤波电路，以及第一稳压芯片，第二稳压芯片和第三稳压芯片；线性降压电路用于将220V交流电压降压为15V交流电压；整流滤波电路用于将交流电变换为12V直流电；第一稳压芯片为MC7812，用于接收12V电压，输出+12V电压；第二稳压芯片为MC7912，用于接收12V电压，输出-12V电压；第三稳压芯片为MC7805，用于接收+12V电压，输出+5V电压。

所述主控电路包括单片机以及振荡电路；所述单片机为PIC16f877a芯片，振荡电路接于PIC16f877a芯片的Pin13、14，并且其包括相互串联的第一振荡电容和第二振荡电容，以及与该两个电容相互并联的晶振，该晶振为4MHZ。

所述显示电路采用共阳数码管，段选信号接至PIC16f877a芯片的Pin33～36，位选接至Pin19～26。

所述按键电路包括第一按键、第二按键和第三按键，该三个按键分别接于PIC16f877a芯片的Pin8、Pin9、Pin10，其中两个按键用于调整输出电压的增和减，另一个按键用于调整切换电压、电流显示。

所述数模转换电路包括DAC0832芯片，第四运放管，以及VREF电路；其中，DAC0832芯片的Pin4、5、6、7、13、14、15、16分别接于PIC16f877a芯片的Pin15、16、17、18、27、28、29、30，用于将PIC16f877a芯片发出的数字控制信号转换为模拟控制信号；第四运放管用于将模拟控制信号放大，并送给可调稳压电路；VREF电路用于调节模拟控制信号的数值范围。

所述可调稳压电路包括比较放大电路，电压调整电路，以及取样电路；所述比较放大电路与数模转换电路耦合，用于将模拟控制信号二级放大，并送给电压调整电路；所述电压调整电路用于输出大电流，其包括调整管，该调整管为TIP122达林顿晶体管，其基极与比较放大电路耦合，通过控制调整管的基极电流，实现控制UCE的压降。所述取样电路用于采集电压调整电路的电压值和电流值，并送给主控电路。

所述取样电路包括电压取样电路和电流取样电路；所述电压取样电路包括可变电阻，第二十三电阻，第二十二电阻，第一运放管，以及第二运放管；电压测试端从可变电阻引出，并将采集的电压信号送到第一运放管的第3脚，第一运放管的第1脚通过第二十三电阻与第二运放管的第6脚耦合，第二运放管第7脚通过第二十二电阻与主控电路耦合；所述电流取样电路包括第十三电阻，第十五电阻，第十六电阻，以及第六运放管；所述调整管的第3脚电压通过第十三电阻与第六运放管的第5脚耦合，第六运放管的第7脚通过第十五电阻和第十六电阻与主控电路耦合。

所述比较放大电路包括第六电阻，第九电阻，第五运放管，以及第一开关二极管；第二运放管的第2脚通过第六电阻与数模转换电路输出端耦合，第1脚通过第九电阻和第一开关二极管与调整管基极耦合。

所述可调稳压电路还包括过流保护电路，该过流保护电路包括第三运放管和第二开关二极管，该第三运放管的第9脚与所述取样电路耦合，第8脚通过第一开关二极管和第二开关二极管与调整管的基极耦合，当第9脚输入信号过大，第8脚为低电平，第二开关二级管导通，拉低第一开关二极管的阳极，调整管截止。

相比于现有技术，本发明的优势在于：通过电源稳压电路，可调稳压电路，和数模转换电路实现了模块化、绿色化、数字化，不仅在于使用方便、缩小整机体积，更重要的是取消传统复杂连线，把寄生参数降到最小，从而把器件承受的电应力降至最低，提高系统的可靠性。本数控电源便于处理控制、避免了功率不足或是负载过大、过流短路，大大提高了电路功率稳定性和抗干扰能力。

附图说明

图1是本发明的线性降压数控电源的原理框图。

图2是电源稳压电路电路图。

图3是主控电路电路图。

图4是按键电路电路图。

图5是显示电路电路图。

图6是数模转换电路电路图。

图7是可调稳压电路电路图。

具体实施方式

以下结合较佳实施例及其附图对本发明技术方案作进一步非限制性的详细说明。

见图1，线性降压数控电源包括电源稳压电路1，主控电路2，按键电路3，显示电路4，数模转换电路5，以及可调稳压电路6。电源稳压电路用于输出稳定的直流+12V、-12V、+5V电压，其中+12V、-12V分别供给可调稳压电路，+5V供给主控电路，按键电路，显示电路，及数模转换电路；主控电路用于核心控制；按键电路用于电压的调整，以及电压、电流的显示转换；显示电路用于显示可调稳压电路输出的电压及电流；数模转换电路用于将主控电路输出的数字控制信号转换为模拟控制信号，并送给可调稳压电路；可调稳压电路用于调整电压输出，以及采集电压和电流，并以模拟信号方式送给主控电路。

见图2，电源稳压电路包括线性降压电路(图未示)，过流保险，整流滤波电路，以及第一稳压芯片(MC7812)，第二稳压芯片(MC7912)和第三稳压芯片(MC7805)。线性降压电路主要采用220V/15V变压器，220V、50HZ的工频电压经过变压器降压后得到双15V交流电压，图2中，J1的第1脚接变压器次级端的中心抽头，第2和第3脚分别接次级端线头的两端。变压后的电压经过过流保险F1、F2后到达整流滤波电路，整流滤波电路包括二极管桥式电路和滤波电容C1、C2，双15V交流电经过整流滤波电路后得到±12V直流电，其中一路经过第一稳压芯片后得到+12V电压，该+12V电压再经过第三稳压芯片后得到+5V电压，另一路经过第二稳压芯片后得到-12V电压。+12V、-12V电压供给可调稳压电路，并和两个基准电压9.1V、6.2V调节对比；+5V电压作为系统本身的电源电压。

见图3，主控电路包括单片机以及振荡电路；本实施例中，单片机为PIC16f877a芯片，振荡电路接于PIC16f877a芯片的Pin13、14，其包括相互串联的第一振荡电容CC1和第二振荡电容CC2，以及与该两个电容相互并联的晶振Y1，该晶振Y1为4MHZ。

见图4，按键电路包括第一按键S1、第二按键S2和第三按键S3，该三个开关分别接于PIC16f877a芯片的Pin8、Pin9、Pin10。该三个开关其中一个为按键+(电压增)，一个为按键-(电压减)，一个为切换主机数码管电压、电流显示切换模式；具体哪一个按键实现什么功能，是可以在主控电路中进行逻辑修改的。

见图5，显示电路采用共阳数码管，段选信号接至PIC16f877a芯片的Pin33～36，位选接至Pin19～26。

见图6，数模转换电路包括DAC0832芯片，第四运放管U5D，以及VREF电路；其中，DAC0832芯片的Pin4、5、6、7、13、14、15、16分别接于PIC16f877a芯片的Pin15、16、17、18、27、28、29、30；第四运放管U5D为LM324，其第12脚接入DAC0832芯片的Iout2引脚，其第13脚接入DAC0832芯片的Iout1引脚，其第14脚接入DAC0832芯片的Rfb引脚，并且为DAOUT(模拟信号输出端)。DAC0832芯片和第四运放管U5D将单片机发出的8位二进制数据转换成0～-5V的电压，然后经可调稳压电路反向放大2倍，以得到0～10V电压。VREF电路为DAC0832芯片提供基准电压，见图7，电阻R7，电阻R8，可变电阻RP2，电容C17，电容C18，以及开关二极管T5构成基准电压源电路(VREF)，可以调节控制信号的数值范围。

因为DAC0832芯片内有两级输入寄存器，具备双缓冲、单缓冲和直通三种输入方式，有8路输入功能，同时主芯片PIC16F877的RC、RD端口引脚15、16、17、18、27、28、29、30内置电路具有8线功能，这样跟主芯片连接以便适于各种电路的需要，同时大大提高电路功能效率从而实现达到电路要求。

见图7，可调稳压电路包括比较放大电路，电压调整电路，取样电路，以及过流保护电路。

比较放大电路主要采用第五运放管U6A(LM324)，LM324具有共模抑制比高，响应速度快和压摆率高的特点。第五运放管U6A的第2脚通过第六电阻R6数模转换电路的DAOUT端，第1脚通过第九电阻R9和第一开关二极管T1接入电压调整电路。

电压调整电路主要采用调整管U4(TIP122达林顿晶体管)以实现大电流输出，本电路中的调整管U4的Icmax＝6A>Iomax＝0.5A；Pcw＝65W>6W，VCEOmax＝100V>12V。第五运放管U6A的第1脚与调整管U4的基极耦合，数模转换电路发出的模拟信号经过运放管U6A，第九电阻R9，以及第一开关二极管T1控制调整管U4的基极电流Ib的大小，从而控制UCE的压降，负载端输出电压可以从J3测量出来，U0＝21V-UCE。

取样电路有电压取样和电流取样。电压取样具体是，输出电压测试端从可变电阻RP1引出，采集的电压信号送到第一运放管U5A的第3脚，第一运放管U5A为电压射随器，起增大输入阻抗，提高抗干扰能力。第一运放管U5A输出端第1脚经过第二十三电阻R23将采集信号送入第二运放管U5B的第6脚，第二运放管U5B第7脚电压经过第二十二电阻R22将采集电压值ADCV送入单片机的AD采样转换通道7，单片机内部参数计算转换后，在数码管上可以显示输出电压的值。电流取样具体是，调整管U4的第3脚电压经过第十三电阻R13，第六运放管U6B，第十五电阻R15，以及第十六电阻R16构成的放大电路放大后送入单片机的AD采样转换通道7。单片机用ADCI和ADCV的差值，结合电路R3、RP1、R4电参数计算，可以计算出电阻R2上的电压差值，根据欧姆定律，从而计算出调整管U4输出端电流大小，并在数码管上显示。

过流保护电路主要采用第六运放管U6B和第三运放管U5C。本实施例设计的电流输出最大为1A。当调整管U4的集电极Ic电流过流时(超过1A)，调整管U4的Ic电流的增大，UCE压降减少，从而调整管U4的第3脚电压增大，经过第十三R13并作为第六运放管U6B的输入信号，第六运放管U6B工作在放大状态，当第六运放管U6B第7脚输出端的电压经过第十五电阻R15作为第三运放管U5C第9脚输入信号，该信号变大时，会造成第三运放管U5C第9脚反相电压大于第10脚同相端电位(该同相端电位可以通过电阻R19、可变电阻RP3、开关二极管T3调整)，第三运放管U5C输出端第8脚为低电平，第二开关二极管T2导通，则拉低第一开关二极管T1的阳极，使得调整管U4截止，保护电路。同时，此过程使得流过电阻R9和电阻R10电流变大，当LED2阳极电压超过4.2V时，LED2被点亮，光电耦合器U7导通，从而使得三极管Q1导通，蜂鸣器LS1报警。

本发明的数控电源采用硬件组成的闭环反馈模式来进行稳压。以主芯片PIC16f877A作为主要的核心控制器，电源稳压电路提供主电路各芯片供电，可调稳压电路是通过TIP122达林顿管作为开关的作用和TLP521光耦的隔离控制过流保护组成；再通过LM324运算放大器把采集到的电压、电流信息输给主芯片PIC16f877A，LM324运算放大器的共模抑制比高、响应速度快、压摆率高，从而提高了稳压的可靠性和精度；接着经过数模转换电路把采集到的电流、电压送到主芯片PIC16f877A处理后显示在数码管上，提高了测量的准确性和直观显示能力；通过调节按键能够稳定的输出从0～12伏的任一稳定电压，并由数码管显示出来。可以任意调整输出的电压，一个是增高，一个是降低，每按一次电压的变化是增加或减小0.5。本数控电源的开机预置输出电压为5V，并可采用步进方式调节输出电压，最小步进为0.5V。经过测试，本数控电源的输出电压范围可达到0～12V，额定电流可达到0.5A，可应用于实验教学与工程实践中。

通过电源稳压电路，可调稳压电路，和数模转换电路实现了模块化、绿色化、数字化，不仅在于使用方便、缩小整机体积，更重要的是取消传统复杂连线，把寄生参数降到最小，从而把器件承受的电应力降至最低，提高系统的可靠性。本数控电源便于处理控制、避免了功率不足或是负载过大、过流短路，大大提高了电路功率稳定性和抗干扰能力。

需要指出的是，上述较佳实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种线性降压数控电源，其特征在于：包括电源稳压电路，主控电路，显示电路，按键电路，数模转换电路，以及可调稳压电路；

所述电源稳压电路输入交流220V电压，输出稳定的直流+12V、-12V、+5V电压，其中±12V供给可调稳压电路，+5V供给主控电路，按键电路，显示电路，及数模转换电路；

所述主控电路与电源稳压电路、显示电路、按键电路和数模转换电路耦合，并通过数模转换电路控制可调稳压电路的输出电压；

所述显示电路用于显示可调稳压电路输出的电压及电流；

所述按键电路向主控电路输入调整信号和切换信号，调整信号用于促使主控电路控制可调稳压电路的输出电压，切换信号用于促使主控电路控制显示电路切换显示电压或电流；

所述数模转换电路耦合在主控电路和可调稳压电路之间，用于将主控电路输出的数字控制信号转换为模拟控制信号，并送给可调稳压电路；

所述可调稳压电路还与电源稳压电路耦合，并用于调整电压输出，以及采集电压和电流并送给主控电路。

2.根据权利要求1所述的线性降压数控电源，其特征在于：所述电源稳压电路包括线性降压电路，整流滤波电路，以及第一稳压芯片，第二稳压芯片和第三稳压芯片；线性降压电路用于将220V交流电压降压为15V交流电压；整流滤波电路用于将交流电变换为12V直流电；第一稳压芯片为MC7812，用于接收12V电压，输出+12V电压；第二稳压芯片为MC7912，用于接收12V电压，输出-12V电压；第三稳压芯片为MC7805，用于接收+12V电压，输出+5V电压。

3.根据权利要求1所述的线性降压数控电源，其特征在于：所述主控电路包括单片机以及振荡电路；所述单片机为PIC16f877a芯片，振荡电路接于PIC16f877a芯片的Pin13、14，并且其包括相互串联的第一振荡电容(CC1)和第二振荡电容(CC2)，以及与该两个电容相互并联的晶振(Y1)，该晶振为4MHZ。

4.根据权利要求3所述的线性降压数控电源，其特征在于：所述显示电路采用共阳数码管，段选信号接至PIC16f877a芯片的Pin33～36，位选接至Pin19～26。

5.根据权利要求3所述的线性降压数控电源，其特征在于：所述按键电路包括第一按键(S1)、第二按键(S2)和第三按键(S3)，该三个按键分别接于PIC16f877a芯片的Pin8、Pin9、Pin10，其中两个按键用于调整输出电压的增和减，另一个按键用于调整切换电压、电流显示。

6.根据权利要求3所述的线性降压数控电源，其特征在于：所述数模转换电路包括DAC0832芯片，第四运放管(U5D)，以及VREF电路；其中，

DAC0832芯片的Pin4、5、6、7、13、14、15、16分别接于PIC16f877a芯片的Pin15、16、17、18、27、28、29、30，用于将PIC16f877a芯片发出的数字控制信号转换为模拟控制信号

第四运放管(U5D)用于将模拟控制信号放大，并送给可调稳压电路；

VREF电路用于调节模拟控制信号的数值范围。

7.根据权利要求1所述的线性降压数控电源，其特征在于：所述可调稳压电路包括比较放大电路，电压调整电路，以及取样电路；

所述比较放大电路与数模转换电路耦合，用于将模拟控制信号二级放大，并送给电压调整电路；

所述电压调整电路用于输出大电流，其包括调整管(U4)，该调整管为TIP122达林顿晶体管，其基极与比较放大电路耦合，通过控制调整管的基极电流，实现控制UCE的压降。

所述取样电路用于采集电压调整电路的电压值和电流值，并送给主控电路。

8.根据权利要求7所述的线性降压数控电源，其特征在于：所述取样电路包括电压取样电路和电流取样电路；

所述电压取样电路包括可变电阻(RP1)，第二十三电阻(R23)，第二十二电阻(R22)，第一运放管(U5A)，以及第二运放管(U5B)；电压测试端从可变电阻(RP1)引出，并将采集的电压信号送到第一运放管的第3脚，第一运放管的第1脚通过第二十三电阻与第二运放管的第6脚耦合，第二运放管第7脚通过第二十二电阻与主控电路耦合；

所述电流取样电路包括第十三电阻(R13)，第十五电阻(R15)，第十六电阻(R16)，以及第六运放管(U6B)；所述调整管(U4)的第3脚电压通过第十三电阻与第六运放管的第5脚耦合，第六运放管的第7脚通过第十五电阻和第十六电阻与主控电路耦合。

9.根据权利要求7所述的线性降压数控电源，其特征在于：所述比较放大电路包括第六电阻(R6)，第九电阻(R9)，第五运放管(U6A)，以及第一开关二极管(T1)；第二运放管(U6A)的第2脚通过第六电阻(R6)与数模转换电路输出端耦合，第1脚通过第九电阻(R9)和第一开关二极管(T1)与调整管基极耦合。

10.根据权利要求9所述的线性降压数控电源，其特征在于：所述可调稳压电路还包括过流保护电路，该过流保护电路包括第三运放管(U5C)和第二开关二极管(T2)，该第三运放管的第9脚与所述取样电路耦合，第8脚通过第一开关二极管(T1)和第二开关二极管(T2)与调整管(U4)的基极耦合，当第9脚输入信号过大，第8脚为低电平，第二开关二级管导通，拉低第一开关二极管的阳极，调整管截止。