一种可控整流直流稳压电源的制作方法
【专利摘要】一种可控整流直流稳压电源，包括单片机控制电路、整流滤波电路、DC/DC变换电路、驱动电路、单片机5V电源电路、电流取样电路、电压取样电路、液晶显示电路和操作按键电路。本实用新型具有电压输出范围宽、多组电压预设、电流过流设定保护、短路自动恢复、抗干扰性能好，可靠性高及最终输出电压与真实显示值精确度较高等优点。
【专利说明】一种可控整流直流稳压电源
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及直流稳压电源领域，尤其是一种可控整流直流稳压电源。
【背景技术】
[0002]直流稳压电源作为电子技术常用的仪器之一，广泛的应用于教学和科研等研究领域，并且还是电子实验员、设计人员以及电路开发部门进行试验操作必不可少的电子仪器。电压稳定的直流电源通常用来在电子电路中供电。整个的稳压过程是由变压器、整流、滤波、稳压四部分组成。但是这种传统的直流稳压电源功能比较简单、可靠性又低、难以控制、干扰大、精度较低、体积大并且复杂度高。普通的直流稳压电源的种类多种多样，然而它们均存在以下问题:(1)输出电压是用粗调即波段开关以及细调即电位器来调节，在这样的情况下，当需要输出精确的电压时，或者需要再一个小范围内进行调节时，难度就比较高；此外，波段开关和电位器随时间的增加，难免会接触不良，影响输出。(2)稳压方式都是采用串联型稳压电路，对过载进行限流或截流保护，电路较为复杂，稳压精度也不高。
【发明内容】
[0003]本发明所要解决的技术问题在于，提供一种具有电压输出范围宽、多组电压预设、电流过流设定保护、短路自动恢复等功能的可控整流直流稳压电源。
[0004]为解决上述技术问题，本发明提供一种可控整流直流稳压电源，包括单片机控制电路、整流滤波电路、DC/DC变换电路、驱动电路、单片机5V电源电路、电流取样电路、电压取样电路、液晶显不电路和操作按键电路；
[0005]单片机控制电路，将输出电压及电流值经内部A/D转换，与设定的输出电压相比较，控制驱动信号的脉宽，以保持输出电压的稳定；
[0006]整流滤波电路，将交流电压变成脉动的直流电压，后变为平滑的直流电压；
[0007]DC/DC变换电路，将整流滤波电路得到的直流电压进行稳压得到电压值稳定的直流电压；
[0008]驱动电路，连接单片机控制电路与DC/DC变换电路，进行电平的转换及电流驱动；
[0009]单片机5V电源电路，为其他电路提供电源；
[0010]电流取样电路，将输出电流分为两路，一路送去与设定的电流值做比较；一路送单片机后送至液晶显示电路显示实时电流；
[0011]电压取样电路，将输出电压分为两路，一路送去与设定的电压值做比较；一路送单片机后送至液晶显示电路显示实时电压；
[0012]液晶显示电路,显示电流、电压参数信号；
[0013]操作按键电路，设定所需的输出电压值及保护电流值，并将其储存在单片机控制电路中。
[0014]单片机控制电路选用STC12C5410AD单片机。端口资源使用主要有:P1.4、Pl.5、Pl.6、Pl.7、P2.0脚分别用于中文液晶显示器的驱动；P1.2脚用于采样电流的A/D转换，P1.3脚用于采样电压的A/D转换；P2.6、P2.7、P3.7脚接3个开关，用于电源控制操作；P3.5脚输出脉宽调制信号，与采样电压进行比较，将比较结果送至驱动电路TL494 ；P2.4脚输出脉宽调制信号，与采样电流进行比较，将比较结果送至驱动电路TL494 ；P2.5脚输出步进值送比较器与设定值进行叠加；P3.4脚用于开机保护，在开机时，使得驱动电路TL494不上电。
[0015]整流滤波电路的结构，保险管FUSE的一端连接电源，另一端连接电容C21，电阻R27的一端连接电源，另一端连接电容C21，电源、保险管FUSE、电阻R27、电容C21组成一个回路；电容C21连接共模电感LI的一端，共模电感LI的另一端连接由二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4组成的整流桥的一端，整流桥的另一端连接电容C2后接地。
[0016]LI为共模电感，从左侧的输入端输入220V的交流电，然后经由C21和LI滤除电磁干扰，再由整流桥进行整流，C2进行滤波，输出300多伏的直流电。
[0017]驱动电路选择PWM发生器TL494。3脚接收来自于电压采样电路以及电流采样电路送来的脉宽调制信号。当低电平信号时，TL494出低电平，Ql导通，使得Q2获得15V电压导通。当TL494出高电平时，Ql被截至，Q3基极获得低电平，加快关断Q2的速度，具有保护作用。
[0018]电压取样电路，四个电阻R22、电阻R24、电阻R25、电阻R26相串联后连接运算放大器的同相输入端，滑动电阻器R43接运算放大器的同相输入端后接地；电阻R20连接运算放大器的反相输入端；运算放大器的输出端接电阻R29。
[0019]整流滤波降压后的电压加到电压取样电路的输入端，通过四个串联电阻进行分压，滑动变阻器R43通过改变电阻值控制同相输入端的电压，由于该结构为电压跟随器，所以输出电压等于输入电压。输出电压分成两路，一路送去与设定的电压值作比较，一路送单片机，由单片机再送至液晶显示器显示该实时电压。
[0020]电流取样电路，整流滤波降压后的电压加到电流取样电路的输入端，将电流值转换为电压值，输出端一路送到单片机，由单片机再送到液晶显示器进行显示；一路送到比较器，与设定的保护电流值进行比较。电路左侧可引出两根导线，分别于负载两端连接，给负载供电。
[0021]液晶显示电路的5个引脚，它们分别与单片机的对应引脚相连。其中8脚用于接收单片机送过来的串行时钟信号；9脚用于接收单片机送过来的串行数据信号；10脚根据单片机送来的信号选择指定寄存器；11脚用于接收来自单片机的电平信号进行复位操作；12脚用于片选。
[0022]按键电路，按键电路采用独立的按键。按键SWl表示“，该按键可在给定初始值的基础上减小电压或电流值，每按一次，电压减少0.1V或电流减小0.01A，若按住不放，可连续减小；按键SW2表示“ + ”，该按键可在给定初始值的基础上增加电压值或电流值，每按一次，电压增加0.1V或电流增加0.01A，若按住不放，也可连续增加；按键SW3表示“设置”。给系统上电后，首先按“设置”键设定电压值，用“ + ” ”上下调整，直到获得所需值，然后按下“设置”键进行确认，并开始电流值的设定，当电流值设定好后，按“设置”键确认后，系统则开始工作。
[0023]本发明的有益效果为:电压输出范围宽，可完成0.(Γ40.0V之间各不同幅值的电压的输出，在设定输出电压值和保护电流值时，可以手动地每按键一下进行每0.1V(0.0lA)大小的上下调整，直到获得需要的数值，并能将常用电压值及保护电流值存储在单片机中。多组电压预设、电流过流设定保护、短路自动恢复、抗干扰性能好，可靠性高及最终输出电压与真实显示值精确度较高等优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1是本发明的系统硬件原理框图。
[0025]图2是本发明的STC12C5410AD芯片结构图。
[0026]图3为本发明的整流滤波电路的结构图。
[0027]图4为本发明的驱动电路的结构图。
[0028]图5为本发明的电压取样电路的结构图。
[0029]图6为本发明的电流取样电路的结构图。
[0030]图7为本发明的液晶显示电路的结构图。
[0031]图8为本发明的按键电路的结构图。
[0032]
【具体实施方式】
[0033]为解决上述技术问题，本发明提供一种可控整流直流稳压电源，包括单片机控制电路、整流滤波电路、DC/DC变换电路、驱动电路、单片机5V电源电路、电流取样电路、电压取样电路、液晶显不电路和操作按键电路；
[0034]单片机控制电路，将输出电压及电流值经内部A/D转换，与设定的输出电压相比较，控制驱动信号的脉宽，以保持输出电压的稳定；
[0035]整流滤波电路，将交流电压变成脉动的直流电压，后变为平滑的直流电压；
[0036]DC/DC变换电路，将整流滤波电路得到的直流电压进行稳压得到电压值稳定的直流电压；
[0037]驱动电路，连接单片机控制电路与DC/DC变换电路，进行电平的转换及电流驱动；
[0038]单片机5V电源电路，为其他电路提供电源；
[0039]电流取样电路，将输出电流分为两路，一路送去与设定的电流值做比较；一路送单片机后送至液晶显示电路显示实时电流；
[0040]电压取样电路，将输出电压分为两路，一路送去与设定的电压值做比较；一路送单片机后送至液晶显示电路显示实时电压；
[0041]液晶显示电路,显示电流、电压参数信号；
[0042]操作按键电路，设定所需的输出电压值及保护电流值，并将其储存在单片机控制电路中。
[0043]如图1所示，将220V的交流电压经过隔离变压器将其降至所需要的电压值，然后通过整流电路将交流电压变成脉动的直流电压。由于此脉动的直流电压还含有较大的纹波，必须通过滤波电路加以滤除，从而得到平滑的直流电压。但是这样的电压还随电网电压波动、负载和温度的变化而变化。因而在整流、滤波电路之后，还需接稳压电路。稳压电路的作用就是当电网电压波动、负载和温度变化时，维持输出直流电压的稳定。为了获得我们所需要的输出电压值以及保护电流值，可以通过按键来进行设定并将其存储在单片机中。单片机将输出电压计电流值经内部A/D转换，与设定的输出电压相比较，控制驱动信号的脉宽，以保持输出电压的稳定。当输出电流超过保护设定值时关闭驱动，以保护电源元器件。控制回路的电源由输入电源经小功率变压器供给。
[0044]如图2所示，单片机控制电路选用STC12C5410AD单片机。端口资源使用主要有:Pl.4、Pl.5、Pl.6、Pl.7、P2.0脚分别用于中文液晶显示器的驱动；P1.2脚用于采样电流的A/D转换，Pl.3脚用于采样电压的A/D转换；P2.6、P2.7、P3.7脚接3个开关，用于电源控制操作；P3.5脚输出脉宽调制信号，与采样电压进行比较，将比较结果送至驱动电路TL494 ；P2.4脚输出脉宽调制信号，与采样电流进行比较，将比较结果送至驱动电路TL494 ;P2.5脚输出步进值送比较器与设定值进行叠加；P3.4脚用于开机保护，在开机时，使得驱动电路TL494不上电。
[0045]如图3所示，为整流滤波电路的结构。保险管FUSE的一端连接电源，另一端连接电容C21，电阻R27的一端连接电源，另一端连接电容C21，电源、保险管FUSE、电阻R27、电容C21组成一个回路；电容C21连接共模电感LI的一端，共模电感LI的另一端连接由二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4组成的整流桥的一端，整流桥的另一端连接电容C2后接地。
[0046]LI为共模电感，从左侧的输入端输入220V的交流电，然后经由C21和LI滤除电磁干扰，再由整流桥进行整流，C2进行滤波，输出300多伏的直流电。
[0047]如图4所示，驱动电路选择PWM发生器TL494。3脚接收来自于电压采样电路以及电流采样电路送来的脉宽调制信号。当低电平信号时，TL494出低电平，Ql导通，使得Q2获得15V电压导通。当TL494出高电平时，Ql被截至，Q3基极获得低电平，加快关断Q2的速度，具有保护作用。
[0048]如图5所示，为电压取样电路的结构。四个电阻R22、电阻R24、电阻R25、电阻R26相串联后连接运算放大器的同相输入端，滑动电阻器R43接运算放大器的同相输入端后接地；电阻R20连接运算放大器的反相输入端；运算放大器的输出端接电阻R29。
[0049]整流滤波降压后的电压加到电压取样电路的输入端，通过四个串联电阻进行分压，滑动变阻器R43通过改变电阻值控制同相输入端的电压，由于该结构为电压跟随器，所以输出电压等于输入电压。输出电压分成两路，一路送去与设定的电压值作比较，一路送单片机，由单片机再送至液晶显示器显示该实时电压。
[0050]如图6所示，为电流取样电路的结构。整流滤波降压后的电压加到电流取样电路的输入端，将电流值转换为电压值，输出端一路送到单片机，由单片机再送到液晶显示器进行显示；一路送到比较器，与设定的保护电流值进行比较。电路左侧可引出两根导线，分别于负载两端连接，给负载供电。
[0051]如图7所示，主要用到了液晶显示电路的5个引脚。它们分别与单片机的对应引脚相连。其中8脚用于接收单片机送过来的串行时钟信号；9脚用于接收单片机送过来的串行数据信号；10脚根据单片机送来的信号选择指定寄存器；11脚用于接收来自单片机的电平信号进行复位操作；12脚用于片选。
[0052]如图8所示，为按键电路的结构图。按键电路采用独立的按键。按键SWl表示“ _ ”，该按键可在给定初始值的基础上减小电压或电流值，每按一次，电压减少0.1V或电流减小
0.01A，若按住不放，可连续减小；按键SW2表示“ + ”，该按键可在给定初始值的基础上增加电压值或电流值，每按一次，电压增加0.1V或电流增加0.01A，若按住不放，也可连续增加；按键SW3表示“设置”。给系统上电后，首先按“设置”键设定电压值，用“ + ” ”上下调整，直到获得所需值，然后按下“设置”键进行确认，并开始电流值的设定，当电流值设定好后，按“设置”键确认后，系统则开始工作。
[0053]尽管本发明就优选实施方式进行了示意和描述，但本领域的技术人员应当理解，只要不超出本发明的权利要求所限定的范围，可以对本发明进行各种变化和修改。
【权利要求】
1.一种可控整流直流稳压电源，包括单片机控制电路、整流滤波电路、DC/DC变换电路、驱动电路、单片机5V电源电路、电流取样电路、电压取样电路、液晶显示电路和操作按键电路； 单片机控制电路，将输出电压及电流值经内部A/D转换，与设定的输出电压与电流相比较，控制驱动信号的脉宽，以保持输出电压及电流的稳定； 整流滤波电路，将交流电压变成脉动的直流电压，后变为平滑的直流电压； DC/DC变换电路，将整流滤波电路得到的直流电压进行稳压得到电压值稳定的直流电压； 驱动电路，连接单片机控制电路与DC/DC变换电路，进行电平的转换及电流驱动； 单片机5V电源电路，为其他电路提供电源； 电流取样电路，将输出电流分为两路，一路送去与设定的电流值做比较；一路送单片机后送至液晶显示电路显示实时电流； 电压取样电路，将输出电压分为两路，一路送去与设定的电压值做比较；一路送单片机后送至液晶显示电路显示实时电压； 液晶显示电路，显示电流、电压参数信号； 操作按键电路，设定所需的输出电压值及保护电流值，并将其储存在单片机控制电路中。
2.如权利要求1所述的一种可控整流直流稳压电源，单片机控制电路选用STC12C5410AD单片机，端口资源使用主要有:Ρ1.4、Ρ1.5、Ρ1.6、Ρ1.7、Ρ2.0脚分别用于中文液晶显示器的驱动；Ρ1.2脚用于采样电流的A/D转换，Pl.3脚用于采样电压的A/D转换；Ρ2.6、Ρ2.7、Ρ3.7脚接3个开关，用于电源控制操作；Ρ3.5脚输出脉宽调制信号，与采样电压进行比较，将比较结果送至驱动电路TL494 ；Ρ2.4脚输出脉宽调制信号，与采样电流进行比较，将比较结果送至驱动电路TL494 ；Ρ2.5脚输出步进值送比较器与设定值进行叠加；Ρ3.4脚用于开机保护，在开机时，使得驱动电路TL494不上电。
3.如权利要求1所述的一种可控整流直流稳压电源，整流滤波电路的具体结构为，保险管FUSE的一端连接电源，另一端连接电容C21，电阻R27的一端连接电源，另一端连接电容C21，电源、保险管FUSE、电阻R27、电容C21组成一个回路；电容C21连接共模电感LI的一端，共模电感LI的另一端连接由二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4组成的整流桥的一端，整流桥的另一端连接电容C2后接地。
4.如权利要求1所述的一种可控整流直流稳压电源，驱动电路选择PWM发生器TL494，3脚接收来自于电压采样电路以及电流采样电路送来的脉宽调制信号；当低电平信号时，TL494出低电平，Ql导通，使得Q2获得15V电压导通；当TL494出高电平时，Ql被截至，Q3基极获得低电平，加快关断Q2的速度，具有保护作用。
5.如权利要求1所述的一种可控整流直流稳压电源，电压取样电路，四个电阻R22、电阻R24、电阻R25、电阻R26相串联后连接运算放大器的同相输入端，滑动电阻器R43接运算放大器的同相输入端后接地；电阻R20连接运算放大器的反相输入端；运算放大器的输出端接电阻R29 ;输出电压分成两路，一路送去与设定的电压值作比较，一路送单片机，由单片机再送至液晶显示器显示该实时电压。
6.如权利要求1所述的一种可控整流直流稳压电源，电流取样电路，整流滤波降压后的电压加到电流取样电路的输入端，将电流值转换为电压值，输出端一路送到单片机，由单片机再送到液晶显示器进行显示；一路送到比较器，与设定的保护电流值进行比较；电路左侧可引出两根导线，分别于负载两端连接，给负载供电。
7.如权利要求1所述的一种可控整流直流稳压电源，液晶显示电路的5个引脚，它们分别与单片机的对应引脚相连；其中8脚用于接收单片机送过来的串行时钟信号；9脚用于接收单片机送过来的串行数据信号；10脚根据单片机送来的信号选择指定寄存器；11脚用于接收来自单片机的电平信号进行复位操作；12脚用于片选。
8.如权利要求1所述的一种可控整流直流稳压电源，按键电路，按键电路采用独立的按键；按键SWl表示“，该按键可在给定初始值的基础上减小电压或电流值，每按一次，电压减少0.1V或电流减小0.01A，若按住不放，可连续减小；按键SW2表示“ + ”，该按键可在给定初始值的基础上增加电压值或电流值，每按一次，电压增加0.1V或电流增加0.01A，若按住不放，也可连续增加；按键SW3表示“设置”;给系统上电后，首先按“设置”键设定电压值，用“ + ” ”上下调整，直到获得所需值，然后按下“设置”键进行确认，并开始电流值的设定，当电流值设定好后，按“设置”键确认后，系统则开始工作。
【文档编号】H02M7/04GK203967995SQ201420394188
【公开日】2014年11月26日 申请日期:2014年7月17日 优先权日:2014年7月17日
【发明者】张海红, 顾晟吉, 张霖, 林敏
申请人:南京机电职业技术学院