線性降壓數控電源的制作方法

本實用新型涉及一種數控電源，尤其涉及一種線性降壓數控電源。

背景技術：

數控電源，尤其是直流數控可調穩壓電源是常用的電子設備，它能保證在電網電壓波動或負載發生變化時，輸出穩定的電壓，在儀器儀表、工業控制及測量領域中有著重要的實際應用價值。

技術實現要素：

本實用新型的目的在于針對現有技術中的上述缺陷，提供一種使用方便線性降壓數控電源，其能夠穩定輸出電壓范圍為0～12V，并且可以線性調整輸出電壓并顯示出來。

為實現上述實用新型目的，本實用新型采用了如下技術方案：一種線性降壓數控電源，包括電源穩壓電路，主控電路，顯示電路，按鍵電路，數模轉換電路，以及可調穩壓電路；所述電源穩壓電路輸入交流220V電壓，輸出穩定的直流+12V、-12V、+5V電壓，其中±12V供給可調穩壓電路，+5V供給主控電路，按鍵電路，顯示電路，及數模轉換電路；所述主控電路與電源穩壓電路、顯示電路、按鍵電路和數模轉換電路耦合，并通過數模轉換電路控制可調穩壓電路的輸出電壓；所述顯示電路用于顯示可調穩壓電路輸出的電壓及電流；所述按鍵電路向主控電路輸入調整信號和切換信號，調整信號用于促使主控電路控制可調穩壓電路的輸出電壓，切換信號用于促使主控電路控制顯示電路切換顯示電壓或電流；所述數模轉換電路耦合在主控電路和可調穩壓電路之間，用于將主控電路輸出的數字控制信號轉換為模擬控制信號，并送給可調穩壓電路；所述可調穩壓電路還與電源穩壓電路耦合，并用于調整電壓輸出，以及采集電壓和電流并送給主控電路。

此外，本實用新型還提供如下附屬技術方案：

所述電源穩壓電路包括線性降壓電路，整流濾波電路，以及第一穩壓芯片，第二穩壓芯片和第三穩壓芯片；線性降壓電路用于將220V交流電壓降壓為15V交流電壓；整流濾波電路用于將交流電變換為12V直流電；第一穩壓芯片為MC7812，用于接收12V電壓，輸出+12V電壓；第二穩壓芯片為MC7912，用于接收12V電壓，輸出-12V電壓；第三穩壓芯片為MC7805，用于接收+12V電壓，輸出+5V電壓。

所述主控電路包括單片機以及振蕩電路；所述單片機為PIC16f877a芯片，振蕩電路接于PIC16f877a芯片的Pin13、14，并且其包括相互串聯的第一振蕩電容和第二振蕩電容，以及與該兩個電容相互并聯的晶振，該晶振為4MHZ。

所述顯示電路采用共陽數碼管，段選信號接至PIC16f877a芯片的Pin33～36，位選接至Pin19～26。

所述按鍵電路包括第一按鍵、第二按鍵和第三按鍵，該三個按鍵分別接于PIC16f877a芯片的Pin8、Pin9、Pin10，其中兩個按鍵用于調整輸出電壓的增和減，另一個按鍵用于調整切換電壓、電流顯示。

所述數模轉換電路包括DAC0832芯片，第四運放管，以及VREF電路；其中，DAC0832芯片的Pin4、5、6、7、13、14、15、16分別接于PIC16f877a芯片的Pin15、16、17、18、27、28、29、30，用于將PIC16f877a芯片發出的數字控制信號轉換為模擬控制信號；第四運放管用于將模擬控制信號放大，并送給可調穩壓電路；VREF電路用于調節模擬控制信號的數值范圍。

所述可調穩壓電路包括比較放大電路，電壓調整電路，以及取樣電路；所述比較放大電路與數模轉換電路耦合，用于將模擬控制信號二級放大，并送給電壓調整電路；所述電壓調整電路用于輸出大電流，其包括調整管，該調整管為TIP122達林頓晶體管，其基極與比較放大電路耦合，通過控制調整管的基極電流，實現控制UCE的壓降。所述取樣電路用于采集電壓調整電路的電壓值和電流值，并送給主控電路。

所述取樣電路包括電壓取樣電路和電流取樣電路；所述電壓取樣電路包括可變電阻，第二十三電阻，第二十二電阻，第一運放管，以及第二運放管；電壓測試端從可變電阻引出，并將采集的電壓信號送到第一運放管的第3腳，第一運放管的第1腳通過第二十三電阻與第二運放管的第6腳耦合，第二運放管第7腳通過第二十二電阻與主控電路耦合；所述電流取樣電路包括第十三電阻，第十五電阻，第十六電阻，以及第六運放管；所述調整管的第3腳電壓通過第十三電阻與第六運放管的第5腳耦合，第六運放管的第7腳通過第十五電阻和第十六電阻與主控電路耦合。

所述比較放大電路包括第六電阻，第九電阻，第五運放管，以及第一開關二極管；第二運放管的第2腳通過第六電阻與數模轉換電路輸出端耦合，第1腳通過第九電阻和第一開關二極管與調整管基極耦合。

所述可調穩壓電路還包括過流保護電路，該過流保護電路包括第三運放管和第二開關二極管，該第三運放管的第9腳與所述取樣電路耦合，第8腳通過第一開關二極管和第二開關二極管與調整管的基極耦合，當第9腳輸入信號過大，第8腳為低電平，第二開關二級管導通，拉低第一開關二極管的陽極，調整管截止。

相比于現有技術，本實用新型的優勢在于：通過電源穩壓電路，可調穩壓電路，和數模轉換電路實現了模塊化、綠色化、數字化，不僅在于使用方便、縮小整機體積，更重要的是取消傳統復雜連線，把寄生參數降到最小，從而把器件承受的電應力降至最低，提高系統的可靠性。本數控電源便于處理控制、避免了功率不足或是負載過大、過流短路，大大提高了電路功率穩定性和抗干擾能力。

附圖說明

圖1是本實用新型的線性降壓數控電源的原理框圖。

圖2是電源穩壓電路電路圖。

圖3是主控電路電路圖。

圖4是按鍵電路電路圖。

圖5是顯示電路電路圖。

圖6是數模轉換電路電路圖。

圖7是可調穩壓電路電路圖。

具體實施方式

以下結合較佳實施例及其附圖對本實用新型技術方案作進一步非限制性的詳細說明。

見圖1，線性降壓數控電源包括電源穩壓電路1，主控電路2，按鍵電路3，顯示電路4，數模轉換電路5，以及可調穩壓電路6。電源穩壓電路用于輸出穩定的直流+12V、-12V、+5V電壓，其中+12V、-12V分別供給可調穩壓電路，+5V供給主控電路，按鍵電路，顯示電路，及數模轉換電路；主控電路用于核心控制；按鍵電路用于電壓的調整，以及電壓、電流的顯示轉換；顯示電路用于顯示可調穩壓電路輸出的電壓及電流；數模轉換電路用于將主控電路輸出的數字控制信號轉換為模擬控制信號，并送給可調穩壓電路；可調穩壓電路用于調整電壓輸出，以及采集電壓和電流，并以模擬信號方式送給主控電路。

見圖2，電源穩壓電路包括線性降壓電路(圖未示)，過流保險，整流濾波電路，以及第一穩壓芯片(MC7812)，第二穩壓芯片(MC7912)和第三穩壓芯片(MC7805)。線性降壓電路主要采用220V/15V變壓器，220V、50HZ的工頻電壓經過變壓器降壓后得到雙15V交流電壓，圖2中，J1的第1腳接變壓器次級端的中心抽頭，第2和第3腳分別接次級端線頭的兩端。變壓后的電壓經過過流保險F1、F2后到達整流濾波電路，整流濾波電路包括二極管橋式電路和濾波電容C1、C2，雙15V交流電經過整流濾波電路后得到±12V直流電，其中一路經過第一穩壓芯片后得到+12V電壓，該+12V電壓再經過第三穩壓芯片后得到+5V電壓，另一路經過第二穩壓芯片后得到-12V電壓。+12V、-12V電壓供給可調穩壓電路，并和兩個基準電壓9.1V、6.2V調節對比；+5V電壓作為系統本身的電源電壓。

見圖3，主控電路包括單片機以及振蕩電路；本實施例中，單片機為PIC16f877a芯片，振蕩電路接于PIC16f877a芯片的Pin13、14，其包括相互串聯的第一振蕩電容CC1和第二振蕩電容CC2，以及與該兩個電容相互并聯的晶振Y1，該晶振Y1為4MHZ。

見圖4，按鍵電路包括第一按鍵S1、第二按鍵S2和第三按鍵S3，該三個開關分別接于PIC16f877a芯片的Pin8、Pin9、Pin10。該三個開關其中一個為按鍵+(電壓增)，一個為按鍵-(電壓減)，一個為切換主機數碼管電壓、電流顯示切換模式；具體哪一個按鍵實現什么功能，是可以在主控電路中進行邏輯修改的。

見圖5，顯示電路采用共陽數碼管，段選信號接至PIC16f877a芯片的Pin33～36，位選接至Pin19～26。

見圖6，數模轉換電路包括DAC0832芯片，第四運放管U5D，以及VREF電路；其中，DAC0832芯片的Pin4、5、6、7、13、14、15、16分別接于PIC16f877a芯片的Pin15、16、17、18、27、28、29、30；第四運放管U5D為LM324，其第12腳接入DAC0832芯片的Iout2引腳，其第13腳接入DAC0832芯片的Iout1引腳，其第14腳接入DAC0832芯片的Rfb引腳，并且為DAOUT(模擬信號輸出端)。DAC0832芯片和第四運放管U5D將單片機發出的8位二進制數據轉換成0～-5V的電壓，然后經可調穩壓電路反向放大2倍，以得到0～10V電壓。VREF電路為DAC0832芯片提供基準電壓，見圖7，電阻R7，電阻R8，可變電阻RP2，電容C17，電容C18，以及開關二極管T5構成基準電壓源電路(VREF)，可以調節控制信號的數值范圍。

因為DAC0832芯片內有兩級輸入寄存器，具備雙緩沖、單緩沖和直通三種輸入方式，有8路輸入功能，同時主芯片PIC16F877的RC、RD端口引腳15、16、17、18、27、28、29、30內置電路具有8線功能，這樣跟主芯片連接以便適于各種電路的需要，同時大大提高電路功能效率從而實現達到電路要求。

見圖7，可調穩壓電路包括比較放大電路，電壓調整電路，取樣電路，以及過流保護電路。

比較放大電路主要采用第五運放管U6A(LM324)，LM324具有共模抑制比高，響應速度快和壓擺率高的特點。第五運放管U6A的第2腳通過第六電阻R6數模轉換電路的DAOUT端，第1腳通過第九電阻R9和第一開關二極管T1接入電壓調整電路。

電壓調整電路主要采用調整管U4(TIP122達林頓晶體管)以實現大電流輸出，本電路中的調整管U4的Icmax＝6A>Iomax＝0.5A；Pcw＝65W>6W，VCEOmax＝100V>12V。第五運放管U6A的第1腳與調整管U4的基極耦合，數模轉換電路發出的模擬信號經過運放管U6A，第九電阻R9，以及第一開關二極管T1控制調整管U4的基極電流Ib的大小，從而控制UCE的壓降，負載端輸出電壓可以從J3測量出來，U0＝21V-UCE。

取樣電路有電壓取樣和電流取樣。電壓取樣具體是，輸出電壓測試端從可變電阻RP1引出，采集的電壓信號送到第一運放管U5A的第3腳，第一運放管U5A為電壓射隨器，起增大輸入阻抗，提高抗干擾能力。第一運放管U5A輸出端第1腳經過第二十三電阻R23將采集信號送入第二運放管U5B的第6腳，第二運放管U5B第7腳電壓經過第二十二電阻R22將采集電壓值ADCV送入單片機的AD采樣轉換通道7，單片機內部參數計算轉換后，在數碼管上可以顯示輸出電壓的值。電流取樣具體是，調整管U4的第3腳電壓經過第十三電阻R13，第六運放管U6B，第十五電阻R15，以及第十六電阻R16構成的放大電路放大后送入單片機的AD采樣轉換通道7。單片機用ADCI和ADCV的差值，結合電路R3、RP1、R4電參數計算，可以計算出電阻R2上的電壓差值，根據歐姆定律，從而計算出調整管U4輸出端電流大小，并在數碼管上顯示。

過流保護電路主要采用第六運放管U6B和第三運放管U5C。本實施例設計的電流輸出最大為1A。當調整管U4的集電極Ic電流過流時(超過1A)，調整管U4的Ic電流的增大，UCE壓降減少，從而調整管U4的第3腳電壓增大，經過第十三R13并作為第六運放管U6B的輸入信號，第六運放管U6B工作在放大狀態，當第六運放管U6B第7腳輸出端的電壓經過第十五電阻R15作為第三運放管U5C第9腳輸入信號，該信號變大時，會造成第三運放管U5C第9腳反相電壓大于第10腳同相端電位(該同相端電位可以通過電阻R19、可變電阻RP3、開關二極管T3調整)，第三運放管U5C輸出端第8腳為低電平，第二開關二極管T2導通，則拉低第一開關二極管T1的陽極，使得調整管U4截止，保護電路。同時，此過程使得流過電阻R9和電阻R10電流變大，當LED2陽極電壓超過4.2V時，LED2被點亮，光電耦合器U7導通，從而使得三極管Q1導通，蜂鳴器LS1報警。

本實用新型的數控電源采用硬件組成的閉環反饋模式來進行穩壓。以主芯片PIC16f877A作為主要的核心控制器，電源穩壓電路提供主電路各芯片供電，可調穩壓電路是通過TIP122達林頓管作為開關的作用和TLP521光耦的隔離控制過流保護組成；再通過LM324運算放大器把采集到的電壓、電流信息輸給主芯片PIC16f877A，LM324運算放大器的共模抑制比高、響應速度快、壓擺率高，從而提高了穩壓的可靠性和精度；接著經過數模轉換電路把采集到的電流、電壓送到主芯片PIC16f877A處理后顯示在數碼管上，提高了測量的準確性和直觀顯示能力；通過調節按鍵能夠穩定的輸出從0～12伏的任一穩定電壓，并由數碼管顯示出來。可以任意調整輸出的電壓，一個是增高，一個是降低，每按一次電壓的變化是增加或減小0.5。本數控電源的開機預置輸出電壓為5V，并可采用步進方式調節輸出電壓，最小步進為0.5V。經過測試，本數控電源的輸出電壓范圍可達到0～12V，額定電流可達到0.5A，可應用于實驗教學與工程實踐中。

通過電源穩壓電路，可調穩壓電路，和數模轉換電路實現了模塊化、綠色化、數字化，不僅在于使用方便、縮小整機體積，更重要的是取消傳統復雜連線，把寄生參數降到最小，從而把器件承受的電應力降至最低，提高系統的可靠性。本數控電源便于處理控制、避免了功率不足或是負載過大、過流短路，大大提高了電路功率穩定性和抗干擾能力。

需要指出的是，上述較佳實施例僅為說明本實用新型的技術構思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術的人士能夠了解本實用新型的內容并據以實施，并不能以此限制本實用新型的保護范圍。凡根據本實用新型精神實質所作的等效變化或修飾，都應涵蓋在本實用新型的保護范圍之內。