直流稳压电源的设计方案范文第1篇

【关键词】数控;直流稳压电源;Proteus;设计与仿真;教学案例

1 引言

Proteus软件是英国LabCenter Electronics公司开发的EDA工具软件，由ISIS和ARES两个部分构成，其中Proteus ISIS软件包含了革命性的VSM（虚拟仿真技术），用户可以对模拟电路、数字电路、模拟数字混合电路，以及基于微控制器的系统连同所有的周围电子器件一起仿真[1-2]。在电子类专业核心课程的教学中，除了引导学生掌握好基础理论知识外，教师更需要加强对学生实践动手能力的培养，才能促进学生电路设计能力以及实践创新能力提高，也才能满足社会对所培养人才的专业能力需求。而将Proteus仿真软件技术应用于电子类专业核心课程的教学活动中，如模拟电子技术、数字电子技术、单片机技术以及嵌入式系统等课程的教学，不仅能够促进教师形象生动地完成教学任务，还可以提高学生的实践动手能力，如开展创新性设计实验、毕业设计、电子设计竞赛[2]。采用Proteus进行虚拟仿真设计实验可以根据需要随时对原理电路图进行修改，并立即获得仿真结果。一边设计一边实验，调试时随时可以修改电路，要比用万能板焊接元件搭建硬件平台更为方便，避免了传统设计中元器件的浪费，节约了时间和经费，提高了设计的效率和质量[3]。本文探讨的数控直流稳压电源的设计和仿真，涉及电路理论、模拟电子技术、数字电子技术、单片机技术、EDA技术等多方面知识，是电子电路设计与仿真教学的典型案例。

2 电路的硬件设计

2.1 设计方案分析

数控直流稳压电源设计是一个具有综合性的设计项目，要求具有一定的电压输出范围，输出电压能步进可调，能实时数字显示输出电压。

根据任务要求，首先该电路主体是一个电源，属于模拟电路设计，其次需要实时显示输出电压，需要译码显示电路，属于数字电路知识，还有数字到模拟的转换，需要数模转换电路，整个转换过程需要相应的时序控制，需要微控制器有序控制电压的转换、输出、显示。因此设计方案很多，本文给出一种简单实用的方案，在此方案中主要由以下几个部分组成（如图1）：

控制器部分：为了能有序控制电源的步进输出及显示，本设计选用学生熟悉又比较常用的8051系列单片机AT89C52。单片机的作用除了有效控制电压的数控输出及显示外，还可进行功能扩展。

电压输出部分：本设计对电源的输出电压电流没有太高的要求，当前已有集成三端稳压器一般能满足要求，而且这类芯片内部都有过流和过热的保护电路。例如型号为LM317集成三端稳压器，其额定电流可达1.5A，输出电压的调节范围为1.2～37V，内部有过热和过流保护电路，价格也不贵，所以采用这种芯片为主体来组成所要求的系统是比较合理的。

电压调节部分：为了能实现电源输出步进变化，结合集成三端稳压器的特点，选择模拟开关和电阻网网络构成D/A转换电路，将单片机与三端稳压器联接，实现数字信号到模拟信号的转换。控制单片机输出的数字信号即可改变三端稳压器输出电压，实现电压的数控调节。

电压显示部分：该部分选用常用的数字电路中的译码显示电路，为了节约单片机的IO端口，显示方式采用动态显示。

图1 整体电路设计方案原理图

2.2 各单元电路硬件设计

根据上面的设计思路，为了能快速方便的实现该设计方案，采用常用的一种仿真设计软件Proteus完成该电路的设计与仿真。Proteus软件包含了丰富的元器件库，能够很方便地调用设计方案中需要的各种元器件连接成电路，并进行仿真测试。

2.2.1 单片机控制电路

单片机是数控电源的核心，它通过软件的运行来控制整个电路的工作，从而完成设定的功能。本设计中控制电路选用AT89C52单片机，它是由美国ATMEL公司生产的低电压、高性能8位CMOS单片机，片内含8K字节的FLASH或PEROM和256字节的RAM，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，与标准MCS-51指令系统及8052产品引脚兼容[4]。AT89C52接收来自按键的信息，并对按键输入的信息进行处理，从而控制输出电压的变化，并将变化的结果输出到显示电路上。

2.2.2 电压输出电路

该电路主要由集成三端稳压器LM317作为核心器件稳定输出电压，该芯片内部有过流和过热保护电路，电容C1、C3滤除交流杂波，二极管D1为负载电容的存储电荷提供一条放电通路[4]。LM317的稳压输出电路如下图2所示。

图2 LM317稳压输出电路

图2中输出电压满足下列关系，

由于调整端的电流IADJ小于100uA，大多数情况应用时可以忽略，因此输出电压近似为 ，通过调节可调电阻R2可以很方便地改变输出电压。

2.2.3 电压调节电路

从上面的LM317输出电压公式得知只要改变可调电阻R2的大小可以很方便地改变输出电压的大小，如果把R2设计成一个线性电阻网络，通过模拟开关进行切换，就可以实现数控输出电压的要求[5]。线性电阻调节网络如图3所示，电路中选用8个电阻值依次倍增的精密电阻，模拟开关选择常见的继电器，通过按键输入控制单片机P1口输出的数字量控制继电器的闭合与断开，实现一种类似于数字量到模拟量的转换网络，来改变接入LM317调整端电阻的大小，从而改变输出电压大小。

图3 线性电阻调节网络

2.2.4 电压显示电路

译码显示电路选用4位数码管的动态显示方式（如图4所示）。将单片机的P2.0和P2.1口控制数码管的段选和位选的选通，P0口实现对数码管段选和位选的数据传送。P0口既要输出位选数据还要输出段选数据，因此采用分时传送方式，分别用两个锁存器74HC573保存对应的位选数据和段选数据;两个锁存器的工作分别通过单片机的P2.0和P2.1口来控制。

图4 译码显示电路

2.2.5 声光指示电路

为了能指示输出电压的最大值、最小值，分别添加红、绿LED指示灯;为了能指示按键的增减，添加蜂鸣器，按键每按下一次，就发出报警声一次。

3 电路的软件设计

直流稳压电源系统是以单片机为核心控制电压的调节与显示，因此需要编写相应软件程序控制单片机有序工作。

根据以上电源系统的硬件特点和实现功能，软件程序的结构可分为主程序和若干子程序[6]。主程序主要完成：系统初始化、数码管显示、按键是否按下，并跳转到相应功能的子程序中去。主程序流程图如图5所示。子程序包括：系统初始化子程序、显示数据处理子程序、数码管显示子程序、按键中断子程序等。

图5 主程序流程图

4 电路的整体设计与仿真分析

单片机系统的仿真是Proteus软件的一大特色。首先在Proteus中将上面硬件设计的各单元电路连接成一个完整的数控直流稳压电源仿真电路（如图6所示）;然后创建源代码程序文件，并编辑该电源系统的程序源代码;接着将源代码编译生成为目标代码，将目标代码添加到图6中的单片机元件的属性中，相当于在实际电路中对单片机下载目标程序;最后进行电路的调试仿真[7]。

图6 整体设计仿真电路图

图6所示电路的仿真结果如下：当电路上电工作后，由于电阻网络中没有电阻接入LM317的调整端，数码管上显示出电压为1.25V。当电压增加按键按下时，单片机的外部中断0产生中断，蜂鸣器报警，电压计数值增加1，接入的电阻网络中的电阻值增加一个单位，相应的输出电压增加0.1V;保存数码管结果的计数器值加1，P2.0端口选通译码显示电路的位选锁存器，送入相应的位选数据;P2.1端口选通译码显示电路的段选锁存器，送入段选数据;数码管上显示结果值增加0.1。当电压增大到15V时，红灯亮，显示电压值不变化，输出电压值也不再增加;当电压减小到1.25V时，绿灯亮，显示电压值不变，输出电压也不再减小。

在仿真电路中增加虚拟测试仪器，如图6中在稳压输出端Vout添加直流电压表或者电压探针，可以在仿真中实时观测输出电压的变化数据[3]。

电路仿真输出的理想结果是：电压输出大小从1.25V到15V变化，变化步进单位为0.1V;但实际上仿真结果是：数码管上显示结果与LM317输出端接的电压探针测量的电压值有一点误差。仿真测试数据如表1所示。

表1 仿真测试数据对比表

显示值 测量值 误差 显示值 测量值 误差 显示值 测量值 误差

1.35 1.356 -0.006 5.55 5.527 0.023 11.55 11.475 0.075

1.55 1.554 -0.004 5.95 5.924 0.026 11.95 11.871 0.079

1.95 1.951 -0.001 6.55 6.520 0.030 12.55 12.465 0.085

2.35 2.349 0.001 6.95 6.916 0.034 12.95 12.861 0.089

2.55 2.548 0.002 7.55 7.511 0.039 13.35 13.257 0.093

2.95 2.946 0.004 7.95 7.908 0.042 13.55 13.455 0.095

3.35 3.343 0.007 8.55 8.503 0.047 13.95 13.850 0.100

3.55 3.541 0.009 8.95 8.900 0.050 14.35 14.247 0.103

3.95 3.939 0.011 9.55 9.494 0.056 14.55 14.444 0.106

4.35 4.335 0.015 9.95 9.891 0.059 14.75 14.642 0.108

4.55 4.535 0.015 10.55 10.485 0.065 14.85 14.741 0.109

4.95 4.932 0.018 10.95 10.881 0.069 14.95 14.840 0.110

从仿真结果上看，随着电压的增加，数码管输出的理想结果与电压探针输出的结果误差将逐渐增加，最大相对误差为0.11V，即数码管上显示电压值为14.95V时，电压探针实时测量电压值为14.840V。仿真结果说明该电路在精度要求不是很高的场合足以适合应用。

分析误差的原因：（1）仿真软件中的电路元件毕竟是模拟元件，不是真实电路，即使真实电路也会有一定的误差;（2）显示结果是直接将控制继电器的数字信号通过单片机软件显示出来，而电压探针测量的是LM317输出端的电压值，两种的显示位数、精度不同。当然实际输出端的结果还取决于连接的电阻网络中的电阻值的合理选取。通过仿真不但可以观察输出结果，还可以在仿真软件中很容易修改电路并分析结果。

5 小结

本文利用Proteus软件实现了一种数控稳压直流电源的设计与仿真，无论设计过程还是仿真测试结果都达到了满意的效果。该电路的设计与仿真作为电子类专业的综合课程设计典型教学案例，在教学过程中应用Proteus仿真软件对电路的设计方案及结果进行实时的仿真测试与分析，一方面仿真设计操作简单，搭建电路、测试结果方便，修改设计快捷;另一方面在教学中增加了学生电路设计上的感性认识，便于对电路设计理论的理解，提高了学生的兴趣。总之，利用Proteus仿真软件能较好地完成设计任务，将之应用到相关课程教学中是一种新的教

学方法，有助于教师的教学和学生的自主学习。

参考文献：

[1]王勇，曹磊.Proteus虚拟电子实验室在教学中的应用研究[J].中国电力教育，2014（03）：124-125.

[2]侯向锋，周兆丰.Proteus在模拟电子技术教学中的应用[J].湖北师范学院学报（自然科学版），2012（04）：114-118.

[3]周润景，张丽娜，丁莉.基于PROTEUS的电路及单片机设计与仿真（第二版）[M].北京航空航天大学出版社，2010.

[4]蔡顺燕.基于AT89C52的数控直流稳压电源设计[J].成都师范学院学报，2014（03）：112-115.

[5]唐金元，王翠珍.0～24V可调直流稳压电源电路的设计方法[J].现代电子技术，2008（04）：12-14.

[6]周立功.单片机实验与实践[M].北京航空航天大学出版社，2006.

直流稳压电源的设计方案范文第2篇

【关键词】PWM；双闭环；检测仪器；开关电源

0 引言

随着我国科技不断稳步发展，越来越多的设备需要用到电源，如：稳压电源、直流电源、交流电源等等。但随着设备先进性的不断提高，设备的功能越来越强大，对电源的要求也越来越高，特别是检测仪器仪表，精度要求非常高，需要有非常稳定可靠的电源来确保测量精度。因此，开关电源取代普通的电源设备，广泛应用于检测仪器仪表中。本文设计一种基于PWM脉冲宽制调试的双闭环开关电源，采用国外先进的全波整流控制器，该控制器工作模式不仅可以是电流式也可以是电压式，还能够为谐振零电压开关提供高效、高频的解决方案，因此具有非常广阔的应用前景。本文采用全桥整流装置，利用双闭环负反馈的直流-直流变换控制系统，能太太提高开关电源的电压、电流等精度，符合检验检测仪表行业的要求。

1 检测仪器电源系统概况

随着信息时代的发展，便携式电子产品被越来越多的消费者亲睐。与此同时，解决能量消耗即电源管理问题成为重中之重。因此，具有高效节能特型的开关电源在近年来发展迅速，并在计算机通讯等领域的应用越来越广泛。而PWM型开关电源芯片就具备了此类特性，其核心技术集中在控制环节。此设计采用PWM控制电路，适用于开关电源芯片控制。对PWM调制电路为保证开关电源正常工作应具有的功能展开分析，得到设计要求。对PWM控制电路的组成模块、分类、基本原理及各项性能指标，进行细致深入的研究，最后得到调制电路的基本电路结构及满足性能指标的组成模块，对各个模块的功能和逻辑是电路设计的重点，最终该电路实现能产生一定脉冲驱动信号的功能。

2 系统控制原理图

双闭环负反馈PWM秒冲宽制调制系统中，有两级的反馈系统。串级系统即是电流双闭环反馈系统，而转速反馈构成外环系统，内环是电流反馈。本方案设计三处进行系统的电流取样反馈，取拥缌髦岛拖低成杓频牡缌髦迪啾冉希当取样电流值过大时，系统会自动调节降低工作电流；但取样的电流过小时，系统会自动调节提高工作电压，这是内环电流反馈的工作情况。外环的转速反馈系统，系统通过电压检测装置检测系统的电压情况，再与设计的电压值相对比进行电压高低的调节，达到稳定电压的效果。基于双闭环的设计思想，图1中的各个部分相互独立工作、互不影响，如果某一部分出现故障，不影响另一部分系统的工作，系统内部由电流形成负反馈，外部由电压形成负反馈系统。电流电压负反馈一起运作，能太太的提高系统的稳定性和进度，满足检测仪器仪表的使用要求，达到良好的效果。双闭环反馈系统原理如图1所示。

图1所示虚线框中的1#.2#.…….N#是各个高频开关电源，其稳压或稳流精度很高，原因在于该内部自动控制原理图最终可以简化为一阶系统比例积分环节，图中它们工作在稳流状态下。

3 硬件电路设计

图2为开关电源的硬件电路组成部分，设计采用国外先进的放大器作为本设计的核心器件。芯片的1脚与3脚相连接，构成差分放大，能有效的减小误差，提高设计的精度。

图2所示输出法人取样电压通过R5和R6设置，电压输出端与电阻5和6形成零点电位，电阻1/2/3与电容1/2/3形成效应，与PI构成补偿系统，电阻1和7在电路中形成增益作用。在电流内环中加入斜坡补偿以保证系统的稳定性。硬件电路通常容易出现不对称信号的问题，本设计利用电压负反馈补偿信号的作用，将电阻8作为上拉电阻提供直流电压，与RC构成的多谢震荡器作用，提供反馈电压，从而解决波形的不对称性。图中电流检测信号Is经过I-V变换电路转换成电压信号。芯片741是一个PWM脉冲宽制比较器，根据比较器原理，依据三极管放大电路原理，在芯片3脚接地，芯片的2脚相当于一个反相输入端，对信号进行比较。其内部的过流及限流比较器实现逐周期过流及限流保护。当2 V2.5 V时，执行过流保护模式。

4 结语

本设计依据3895芯片，利用双闭环负反馈的原理，引入电流负反馈和电压负反馈，提高了开关电源的精度，利用PWM脉冲宽制调制技术，提高了电源变换的效率和稳定了。开关电源系统设计之后，对该系统多次进行调试测，反馈结果稳定良好，系统稳定性好，动态响应快，证明本方案是可行的。

【参考文献】

直流稳压电源的设计方案范文第3篇

关键词：二次电源； 开关电源； 接地； 线性稳压电源

中图分类号：TN71034 文献标识码：A 文章编号：1004373X(2012)10013903

电源是一切电子设备的动力源，是保证电子设备正常工作的基础部件。据相关统计，电源故障约占电子设备征集故障率的40％～50％。为此，对电源必须提出一些基本要求，包括实用性能要求和电气性能要求。对于弹载二次电源更是如此，一定要考虑细致，除了满足供电能力以外还要考虑其接地方式、效率、开关电源与线性电源的取舍情况。

1 二次电源基本要求

1.1 高的可靠性

平均无故障时间MTBF是衡量电源可靠性重要指标，在通用标准中规定，可靠性指标大于等于3 000 h是最低要求。

1.2 高的安全性

设计制造出的开关电源，应符合相关标准或规范中规定的安全指标要求，如散热要求，抗电强度要求，防人身触电要求等，以防止在极限状态或者恶劣环境条件下，出现电源故障危及人身和设备安全。

1.3 好的可维修性

电源出现故障时，应能及时诊断出故障现象及部位，并且可以有效地解决故障或者更换故障模块。

2 二次电源设计思路

弹载电源由于其空间和系统性要求，需要二次电源设计的小型化、电磁兼容性好，DCDC效率高，可以满足各个组件的用电需求，线性集成稳压电源的测试和调试相对简单，如果两者结合对产品的后续阶段设计提供了方便［1］。综合考虑线性稳压电源、开关稳压电源或者复合型设计等方案，分析各种方案的优缺点和可行性后，此二次电源将采用线性集成稳压电源与DCDC结合进行设计，也就是复合型设计。采用该设计有比较高的效率，可满足各组件的用电需求，对于纹波要求比较高的供电电路采用线性稳压电源。

3 二次电源具体设计分析

3.1 电源接地设计

设计电源还有个重点也是难点，就是接地。接地从字面来十分简单，但是对于经历过电磁干扰挫折的人来说可能是一个最难掌握的技术。实际上，在电磁兼容设计中，接地是最难的技术。面对一个系统，没有一个人能够提出一个绝对正确的接地方案，多少会遗留一些问题。造成这种情况的原因是接地没有一个系统的理论或模型，人们在考虑接地时只能依靠过去的经验或从书上看到的经验。但接地是一个十分复杂的问题，在其他场合很好的方案在这里不一定最好。关于接地设计在很大程度上依赖设计师的直觉，也就是他对“接地”这个概念的理解程度和经验［23］。接地的方法很多，具体使用那一种方法取决于系统的结构和功能。

3.1.1 单点接地

单点接地有单元电路的、电路间的和设备间的单点接地。如图1所示为单点接地示意图\[45\]。其优点是可以抑制传导干扰。单点接地时，由于各电路和设备都接在一个接地点上，从而消了信号地系统中的干扰电流的闭合回路。设备地上的干扰电压也不会通过接地电路进入信号电路。这样的接地使用导线长，接地线本身的阻抗可观，对于高频信号接地效果不好。当接线长度达到1/4信号波长或其奇数倍时，地线阻抗变得很高，它就不是接地线而更像是辐射天线。

3.1.2 多点接地

在多点接地系统中，各电路和设备有多点并联接地。因为可以就近接地，接地导线短，可以减少高频驻波效应。但这种接地方法出现了多个地回路。公共地中的50 Hz市电容易经公共地回路耦合到信号回路中去。工程实践表明，如能将电源和信号的回流线分开，强信号和弱信号的回流线分开，微弱信号和火工品信号等敏感信号采用单独的回流线，就会大大减少的回路引起的干扰。图2所示为多点接地示意图。

图1 单点接地示意图 图2 多点接地示意图

3.1.3 混合接地

混合接地既包含了单点接地的特性，又包含了多点接地的特性。例如，系统内的电源需要单点接地，而射频信号又要求多点接地，这时就可以采用图3所示的混合接地。对于直流，电容是开路的，电路是单点接地，对于射频，电容是导通的，电路是多点接地。图3所示为混合接地示意图。

实际应用中，信号频率低于1 MHz时，采用单点接地；高于10 MHz时，多点接地；频率在1～10 MHz之间时，如果接地线长度大于1/20波长，采用单点接地；否则，应采用多点接地。该弹载二次电源是低频电路，所以选择单点接地，并且设计电路板时也要注意地线尽量宽并且走直线，保证接地干净。

3.2 电源切换设计

因产品在工作时包括“预热”与“准备”，正常工作时仅包括“预热”，所以还要设计电源切换部分，见图4。

图3 混合接地示意图 图4 电源切换原理图

电源在预热状态时，27 V电源的瞬态电流达到5.6 A；在准备状态时，27 V预热和28.5 V准备同时供电，电流达到5.25 A；在脱离载机后，电源为单一28.5 V准备供电，电流达到5.25 A。根据电压和电流特性，选取的二极管应满足额定电流大，反向工作电压高，满足使用要求，其封装容易安装，并且安装在放置舱壳体上利于二极管的散热［6］。

3.3 线性稳压电源电路设计

直流稳压电源的设计方案范文第4篇

关键词：双向Dc/Dc变换电路；TPS4530；测控电路；步进控制

双向DC-DC变换器是实现直流变换器两象限运行的电路，用于实现直流电能的双向传输，实质上是两个单向直流变换器。对于它的研究，国内外有众多文章介绍它的设计与开发方法。本文则从减少设备体积与重量的角度，兼顾效率的前提下进行设计和研究，有一定的参考价值。

1.设计方案的论证与选择

方案一：采用LM2596开关电压调节器组成DC/DC变换电路，它能够输出3A的驱动电流，可调电压输出范围在12-37v之间，具有过流保护和限流保护功能，效率达到80%，但是不能将效率提高到90%至以上。

方案二：采用双向DC/Dc变换电路模块，找不到完全符合设计要求的模块。

方案三：采用TPS5430组成电路，该芯片同样具有高电流输出，达到3A，宽电压输入范围在5.5～36v之间，高转换效率达到了95%，有过流保护及热关断功能，与其他同类型直流开关电源转换芯片相比更符合题目要求。

综合以上3种方案，选择方案三。

2.辅助电源的论证与选择

方案一：工频电源（220v）为其供电。

方案二：使用直流稳压电源（U处）与L7805芯片电路为其供电。

综合考虑采用方案二。

3.系统理论分析与计算

3.1双向DC/DC变换电路的分析

直流换电路主要工作方式是脉宽调制（Pulse WidthModulation，PWM）工作方式，基本原理是通过开关管把直流电斩成方波（脉冲波），通过调节方波的占空比（脉冲宽度与脉冲周期之比）来改变电压。

图1左上部是一个斩波基本电路，UD是输入的直流电压，堤开关管，UR是负载R上的电压，开关管V把输入的UD斩成方波输出到R上，右上部线为斩波后的输出波形，方波的周期为T，在V导通时输出电压等于ud导通时间为ton在V关断时输出电压等于0，关断时间为toff占空比D=ton/T，方波电压的平均值与占空比成正比。改变脉冲宽度即可改变输出电压，在时间t1前脉冲较宽、间隔窄，平均电压（URT）较高；在时间t1后脉冲变窄，平均电压（UR2）降低。固定方波周期’r不变，改变占空比调节输出电压就是PWM法，也称为定频调宽法。

3.2芯片公式与元器件选择

该款TPs5430在PH和GND之间接外部钳位二极管。选定的二极管必须满足大于该系统的绝对最大额定值：反向电压必须比最高PH电压还高，这是vINMAX+0.5，峰值电流必须大于IOUTMAx再加上峰值电感电流一半。重要的是要注意该二极管传导时间通常长于高侧FET，因此重视对二极管参数配置可以使整体效率显著提高。对于这个二极管，反向电压40v，正向电流3A，正向压降为0.5V。

C1=10uF，C2=0.01uf，C3=220uF

L1=22uH

Rl=10kQ，R2=510Ω

3.3辅助电源的分析

辅助电源使用L7805芯片模块为其供电，C1，G3为小电容，过滤低频信号；C2，C4为大电容，过滤高频信号。取C1=G=0.1uF，G2=4700uF，C4=1000uF。

4.电路与程序设计

4.1主电路的设计

系统电路的总体框架如图2所示。

4.2辅助电源设计

辅助电源需自制或自备，可由7805芯片模块为其供电。辅助电源电路子系统电路如图3所示。

直流稳压电源的设计方案范文第5篇

【关键词】电子负载；单片机（MCU）

1.方案设计与论证

1.1 整体方案设计

基于手动调节单片机控制的直流电子负载

图1 基于手动调节单片机控制的直流电子负载原理图

本方案通过两个自锁开关来控制电路的工作状态，在恒压、横流、恒阻之间进行切换，通过stc12c5a60s单片机通过D/A芯片控制恒压、恒流等的值，stc12c5a60s是高速、低功耗、超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统的8051，但速度快8-12倍，8路高速10位A/D转换。采用大功率NMOS管IRF540，该管导通电阻足够小，源漏抗击穿能力足够强。软硬件结的方式，方便简洁实现了不同模块之间的转换，很好的完成了恒压、恒流等基本功能，并完成了恒阻等附加功能。

由单片机采集电压、电流值，检测电路过载控制继电器工作，实现电路的过载保护并报警。

1.2 模块方案

1.2.1 恒压设计方案

方案一：用晶体管来实现电压放大和比较，基极和发射极分别相当于比较器的负、正输入端。基极本身会分得一部分电流，同时还会有个电流Ibe影响发射极的电压。这样的电路能够实现恒压功能，但是误差比较大，同时还有较大的功率损耗。

方案二：直接用运算放大器OP07芯片来实现电压的放大和比较电路看起来简单易懂。电路可以实现恒压功能模块，相对误差较小。综合考虑选择方案二

1.2.2 恒流设计方案

方案一：用同一型号的三极管，利用三极管相对稳定的Ube作为基准，这种恒流模式简单易行，而且电流的数值可以自由控制，产品成本低，不同型号的管子，其Ube不是固定值，即使是相同型号也有一定的个体差异。同时不同的工作电流下，这种电压也会有波动，不是精密的恒流需求。

方案二：用一个运放作为反馈，即选用OP07芯片来实现恒流功能模块的放大和比较其电路有足够的精度和可调性，原件普遍易于搭建和调试。

综合考虑选择方案二。

1.2.3 显示模块

方案一：采用数码管显示。显示可以用数码管具有接线简单、成本低廉、配置简单灵活、编程容易对外界环境要求低、易于维护等特点。电压和电流的显示可以用数码管，但数码管只能显示简单的数字，占用资源较多，现实信息少，不易显示大量信息。

方案二：采用带字库的2.4寸tft屏幕为显示模块。硬件连接方式简单，而且显示内容丰富生动，可以设计友好的人机交互界面，易于人机交流。

考虑到系统的、显示内容以及系统的实用性，我们采用方案二。

2.电路设计

2.1 恒压电路

图2 恒压电路图

TEXT和GND的为测试点。电路整体是个负反馈：当TEXT高于设定值时，运放输出高电压，Q1导通度增加，负载阻抗变小，和电源内阻分压，TEXT减小，直至V+=V-；当TEXT低于设定值时，运放输出低电压，Q1到通度减小，负载和电源内阻分压变大，TEXT增大，直至V+=V-。

2.2 恒流电路图

图3 恒流电路图

TEXT和GND为测试点，OP07中V+=V-。当V+>V-时，运放输出高电压，Q1导通度增加，电流增大，V-升高，达到V+=V-。当V+

2.3 恒阻电路图

图4 恒阻电路图

当滑动变阻器打到50%时电阻分压V+=1/2Vin=V-，电流I=Vin/4，R=Vin/I=4欧，电源电压与电流成正比例变化。可以用单片机实现，R=VText/I，由恒流原理实现。（如需长时间测试，MOSS管最好接大散热片）

3.测试数据及结果分析

3.1 恒压测试数据

设定值 测量值1（A） 测量值2（A） 测量值3（A）

工作电压（V） 工作电压（V） 工作电压（V）

1 0.97 1.02 1.05

2 3 9

5 4.93 5 5.06

5.5 7 8

12 12.03 12，05 12.09

16 18 20

24 24 24 24

25 27 30

30 30.1

36

3.2 恒流流测试数据

设定值 测量值1（A） 测量值2（A） 测量值3（A）

0.1 0.1 0.103 0.104

1 1.04 1.0 1.03

2 2.04 2.05 2.06

3 3.06 3.06 3.08

参考文献

[1]陈永真，闫晓金，李光琳，陈之勃.2011版全国大学生电子设计竞赛试题精选[M].北京：电子工业出版社，2011.