本發(fā)明涉及一種數(shù)控電源，尤其涉及一種線性降壓數(shù)控電源。

背景技術(shù)：

數(shù)控電源，尤其是直流數(shù)控可調(diào)穩(wěn)壓電源是常用的電子設(shè)備，它能保證在電網(wǎng)電壓波動(dòng)或負(fù)載發(fā)生變化時(shí)，輸出穩(wěn)定的電壓，在儀器儀表、工業(yè)控制及測(cè)量領(lǐng)域中有著重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的上述缺陷，提供一種使用方便線性降壓數(shù)控電源，其能夠穩(wěn)定輸出電壓范圍為0～12V，并且可以線性調(diào)整輸出電壓并顯示出來(lái)。

為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：一種線性降壓數(shù)控電源，包括電源穩(wěn)壓電路，主控電路，顯示電路，按鍵電路，數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，以及可調(diào)穩(wěn)壓電路；所述電源穩(wěn)壓電路輸入交流220V電壓，輸出穩(wěn)定的直流+12V、-12V、+5V電壓，其中±12V供給可調(diào)穩(wěn)壓電路，+5V供給主控電路，按鍵電路，顯示電路，及數(shù)模轉(zhuǎn)換電路；所述主控電路與電源穩(wěn)壓電路、顯示電路、按鍵電路和數(shù)模轉(zhuǎn)換電路耦合，并通過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換電路控制可調(diào)穩(wěn)壓電路的輸出電壓；所述顯示電路用于顯示可調(diào)穩(wěn)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(diào)整信號(hào)和切換信號(hào)，調(diào)整信號(hào)用于促使主控電路控制可調(diào)穩(wěn)壓電路的輸出電壓，切換信號(hào)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(shù)模轉(zhuǎn)換電路耦合在主控電路和可調(diào)穩(wěn)壓電路之間，用于將主控電路輸出的數(shù)字控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬控制信號(hào)，并送給可調(diào)穩(wěn)壓電路；所述可調(diào)穩(wěn)壓電路還與電源穩(wěn)壓電路耦合，并用于調(diào)整電壓輸出，以及采集電壓和電流并送給主控電路。

此外，本發(fā)明還提供如下附屬技術(shù)方案：

所述電源穩(wěn)壓電路包括線性降壓電路，整流濾波電路，以及第一穩(wěn)壓芯片，第二穩(wěn)壓芯片和第三穩(wěn)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(wěn)壓芯片為MC7812，用于接收12V電壓，輸出+12V電壓；第二穩(wěn)壓芯片為MC7912，用于接收12V電壓，輸出-12V電壓；第三穩(wěn)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(jī)以及振蕩電路；所述單片機(jī)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(lián)的第一振蕩電容和第二振蕩電容，以及與該兩個(gè)電容相互并聯(lián)的晶振，該晶振為4MHZ。

所述顯示電路采用共陽(yáng)數(shù)碼管，段選信號(hào)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(gè)按鍵分別接于PIC16f877a芯片的Pin8、Pin9、Pin10，其中兩個(gè)按鍵用于調(diào)整輸出電壓的增和減，另一個(gè)按鍵用于調(diào)整切換電壓、電流顯示。

所述數(shù)模轉(zhuǎn)換電路包括DAC0832芯片，第四運(yùn)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(fā)出的數(shù)字控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬控制信號(hào)；第四運(yùn)放管用于將模擬控制信號(hào)放大，并送給可調(diào)穩(wěn)壓電路；VREF電路用于調(diào)節(jié)模擬控制信號(hào)的數(shù)值范圍。

所述可調(diào)穩(wěn)壓電路包括比較放大電路，電壓調(diào)整電路，以及取樣電路；所述比較放大電路與數(shù)模轉(zhuǎn)換電路耦合，用于將模擬控制信號(hào)二級(jí)放大，并送給電壓調(diào)整電路；所述電壓調(diào)整電路用于輸出大電流，其包括調(diào)整管，該調(diào)整管為TIP122達(dá)林頓晶體管，其基極與比較放大電路耦合，通過(guò)控制調(diào)整管的基極電流，實(shí)現(xiàn)控制UCE的壓降。所述取樣電路用于采集電壓調(diào)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(yùn)放管，以及第二運(yùn)放管；電壓測(cè)試端從可變電阻引出，并將采集的電壓信號(hào)送到第一運(yùn)放管的第3腳，第一運(yùn)放管的第1腳通過(guò)第二十三電阻與第二運(yùn)放管的第6腳耦合，第二運(yùn)放管第7腳通過(guò)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(yùn)放管；所述調(diào)整管的第3腳電壓通過(guò)第十三電阻與第六運(yùn)放管的第5腳耦合，第六運(yùn)放管的第7腳通過(guò)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(yùn)放管，以及第一開(kāi)關(guān)二極管；第二運(yùn)放管的第2腳通過(guò)第六電阻與數(shù)模轉(zhuǎn)換電路輸出端耦合，第1腳通過(guò)第九電阻和第一開(kāi)關(guān)二極管與調(diào)整管基極耦合。

所述可調(diào)穩(wěn)壓電路還包括過(guò)流保護(hù)電路，該過(guò)流保護(hù)電路包括第三運(yùn)放管和第二開(kāi)關(guān)二極管，該第三運(yùn)放管的第9腳與所述取樣電路耦合，第8腳通過(guò)第一開(kāi)關(guān)二極管和第二開(kāi)關(guān)二極管與調(diào)整管的基極耦合，當(dāng)?shù)?腳輸入信號(hào)過(guò)大，第8腳為低電平，第二開(kāi)關(guān)二級(jí)管導(dǎo)通，拉低第一開(kāi)關(guān)二極管的陽(yáng)極，調(diào)整管截止。

相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)在于：通過(guò)電源穩(wěn)壓電路，可調(diào)穩(wěn)壓電路，和數(shù)模轉(zhuǎn)換電路實(shí)現(xiàn)了模塊化、綠色化、數(shù)字化，不僅在于使用方便、縮小整機(jī)體積，更重要的是取消傳統(tǒng)復(fù)雜連線，把寄生參數(shù)降到最小，從而把器件承受的電應(yīng)力降至最低，提高系統(tǒng)的可靠性。本數(shù)控電源便于處理控制、避免了功率不足或是負(fù)載過(guò)大、過(guò)流短路，大大提高了電路功率穩(wěn)定性和抗干擾能力。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的線性降壓數(shù)控電源的原理框圖。

圖2是電源穩(wěn)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(shù)模轉(zhuǎn)換電路電路圖。

圖7是可調(diào)穩(wěn)壓電路電路圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合較佳實(shí)施例及其附圖對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案作進(jìn)一步非限制性的詳細(xì)說(shuō)明。

見(jiàn)圖1，線性降壓數(shù)控電源包括電源穩(wěn)壓電路1，主控電路2，按鍵電路3，顯示電路4，數(shù)模轉(zhuǎn)換電路5，以及可調(diào)穩(wěn)壓電路6。電源穩(wěn)壓電路用于輸出穩(wěn)定的直流+12V、-12V、+5V電壓，其中+12V、-12V分別供給可調(diào)穩(wěn)壓電路，+5V供給主控電路，按鍵電路，顯示電路，及數(shù)模轉(zhuǎn)換電路；主控電路用于核心控制；按鍵電路用于電壓的調(diào)整，以及電壓、電流的顯示轉(zhuǎn)換；顯示電路用于顯示可調(diào)穩(wěn)壓電路輸出的電壓及電流；數(shù)模轉(zhuǎn)換電路用于將主控電路輸出的數(shù)字控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬控制信號(hào)，并送給可調(diào)穩(wěn)壓電路；可調(diào)穩(wěn)壓電路用于調(diào)整電壓輸出，以及采集電壓和電流，并以模擬信號(hào)方式送給主控電路。

見(jiàn)圖2，電源穩(wěn)壓電路包括線性降壓電路(圖未示)，過(guò)流保險(xiǎn)，整流濾波電路，以及第一穩(wěn)壓芯片(MC7812)，第二穩(wěn)壓芯片(MC7912)和第三穩(wěn)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(jīng)過(guò)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(jí)端的中心抽頭，第2和第3腳分別接次級(jí)端線頭的兩端。變壓后的電壓經(jīng)過(guò)過(guò)流保險(xiǎn)F1、F2后到達(dá)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(jīng)過(guò)整流濾波電路后得到±12V直流電，其中一路經(jīng)過(guò)第一穩(wěn)壓芯片后得到+12V電壓，該+12V電壓再經(jīng)過(guò)第三穩(wěn)壓芯片后得到+5V電壓，另一路經(jīng)過(guò)第二穩(wěn)壓芯片后得到-12V電壓。+12V、-12V電壓供給可調(diào)穩(wěn)壓電路，并和兩個(gè)基準(zhǔn)電壓9.1V、6.2V調(diào)節(jié)對(duì)比；+5V電壓作為系統(tǒng)本身的電源電壓。

見(jiàn)圖3，主控電路包括單片機(jī)以及振蕩電路；本實(shí)施例中，單片機(jī)為PIC16f877a芯片，振蕩電路接于PIC16f877a芯片的Pin13、14，其包括相互串聯(lián)的第一振蕩電容CC1和第二振蕩電容CC2，以及與該兩個(gè)電容相互并聯(lián)的晶振Y1，該晶振Y1為4MHZ。

見(jiàn)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(gè)開(kāi)關(guān)分別接于PIC16f877a芯片的Pin8、Pin9、Pin10。該三個(gè)開(kāi)關(guān)其中一個(gè)為按鍵+(電壓增)，一個(gè)為按鍵-(電壓減)，一個(gè)為切換主機(jī)數(shù)碼管電壓、電流顯示切換模式；具體哪一個(gè)按鍵實(shí)現(xiàn)什么功能，是可以在主控電路中進(jìn)行邏輯修改的。

見(jiàn)圖5，顯示電路采用共陽(yáng)數(shù)碼管，段選信號(hào)接至PIC16f877a芯片的Pin33～36，位選接至Pin19～26。

見(jiàn)圖6，數(shù)模轉(zhuǎn)換電路包括DAC0832芯片，第四運(yùn)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(yùn)放管U5D為L(zhǎng)M324，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(hào)輸出端)。DAC0832芯片和第四運(yùn)放管U5D將單片機(jī)發(fā)出的8位二進(jìn)制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成0～-5V的電壓，然后經(jīng)可調(diào)穩(wěn)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(zhǔn)電壓，見(jiàn)圖7，電阻R7，電阻R8，可變電阻RP2，電容C17，電容C18，以及開(kāi)關(guān)二極管T5構(gòu)成基準(zhǔn)電壓源電路(VREF)，可以調(diào)節(jié)控制信號(hào)的數(shù)值范圍。

因?yàn)镈AC0832芯片內(nèi)有兩級(jí)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(shí)主芯片PIC16F877的RC、RD端口引腳15、16、17、18、27、28、29、30內(nèi)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(shí)大大提高電路功能效率從而實(shí)現(xiàn)達(dá)到電路要求。

見(jiàn)圖7，可調(diào)穩(wěn)壓電路包括比較放大電路，電壓調(diào)整電路，取樣電路，以及過(guò)流保護(hù)電路。

比較放大電路主要采用第五運(yùn)放管U6A(LM324)，LM324具有共模抑制比高，響應(yīng)速度快和壓擺率高的特點(diǎn)。第五運(yùn)放管U6A的第2腳通過(guò)第六電阻R6數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的DAOUT端，第1腳通過(guò)第九電阻R9和第一開(kāi)關(guān)二極管T1接入電壓調(diào)整電路。

電壓調(diào)整電路主要采用調(diào)整管U4(TIP122達(dá)林頓晶體管)以實(shí)現(xiàn)大電流輸出，本電路中的調(diào)整管U4的Icmax＝6A>Iomax＝0.5A；Pcw＝65W>6W，VCEOmax＝100V>12V。第五運(yùn)放管U6A的第1腳與調(diào)整管U4的基極耦合，數(shù)模轉(zhuǎn)換電路發(fā)出的模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)運(yùn)放管U6A，第九電阻R9，以及第一開(kāi)關(guān)二極管T1控制調(diào)整管U4的基極電流Ib的大小，從而控制UCE的壓降，負(fù)載端輸出電壓可以從J3測(cè)量出來(lái)，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(cè)試端從可變電阻RP1引出，采集的電壓信號(hào)送到第一運(yùn)放管U5A的第3腳，第一運(yùn)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(yùn)放管U5A輸出端第1腳經(jīng)過(guò)第二十三電阻R23將采集信號(hào)送入第二運(yùn)放管U5B的第6腳，第二運(yùn)放管U5B第7腳電壓經(jīng)過(guò)第二十二電阻R22將采集電壓值A(chǔ)DCV送入單片機(jī)的AD采樣轉(zhuǎn)換通道7，單片機(jī)內(nèi)部參數(shù)計(jì)算轉(zhuǎn)換后，在數(shù)碼管上可以顯示輸出電壓的值。電流取樣具體是，調(diào)整管U4的第3腳電壓經(jīng)過(guò)第十三電阻R13，第六運(yùn)放管U6B，第十五電阻R15，以及第十六電阻R16構(gòu)成的放大電路放大后送入單片機(jī)的AD采樣轉(zhuǎn)換通道7。單片機(jī)用ADCI和ADCV的差值，結(jié)合電路R3、RP1、R4電參數(shù)計(jì)算，可以計(jì)算出電阻R2上的電壓差值，根據(jù)歐姆定律，從而計(jì)算出調(diào)整管U4輸出端電流大小，并在數(shù)碼管上顯示。

過(guò)流保護(hù)電路主要采用第六運(yùn)放管U6B和第三運(yùn)放管U5C。本實(shí)施例設(shè)計(jì)的電流輸出最大為1A。當(dāng)調(diào)整管U4的集電極Ic電流過(guò)流時(shí)(超過(guò)1A)，調(diào)整管U4的Ic電流的增大，UCE壓降減少，從而調(diào)整管U4的第3腳電壓增大，經(jīng)過(guò)第十三R13并作為第六運(yùn)放管U6B的輸入信號(hào)，第六運(yùn)放管U6B工作在放大狀態(tài)，當(dāng)?shù)诹\(yùn)放管U6B第7腳輸出端的電壓經(jīng)過(guò)第十五電阻R15作為第三運(yùn)放管U5C第9腳輸入信號(hào)，該信號(hào)變大時(shí)，會(huì)造成第三運(yùn)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(guò)電阻R19、可變電阻RP3、開(kāi)關(guān)二極管T3調(diào)整)，第三運(yùn)放管U5C輸出端第8腳為低電平，第二開(kāi)關(guān)二極管T2導(dǎo)通，則拉低第一開(kāi)關(guān)二極管T1的陽(yáng)極，使得調(diào)整管U4截止，保護(hù)電路。同時(shí)，此過(guò)程使得流過(guò)電阻R9和電阻R10電流變大，當(dāng)LED2陽(yáng)極電壓超過(guò)4.2V時(shí)，LED2被點(diǎn)亮，光電耦合器U7導(dǎo)通，從而使得三極管Q1導(dǎo)通，蜂鳴器LS1報(bào)警。

本發(fā)明的數(shù)控電源采用硬件組成的閉環(huán)反饋模式來(lái)進(jìn)行穩(wěn)壓。以主芯片PIC16f877A作為主要的核心控制器，電源穩(wěn)壓電路提供主電路各芯片供電，可調(diào)穩(wěn)壓電路是通過(guò)TIP122達(dá)林頓管作為開(kāi)關(guān)的作用和TLP521光耦的隔離控制過(guò)流保護(hù)組成；再通過(guò)LM324運(yùn)算放大器把采集到的電壓、電流信息輸給主芯片PIC16f877A，LM324運(yùn)算放大器的共模抑制比高、響應(yīng)速度快、壓擺率高，從而提高了穩(wěn)壓的可靠性和精度；接著經(jīng)過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)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(shù)碼管上，提高了測(cè)量的準(zhǔn)確性和直觀顯示能力；通過(guò)調(diào)節(jié)按鍵能夠穩(wěn)定的輸出從0～12伏的任一穩(wěn)定電壓，并由數(shù)碼管顯示出來(lái)。可以任意調(diào)整輸出的電壓，一個(gè)是增高，一個(gè)是降低，每按一次電壓的變化是增加或減小0.5。本數(shù)控電源的開(kāi)機(jī)預(yù)置輸出電壓為5V，并可采用步進(jìn)方式調(diào)節(jié)輸出電壓，最小步進(jìn)為0.5V。經(jīng)過(guò)測(cè)試，本數(shù)控電源的輸出電壓范圍可達(dá)到0～12V，額定電流可達(dá)到0.5A，可應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)與工程實(shí)踐中。

通過(guò)電源穩(wěn)壓電路，可調(diào)穩(wěn)壓電路，和數(shù)模轉(zhuǎn)換電路實(shí)現(xiàn)了模塊化、綠色化、數(shù)字化，不僅在于使用方便、縮小整機(jī)體積，更重要的是取消傳統(tǒng)復(fù)雜連線，把寄生參數(shù)降到最小，從而把器件承受的電應(yīng)力降至最低，提高系統(tǒng)的可靠性。本數(shù)控電源便于處理控制、避免了功率不足或是負(fù)載過(guò)大、過(guò)流短路，大大提高了電路功率穩(wěn)定性和抗干擾能力。

需要指出的是，上述較佳實(shí)施例僅為說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本發(fā)明精神實(shí)質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。