数控电源电路原理讲解.docx

一、系统综述：该项设计的主要目的是设计一种数控稳压电源它利用单片机STC89C51作为 主控芯片,控制数字/模拟转换器（TLC5615）的输出电压的大小,经过运算放大器（OPA2107）与IRF9Z24N构成负反馈系统，从而输出恒定电压最后通过电位器 分压将输出信号反馈到运算放大器（OPA2107）上，使输出准确度可以调节此设 计通过键盘电路与单片机连接,读入控制数据,利用软件进行判断,从而起到控制电源 输出的作用通过LCD1602 （或LED数码管）显示数控电源的输出电压，实现简单 的人机对话该项设计具有设计简单,控制灵活,调节方便,携带方便、成本低等优势, 具有较强的实用性总体电路图（数码管版）要求有短路保护的才有对应的电路，此图为完整版及带短路保护的总体电路图（液晶版）要求有短路保护的才有对应的电路，此图为完整版及带短路保护的 图中采用网络标号的方式，标号相同的代表有电气连接！二、原理讲解: 供电部分:\ccGND GND 丘ND整流滤波稳压P2为接线柱，是整个系统的输入电压端口，整个数控电源有此输入能量D1、D2、D3、 D4为四个二极管（in4007）,起整流的作用，C6为滤波电容。

整流滤波电路是使供电可以为 交流，同时也可以用直流供电（交流供电不要超过20V，直流不要超过35V）受电压限制 的主要是后级运放耐压、TL431耐压以及7812的耐压值7812主要为保护7805, 7805稳出 5V电压共单片机供电使用但是7805耐压值是15V，所以前级要加7812保护7805晶振部分:吋钟屯路C2、C3、Y1 (12MHZ)与单片机端口构成震荡电路，为51单片机提供时钟 复位电路：复位电路RST连接单片机复位管脚，此电路及有上电复位功能，又有手动复位功能C1、R2构 成上电复位电路，上电瞬间C1导通，则RST为高电平，单片机将复位，电压稳定后C1储存 的电能通过R2对地释放掉，单片机将正常运行同样K2按下时RST为高电平，单片机复位, 弹起来时RST为低电平，单片机正常运行单片机部分:单片机5VPD2P12 3P134Pl-5Pl-6P167P178RST9P3DIQP3111P3212P3313PMHP3515P3&16P3717XIIEX21920P101P1DvccP1JPODP12P01P13P02P14P03P15P04P16P05P17P06REHPO?PaO'EXDP3VTXDP32'INT0P3J'I?JTTP27P34TQP2&PSS^TlP2 POO3S P01■- P023& P0535 P0434 P05… P0632 POT313»2?28 P2727 P2626 P252? P242斗 P2323 P2222 P2121 P2D4D|5V-g AKJK3■oGND单片机默认选用 STC89C51，同时兼容 STC89C52、AT89S52、AT89S51、AT89C51 等 51 单 片机。

按键部分：P20GND按键按键选用独立按键，扫描时间短，使程序更简单且扫描时间更短，从而提高稳定性按 键弹起时P20、P21、P22、P23为弱上拉状态，所以为高电平按键按下时对应的I/O 口为 低电平，可以被程序中的扫描函数检测到（写论文时没什么写的，可以在此讲解自弹按键 与自锁按键区别和原理，在此朱老师省略数码管显示部分:数码管显示址斗 ?25 ?2C? P27（写论文时，可以在此讲解共阳数码管与共阴数码管的区别和原理，在此朱老师省略 数码管显示采用四位一体共阳数码管，这样使电路更为简单，只需四个8550三极管就 可以将其驱动P24、P25、P26、P27分别作为数码管的位选端，控制是否选通哪一位数码 管采用PNP型三极管，低电平导通，高电平截止（写论文时可以在此处讲解8550三极管 的参数等信息，朱老师在此省略R20、R30、R40、R50为三极管基极限流电阻，此电阻及 能保护三极管又能保证三极管导通时处于完全导通状态R51为限流电阻，此电阻的大小直 接决定数码管的亮暗成都，在此选择220欧姆、14色环电阻数码管的阴极端直接接单片 机的P0 口，而不需上拉电阻STC89C51的单片机P0 口为漏极开路，所以作为输出时必须 接上拉电路，而作为输入时相当于数码管作为上拉，所以不再需要上拉电阻，及简化了电路 又节省了成本。

数模转换部分：（此为数控电压数控调压关键所在）（写论文时没什么写的，可以在此讲解TLC5615技术参数和原理，特别是转换公式和数 据协议，在此朱老师简单介绍数模转换采用德州仪器的TLC5615,此为一片10位串行单5V电源DAC，直接电压输出 单片机P33、P32、P34分别连接TLC5615的时钟端、片选端、数据端即可控制它输出想要的 电压此时TLC5615的6脚及参考电压输入端需接入2.5V的参考电压根据公式可知，当参考电压为2.5V时，TLC5615将最大输出5V电压Vout=VREFiNX(N/1024)X2TL5615 (DAC)电压计算公式Vout为7脚输出电压，Vrefin为6脚参考电压输入端，N为单片机通过1、2、3管脚向 TLC5615写入的数据，1024是根据这是一片10位数模转换而计算出来的（210=1024）,最后 乘以二是因为TLC5615内部有2倍的增益放大器OSSCLKblNFUNCTIONAL BLOCK DIAGRAMREFINA.&MDPawar-otlControlOCT20%(LSB} {MSB)1®Data Bils4Dummy Ma16-fiit Shift RegisLernDOUTTLC5615内部原理图:PARAMETER MEASUREMENT INFORMATIONSCLKDIMUulDl}―・呻I制 岫口出tfKftjcKxri) ―H HPrevloLi^ LSBTLC5615逻辑时序图:在给TLC输入2.5V参考电压的时候，我们用了 TL431芯片。

TL431是可控精密稳压源 它的输出电压用两个电阻就可以任意的设置到从Verf (2.5V)到36V范围内的任何值该 器件的典型动态阻抗为0.2Q在很多应用中用它代替稳压二极管同时用OPA2107作为跟随器，减小2.5V基准电源的阻抗，再送入TLC5615参考电 压端写论文时,可以在此讲解TL41技术参数OPA2107技术参数和原理和跟随器电路原理)□内部结构TL431鎭体功肯詞师酥知脂鹉块亍巨.”由国砂刚 VI是L个内部的2 5V 櫃删,接理预换冋愉碍由运性可込只有护EF端:司向鄴的电压 高于VI < 2 S¥>时』三粧管中才会育电溢適迥,同幟山电JEP于2河寸二咲壬小于理 止二:恙宜茫帖左下' ■随若REF踹电压的徵小鮭，通讨三扱管国1的电流^从1碍」 iom^i-.当略 该薛6不是丁皿「的实际内鋼构,旦二用于分析理解电路TL431内^轸敷电晓如图d所r =TL431可丰：.：七 只襯压二根管』连接方法狐fffl亦下團阿柞2 5V®g.■下團B计可:理淮源，电J且逝:鶴输出l'JZ系为U0= (1 #R2/R3)2 5V具体工作斥理:当输九电压増扎雕甑増丈希输出弟徉増丈,遠时内部 电路通姻整使得逹过自身的电洼馭，这也前使得淒过限淤电屈的电養増丈,躺 翩f碾的廨駄,而简出电压等于靛电J压倉眼淒电阻压蘭諭•、电压柑丈与限 逋电阻压眶后」日三荷' J中.一乐，实现槻壬"匡IMOS放大部分:XCCFPZ2JNjjOuF1CKONDMOS管放大iGNU将上述TLC5615输出的可调电压送到比较器(OPA2107)的反相端，通过MOS管(F9Z24N) 放大。

同时在F9Z24N的输出端用RW1 (10K)电位器分压，取一定比例的输出电压反馈到 比较器正相端，构成一个反馈系统此时MOS管输出的PWM波的占空比将根据负载和输 入电压而变化以保证输出电压的稳定C5作为输出滤波电容，滤掉输出电压纹波根据反馈系统的稳定原理计算出输出电压的公式，如下：设：Vo为输出电压，Vin为OPA2107的2脚输入电压，RWH为电位器上部分电阻，RWL为电位器下部分电阻，RW为电位器阻值Vo=VinX（RW/RWL）；（写论文时，可以在此讲解F9Z24N技术参数） 过流检测及短路保护：P1为电源输出端，R11为电流检测电阻，此电阻将电流变换成电压再通过 U4A （OPA2107）反相放大一定的倍数最后通过U4B与2.5V标准电平比较，若电压大于2.5V 则输出低电平，送给单片机单片机则认为过流就会控制TLC5615将输出将为0V这样就 起到了限流与短路保护的作用写论文时，可以在此讲解反相比例运算电路的原理）报警电路：FM1蜂鸣器FMQ1K|a^Q7K 8550—pGND报警电路此电路可以由单片机控制三极管（8550）的通断来控制蜂鸣器的报警当P36为高时，三极 管不高通，为低时三极管导通蜂鸣器响。

当过流或短路时，单片机切断输出，同时蜂鸣器报 名。