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直流稳压电源及漏电保护装置 摘要：本设计综合考虑题目基本部分的指标要求，稳压电源部分由比较放大电路、基准电压电路和取样电路三部分组成，实现DC-DC的变换。采用STC90C51单片机为控制核心，对稳压电源信号进行采集与处理，由1602液晶实时显示稳压电源的输出功率。（1）转换开关S接1端，RL阻值固定为5Ω。当直流输入电压在725V变化时，要求输出电压为5±0.05V，电压调整率SU≤1%。 （2）连接方式不变，RL阻值固定为5Ω。当直流输入电压在5.57V变化时，要求输出电压为5±0.05V。 （3）连接方式不变，直流输入电压固定在7V，当直流稳压电源输出电1A减小到0.01A时，要求负载调整率SL≤1%。（4）制作一个功率测量与显示电路，实时显示稳压电源的输出功率。 （1-1） 图2 方案二稳压部分电路 方案三：稳压部分由调整管，比较放大电路，基准电压电路，采样电路组成。当采样电路的输出端电压升高（降低）时采样电路将这一变化送到A的反相输入端，然后与同相输入端的电位进行比较放大，此时运放的输出电压，即调整管的基极电位降低（升高）；由于电路采用射极输出形式，所以输出电压必然降低（升高），从而使输出电压得到稳定，如图3所示。 图3 稳压部分单元电路 1.3方案的比较与选择 以上三个方案进行比较，可以发现第一个方案电路中的损耗较大，效率较低。第二种方案为线性稳压电源，具备基本的稳压效果，但是只是基本的调整管电路，输出电压不可调，而且输出电流不大。第三个方案使用了运放和调整管作为稳压电路，输出电压可调，功率也较高，可以输出较大的电流。综合题目的要求，方案三的稳定效果要比前两个方案要好，所以选择第三个方案。 2 系统设计 2.1总体设计思路 总体设计路如图4所示，由六个部分组成。 （1）直流稳压电源，由比较放大电路、基准电压电路和采样电路组成，完成从输入的直流电压到输出稳定的5±0.05V电压的变换。 （2）电流检测， 由分压电阻和运放构成，电流通过电流检测电路进入单片机内部。 （3）A/D转换，实现电流检测后模拟量到数字量的转换。 （4）漏电保护，用来完成发挥部分中的漏电保护功能。 （5）单片机控制，用来控制电流量的A/D转换，通过软件完成稳压电源输出功率的计算并完成漏电保护中的开关通断。 （6）显示电路，显示稳压电源的输出功率。 图4 系统框图 2.2硬件电路设计 系统硬件设计包含直流稳压电源电路，电流检测电路和漏电保护电路。 2.2.1直流稳压电源电路 直流稳压电源电路由比较放大电路、基准电压电路和采样电路组成，组成框图如图5所示。 图5 直流稳压电路组成框图 采样电路由3300uf的极性电容、一个5KΩ的滑动变阻器和阻值分别为510Ω和2KΩ的电阻组成，如图6所示。当采样电路的输出端电压升高（降低）时，采样电路将这一变化送到运算放大器的反相输入端，然后与同相输入端的电位进行比较放大，运放的输出电压，即调整管的基极电位降低（高）；由于电路采用射极输出形式，所以输出电压必然降低（升高），从而使输出电压得到稳定。对于普通三极管而言，要输出5V左右的电压，输入电压至少为7V，而在我们的设计要求中输入的电压要求是在5.5-25V之间，为了满足低压差的要求，调整管选用具有输入电阻高、噪声小、功耗低、动态范围大、易于集成、没有二次击穿现象、安全工作区域宽等优点 图6 采样电路 基准电压电路由LM317所构成，如图7所示。LM317是可调端正电压稳压器，输出电压范围到时能够提供超过1的电流，易于使用。 图7 基准电压电路 比较放大电路是由集成运算放大器OP37等构成，如图8所示。OP37是一种高精度单片运算放大器，具有很低的输入失调电压和漂移。OP37的优良特性使它特别适合做前级放大器，放大微弱信号。在本设计中OP37主要做起到反向输入放大的作用，将采集的信号通过100K的电阻构成反馈电路，同时输入到OP37反向输入端的信号与同相输入端的基准电压做比较，最后输出至场效应管的栅极，经IRFP450源极作为稳压电源的输出端。 图8 比较放大电路 2.2.2电流检测电路 为了满足设计要求，实时显示稳压电源的输出功率 图9 电流检测电路 2.2.3A/D转换 被检测到的电流是模拟量，因此要通过相应的模拟量到数字量的转换之后才能输入到计算机内部，由PCF8591P芯片完成A/D转换。该芯片单电源供电，低功耗，具有8位的A/D、D/A转换功能，同时具有4路模拟量的输入和1路模拟量的输出。连接电路如图10所示。 图10 A/D转换电路 2.2.4漏电保护 漏电保护电路主要由三部分组成：检测元件、中间放大环节操作执行机构。 图11 STC90C51引脚图 2.2.6显示电路 本设计显示电路采用LCD1