摘要：
本电源的设计主要由稳压电源，稳流电源，DC—DC转换和变频模块构成。其中稳压电源主要通过变压、整流、滤波、稳压构成，为了能够达到输出电压可调且输出电流要大于1.5A的目的，我们采用了两个LM317并联。稳流电源则利用了TL431提供的2.5V的基准电压加在电位器两端，从而实现了输出电流可调。对于升压部分则利用了TL494芯片及高频变压器。最后的变频模块则通过NE555产生的方波来实现。显示模块主要通过AD转换输出到液晶显示屏上来实现。
关键词： 稳压电源 稳流电源 DC—DC转换 变频 12864液晶显示屏
一、题目分析
1.1．基本要求
（1）稳压电源： 在输入电压220V、50Hz、电压变化范围＋15%～－20%条件下： 1．输出电压可调范围为+9V～+12V 2．最大输出电流为1.5A
3．电压调整率≤0.2%（输入电压变化范围176~253V条件下，空载到满载） 4．负载调整率≤1%（最低输入电压下，满载）
5．纹波电压（峰-峰值）≤5mV（最低输入电压下，满载） 6．效率≥40%（输出电压9V、输入电压220V下，满载） 7．具有过流及短路保护功能
（2）稳流电源 : 在输入电压固定为＋12V的条件下： 1．输出电流：4～20mA可调
2．负载调整率≤1%（输入电压＋12V、负载电阻由200Ω～300Ω变化时，输出电流为20mA时的相对变化率）
（3）DC-DC变换器: 在输入电压为+9V～+12V条件下： 1．输出电压为+100V，输出电流为10mA
2．电压调整率≤1%（输入电压变化范围+9V～+12V） 3．负载调整率≤1%（输入电压+12V下，空载到满载）
4．纹波电压（峰-峰值）≤100mV （输入电压+9V下，满载） （4）对输出电压进行变频设计:
使输出电压频率在（25hz～75hz之间变化）；并能显示频率变化。
1.2．发挥部分
（1）扩充功能
1．排除短路故障后，自动恢复为正常状态 2．过热保护
3．防止开、关机时产生的“过冲” （2）提高稳压电源的技术指标
1．提高电压调整率和负载调整率
2．扩大输出电压调节范围和提高最大输出电流值 （3）改善DC-DC变换器
1．提高效率（在100V、100mA下） 2．提高输出电压
（4）用数字显示输出电压和输出电流
二、整体方案论证：
2.1电路的整体构成： 本电源的整体框图如下：
220V 50Hz
电压电流显示 频率显示 直 流 稳 压 电 源 +12V 恒流源 DC—DC变换 9~12V 12V
输出电压变频 2.2各部分模块的方案选择及论证
2.2.1稳压电源： 方案一：采用单级开关电源，由220V交流电整流后，经开关电源稳压输出。但此方案所产生的直流电纹波较大在以后的几级电路中很难加以抑制。
方案二：经过整流滤波后，紧接着在其后加以DC—DC 变换器，采用PWM技术，并利用恒压差控制来实现稳压电源的设计，框图如下：
线性DC-DC 整流稳压9~12V 变换 滤波 电路 反馈 但此方案电路复杂，技术要求较高，且外部易对电路产生影响。
方案三：在整流滤波后，并联两个LM317，既能够达到输出电压稳定可调的目的，又能够达到扩流的目的（因为一个LM317允许的最大电流为1.5A）。且电路简单易控制。
方案选择：基于以上论证我们采用方案三。具体电路如下：
其中C1，C2为滤波电容，两个LM317采用并联方式，能够实现最大电流输出为1.5A，输出电压9~12V可调。
2.2.2稳流电源： 方案一：利用LM317集成基准电压源，其3端与1端之间固定压降为1.25V，流经固定电阻后产生恒稳电流。原理图如下所示：
因为Is
=
Us+UbeRs+RP1
=
1.25+0.7Rs+RP1
，于是有： IL=Is+Ib≈Is
方案二：此方案使用芯片TL431，它能够提供精密基准电压2.5V，如下图所示：
方案选择：方案一由于精度相对于方案二来说达不到题目指标，故我们选择方案二。具体实现如下：
其中TL431的2.5V基准电压加在R4,R2的两端，通过改变R4的阻值就可实现4~20mA可调，RL为负载电阻，阻值为200Ω~300Ω，R2=50Ω，R4=1KΩ。
2.2.3、DC—DC变换电路
方案一：采用NE555直流倍压电路。其基本电路如下：其中3输出端产生约为3KHz的方波，振荡频率取决于R1、R2、C2的数值，输出脉冲通过C4VD1C5VD2组成的二倍压整流电路在其输出端产生二倍电源电压的直流电压。要想获得更大的电压只需在输出端加更多级的倍压电路即可。
方案二：采用电路较简单的单端反激型开关电源，控制电路由TL494芯片组成。具体电路如下：
当功率管导通时，高频变压器可以将电能变成磁能储存起来，而在晶体管受控截止时，高频变压器原、副边电压极性改变。整流二极管VD由反偏变为正偏导通，高频变压器就将原先储存的磁能转变为电能，通过整流二极管向负载供电和对输出电容充电。变压器原副边的匝数比为1：13。输出电压由如下公式计算 Uo=UrefX(R11+RW+R12)/(RW’+R12)
2.2.4变频电路
它主要通过555振荡器产生一个方波，其频率由R1,R2,R4和C4控制。震荡周期为：
T=0.7[R1+(R2+2R4)]C2
555配置为低频振荡器，可变的频率范围为20至77赫兹的频率电位的R4 。NE555输出端（扩增Q1及Q2 ）接入变压器的T1 ，要注意变压器的匝数比。电容C4和线圈的T1保证精确 ，确保它是一个正弦波。
2.2.5显示部分：
流程图如下：当有电压输入时ADC0809对电压进行实时采样，同时将所采集的数据送入单片机内进行处理，进而显示在12864液晶显示屏上。将电压除以所加负载即可得到电流，同时将其也显示在12864液晶显示屏上。
具体硬件电路连接如下：信号输入通过AD采样传送给单片机进行处理，然后显示出来。
三、各模块性能测试：
3.1稳压电源： （1）输出电压：在规定范围内输入电压，调节输出电压，用电压表测量输出端可的输出电压为2.4~30.5V。（远大于题目要求的9~12V。） （2）最大输出电流：输出端接入6Ω负载，调节输出电压，测的最大输出电流为1.94A。（满足题目要求的1.5A） （3）电压调整率：输出电压为12V时。 176 220 253 输入交流电/V 11.99 12.00 12.00 输出直流电/V 计算可得电压调整率为0.083%（小于0.2%） （4）负载调整率：输出电压为12V时。 负载/Ω 无 8Ω 12.00 12.08 电压/V 计算负载调整率为0.6%（＜1%） （5）将示波器加在输出端，观察到纹波电压（峰峰值）<5mV。 3.2稳流电源：
（1）在输入电压为12V时，调节输出电流，测的数据为2.2~30.4mA满足题目要求。
（2）负载调整率: 输入电压12V时 200Ω 300Ω 负载 20.00mA 20.01mA 电流 负载调整率0.01/20x100%=0.05%满足要求。 3.3DC-DC变换 （1）输出电压：输入电压为9~12V时调节输出端电压最大可达到167V，远大于题目要求的100V。 （2）输出电流：输出电压调到100V，接入10K的电阻时，测的输出电流为10mA。 （3）电压调整率： 9 12 输入电压/V 100.0 100.1 输出电压/V 电压调整率为0.01%，远小于1%。 （4）负载调整率：输入电压12V时 10k 负载/Ω 无 100.0 100.1 输出电压/V 负载调整率为0.01%，远小于1%。 （5）纹波电压：9V时，负载10千欧。用示波器观察电压可得纹波峰峰值为16 mV左右，小于50mV，满足要求。 3.4变频部分
调节频率变化，用示波器观察频率从22~77Hz，同时可用自制频率计显示频率。
四、设计总结与分析
基于本题各个模块的设计，我们完成了题目基本要求的各项指标，另外发挥部分中我们将要求各项指标都进行了进一步的提高。这主要取决于各电路合理的设计及元器件的合理选用，尤其是在DC—DC转换部分，变压器的绕制尤为关键，绕的时候先绕次级的一半50圈,然后绕初级的3圈(初级有两组,即共圈).然后再绕次级的另一半50圈 ，这样绕的好处时漏感很小,温升比较低,另外每一层都要加1~2层胶带做绝缘，还有一点就是注意同名端,千万不能绕反了!
参考文献：
【1】康华光 电子技术基础 模拟部分（第五版）高等教育出版社，2005年 【2】王松武 常用电路模块分析与设计指导 清华大学出版社，2007年 【3】高吉祥 全国大学生电子设计竞赛培训系列教程 电子工业出版，2007年
【4】全国大学生电子设计竞赛组委会 第一届~第六届全国大学生电子设计竞赛获奖作品选编 北京理工大学出版社 ， 2005年
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