幾乎所有的電子電路都需要穩定的直流電源，特別是在檢定檢修指示儀表時，除了要有合適的標準儀器外，還必須要有合適的直流電源及調節裝置。傳統的直流穩壓電源已經具備了上述功能，且在穩壓方面已經達到了很高的標準，能滿足各種場合的需求。

　　在實際的產品開發設過程中，為了檢測產品的相關功能參數，通常需要了解電流的變化情況，而傳統的電源不能提供實時電流參數，此時必須使用萬用表等儀器來測量電流值，其過程繁瑣，影響工程進度。因此，迫切需要一種具備傳統穩壓電源的功能，同時能顯示電壓、電流參數的電源設備。本文將以此為出發點介紹一種可以觀察電壓、電流值實時變化的穩壓電源。

　　本文介紹一種可視化直流穩壓電源系統，系統以STC89C52RC單片機監測電壓值，采用輸出端壓降方式計算電源輸出電流，并將電源電壓、電流值通過LCD液晶顯示器實時顯示。電源部分采用開關型穩壓電路和線性穩壓電路相結合的方法設計。

　　設計要求
　　可視化直流穩壓電源主要給實驗室等小功率電子設備提供工作電壓，在輸入電壓220V、50Hz、電壓變化范圍+15%～-20%條件下應具備以下功能：
　　①輸出電壓可調范圍為5V～12V；
　　②最大輸出電流為1.5A；

　　③電壓調整率≤0.2%；
　　④負載調整率≤0.1%；
　　⑤效率≥40%；
　　⑥具有過流及短路保護功能；
　　⑦實時顯示電壓、電流值。
　　可視化直流穩壓電源設計的關鍵在于穩壓以及電流、電壓的精確顯示。

　　設計方案

　　本系統以STC89C52RC為顯示模塊，主電路采用DC/DC變換器與線性調節器相結合的結構，既減小了輸出紋波電流，又降低了系統的功耗。系統采用雙積分A/D轉換器ICL7135實現輸出顯示，單片機系統通過對輸出電壓的檢測來讀取顯示電壓和電流值，并通過用LCD液晶顯示輸出電壓電流值。

圖1 硬件主電路系統結構圖

　　硬件主電路系統的結構如圖1所示。220V、50Hz電壓通過變壓器降壓及整流濾波后得到所需直流電壓，該電壓通過開關電源電路實現電壓調節。電子濾波器進一步降低開關電源的輸出紋波。從電子濾波出來的電壓經過精密電阻后即是輸出電壓。在精密電阻前后分別進行兩次電壓采樣，經過A/D轉換后送入單片機。單片機將輸出采樣電壓作為系統的輸出電壓送入LCD上顯示。同時單片機還將輸出采樣電壓與比較采樣電壓進行減法運算，將壓降值通過精密電阻轉換為電流值也送入LCD顯示。

　　硬件系統
　　1電源主電路設計
　　主電路采用開關電源（DC/DC變換器）和線性調整晶體管相結合的結構，電路原理如圖2所示。開關電源部分使用的是L4960芯片。該芯片最大輸出電流為2.5A，輸出電壓范圍為5.1～40V，具有較高的開關頻率（典型應用為100kHz），效率可達90%，芯片內部具有過熱保護、過流保護的功能，只需很少的外部元件就可構成大電流輸出的開關電源。芯片的技術性能可以滿足設計要求。

圖2 電源主電路圖

　　220V、50Hz的電經變壓器降壓及整流濾波后得到大約24的直流電壓，該電壓加到開關電源的輸入端。L4960的輸出電壓由下式計算：
Uo=UREF(1+R4/R3)=5.1×(1+R4/R3) (1)
系統要求輸出電壓能達到12V，考慮到線性調節部分的壓降，該電路的最高輸出電壓設計在15V左右。反饋引腳（2腳）引入到電子濾波器（線性調節器）回路，根據輸出電流和負載電阻的大小，自動降低輸出電壓來減小線性調節器的功耗。R4采用10K電位器調節，由式（1）不難算出，當R3=1K時，U0 = 5.1～15V。

　　圖2中的電子濾波器（即線性調節器）由R6、C7和VT1組成。僅由R4和C7組成的RC低通濾波器雖然能減小U0輸出的紋波電壓，但其帶負載能力很差。為此增加了一級射隨器VT1，它采用電流放大系數的達林頓晶體管TIP122，來提高低通濾波器帶負載的能力。圖2中C7的大小對濾波效果影響顯著，該值為100μF時紋波電流很小，但小電流輸出時的動態響應較慢，故本設計中的C7取值為10μF。

　　需要指出，利用晶體管電子濾波器（亦稱有源濾波器），可在同樣濾波性能下使用較小的濾波的濾波電容C7，獲得采用大電容的濾波效果。其等效電容約為β·C7，β為達林頓管VT1的電流放大系數。

　　該電子濾波器引入了對開關電源電壓的控制功能，當負載電阻很小時需要較低的輸出電壓（如5V），如果U0保持15V不變，當輸出電流很大時（如2000mA），VT1的功耗會達到24W，必須為VT1安裝很大的散熱片。加入VT2和R5后，當調整管VT1的C-E結壓差過大（大約3個PN結壓降之和，即 2.1V）時，會使VT2導通，產生附加的控制電流進入FB端，使U0自動下降，這時VT1的功耗將下降到大約4W，大大提高了電源的效率。

　　在系統的輸出端設計了一個精密電阻，系統在精密電阻兩端都對電壓進行了采樣，用于檢測輸出電壓和電流。當然，系統對精密電阻的精度、功率、阻值溫度系數和分布參數各項指標都比較高，否則電流檢測準確度就會受到很大的影響。目前，金屬箔精密電阻的精度可達10-6，溫度系數可達±0.3×10-6/℃，分布電容可低于0.5pF，分布電感可低于0.1μH，已經可以滿足設計需要。

　　2 顯示部分電路設計 <