直流电源主要硬件电路设计

1、微处理器单元

微处理器单元是系统的控制核心，主要完成机械式按键、旋钮和触控显示单元的输入采集和输出显示控制，具体控制电路如图所示。本设计中选用ST公司基于ARM32位Cortex-M3内核的STM32F103VCT6芯片，其较高工作频率为72MHz，最大速度可达90MIPS，芯片内部集成两个12位A/D转换器和两个12位D/A转换器，使得外围电路设计得以简化，并且可以满足最小输出电压/电流分辨率要求。

2、输出电压/电流采集电路

输出电压/电流采集电路如图所示。输出电压采集由运算放大器构成的差分衰减电路完成，运放选用OP07，其输入失调电压极低，可以保证电源输出精度。两差分输入端实时采样输出电压并按比例衰减，一路低通滤波后接至微处理器内部集成的A/D转换器，另一路接至电压误差放大电路。为保证衰减系数的准确性，R28、R17、R31和R15均为高精度、低温漂电阻,电源输出电压在0~30V内调节时，电压采样值在0~2.44V内同步线性变化。

输出电流采集是由运放构成的同相放大电路完成的。R47为5W大功率、低温漂精密电阻，阻值为0.05Ω，由其实现0~4A电流值到0~0.2V电压值的线性转换，取样电阻两端电压信号经放大，一路低通滤波后接至微处理器内部集成的A/D转换器,另一路接至电流误差放大电路。

3、电压/电流误差放大电路设计

当该电源工作于恒压模式时，电流反馈回路只起限流作用，当实际输出电流值小于设定限流值时电流误差放大器工作在正饱和区，电压误差放大器工作在线性区。当负载变动使得输出电压瞬间略有上升时，电压误差放大电路的输出使得MOSFET管栅源极间电压减小，其导通程度随之减小，从而降低输出电压，直到实际输出电压等于设定电压；当负载变化使得输出电压瞬间略有下降时，电压误差放大电路的输出将增大MOSFET管的导通程度，使输出电压增大并最终等于设定电压。

该电源工作于恒流模式时，电流误差放大电路的调节原理同上。

4、调整管温度采集电路

系统设计中，调整管温度采集电路主要有两个作用:(1)为系统过热保护提供实时温度数据，当温度小于35℃时关闭散热风扇，温度大于55℃且小于80℃时打开风扇，温度超过80℃时关闭电源输出;(2)为电压输出值的误差补偿提供参数：调整管温度或负载电流大范围变化时电源输出电压精度会受到影响，系统采用二维线性差值算法进行补偿以实现高精度输出，调整管温度是算法的重要参数之一。

本系统选用LM35芯片实现调整管温度的实时采集，该芯片具有使用方便、线性度高、测量温度范围广、自发热小等诸多优点，同时该芯片在使用时免调试、免标定、接线简单、输出阻抗低。

5、为了满足部分场合的常规电压应用需求，借助于稳压开关电源模块对220V交流电进行AC-DC变换得到±15V直流输出，再经过直流电源转换电路,实现3.3V/3A、5V/3A以及±12V/1A4路固定电压输出。

3.3V和5V直流电源的实现选用的是美国国家半导体公司(NationalSemiconductor)的LM2596，该开关电压调节器是降压型电源管理单片集成电路,最大能够输出3A驱动电流，同时具有很好的线性和负载调节能力。LM2596有多种固定输出版本，本设计的3.3V电源和5V电源分别选用LM2596-3.3和LM2596-5.0,其外围电路配置简单，±12V电源则选用常规的7812和7912三端稳压器电路设计。