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如何把交流电源变换为直流稳压电源

电子电路工作时都需要直流电源提供能量，电池因使用费用高，一般只用于低功耗便携式的仪器设备中。这里讨论如何把交流电源变换为直流稳压电源。一般直流电源由如下部分组成：整流电路是将工频交流电转换为脉动直流电。变频器：通过变频器组装的岸电电源生产较为简单，因其主要部分“变频器”为购买，所以很难保证变频器与其他元件的参数相匹配安全性角度对比：变频电源：启动过程中频率恒定。滤波电路将脉动直流中的交流成分滤除，减少交流成分，增加直流成分。稳压电路采用负反馈技术，对整流后的直流电压进一步进行稳定。

(1)半波整流电路：半波整流就是利用二极管的单向导电性能，使经变压器出来的电压Vo只有半个周期可以到达负载，如下：

(2)全波整流电路：利用副边有中心抽头的变压器和两个二极管构成如下图所示的全波整流电路，从图中可见，正负半周都有电流流过负载，提高了整流效率。

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针对基于DC-AC可编程交流电源频率与相位调节分辨率较低、高次谐波叠加困难、输出波形畸变等问题，提出了应用处理器STM32F103ZET6内置的两路12 bitDAC来拟合波形作输出的方案。CPU计算出所需的波形点，经DAC拟合输出、功率放大、滤波、变压器运放等环节处理并结合反馈信号应用数字PID算法，使终输出信号快速且稳定地达到预设值。可编程交流电源除调节电压和相位功能外，还具备以下特色：输出交流范围：0~150/0~300Vrms。经测试，应用此方案设计的可编程交流电源，其频率与相位的分辨率显著提高，方便叠加各次谐波，且输出波形质量明显得到改善。

可编程交流电源是实验室与科研机构必不可少的工具，在研发和产品测试中，对于输出电压或者电流的幅值、频率、相位、波形等都有一定的要求。而我国市电的规定为单相50 Hz/220 V或三相50 Hz/380 V的交流电，幅值的调节可以直接通过变压器完成，但频率和相位的调节具有一定难度，且变压器输出电压、电流会随负载变化无法得到稳定的交流电源。因瞬时能量全消耗在RT1电阻上，一定时间后温度升高后RT1阻值减小（RT1是负温系数元件），这时它消耗的能量非常小，后级电路可正常工作。所以对于具有稳定输出、参数可灵活调节的可编程交流电源的研究日益迫切。

现有的许多可编程交流电源多采用PWM整流与逆变技术来实现，其输出频率、相位等参数可设，但输出精度与分辨率不高，波形质量不理想，且硬件实现过程复杂，成本高。本文介绍的可编程交流电源以两片STM32F103ZET6处理器为控制核心，一片用于利用其内置DAC拟合波形，另一片完成反馈和人机交互等任务。作反馈时，根据实际输出和设定输出的差值，应用了数字PID算法调整输出，使得输出能够快速且稳定响应至所预设的值。用户和测试系统接口常规测试和系统集成均需求多种通信接口，以便对可编程交流电源监控和控制。该电源具有两路输出，各路输出的幅值、频率、相位差可不间断连续调整，其中频率与相位的分辨率分别可达0.05 Hz、0.25度，各次谐波成分可任意叠加，至31次。各装置之间可以级联，满足需多路输出的测试场合。