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直流穩(wěn)壓電源電路的設(shè)計(jì)范文第1篇

關(guān)鍵詞：無級(jí)；可調(diào)直流電壓源；晶振測(cè)試

中圖分類號(hào)：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2015）05-0235-02

The Design of Stepless DC Regulated Power Supply with Crystal Test

ZHENG Qi ， SHANG Dong-mei ， BAI Yun ， AN Jing-yu ， HAN Juan

（Xi'an University of Science and Technology，Engineering Training Center， Xi'an 710000， China）

Abstract： As an important part in quality-oriented education of undergraduate education practice， our school is a compulsory training course in science and engineering， electrical and electronic design in this course， with no exception of adjustable regulated power supply is used， as well as the crystal vibration tester. In order to meet the urgent needs of the electrical and electronic training courses in our school， has been developed with the test crystals stepless adjustable dc regulated power supply. This paper mainly introduces the stepless adjustable with the test crystals is main part of dc regulated power supply， working principle and application.

Key words： stepless. adjustable dc voltage source； crystal vibration test

作為理工科類大學(xué)生鍛煉動(dòng)手能力的最基礎(chǔ)的電工電子實(shí)訓(xùn)課程-電工電子設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)課程是我校面向理工類本科生的必選基礎(chǔ)實(shí)訓(xùn)課程，覆蓋面大、學(xué)生多、工作量大。提供給學(xué)生選擇及要求學(xué)生選做的多個(gè)實(shí)訓(xùn)套件需要的電源不同。為了能夠提供實(shí)訓(xùn)中不同套件的電源，需要具有可調(diào)直流電源。本文所述電源分為無級(jí)可調(diào)直流穩(wěn)壓電源及測(cè)試晶振兩個(gè)模塊。基于該實(shí)訓(xùn)課程需要的所購(gòu)的可調(diào)直流穩(wěn)壓電源成本較高，數(shù)量有限，故研制該儀器以解決現(xiàn)存問題。該帶測(cè)試晶振的無級(jí)可調(diào)直流穩(wěn)壓電源比專門的儀器相比，體積小巧，價(jià)格低廉、使用方便。晶振測(cè)試可用于51單片機(jī)12MHZ晶振的測(cè)試，市面上測(cè)試晶振的儀器比較少、且價(jià)格較高，51單片機(jī)的晶振經(jīng)測(cè)試后再焊，可避免焊上壞的導(dǎo)致不易拆除、更換。

1 帶測(cè)試晶振的無級(jí)可調(diào)直流穩(wěn)壓電源的主要性能

可調(diào)直流穩(wěn)壓電源能夠任意輸出1.3-36V以內(nèi)的直流電壓，誤差達(dá)到10%左右；實(shí)訓(xùn)所用晶振的測(cè)試誤判率5%左右。

2 電原理圖、方案及設(shè)計(jì)

2.1 無級(jí)可調(diào)直流穩(wěn)壓電源模塊

電路主要應(yīng)用了LM317。LM317是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司的三端可調(diào)正穩(wěn)壓器集成電路。其輸出電壓范圍是1.2V-37V，最大負(fù)載電流為1.5A。使用時(shí)只需外接兩個(gè)電阻即可設(shè)置輸出電壓。它的線性調(diào)整率和負(fù)載調(diào)整率比標(biāo)準(zhǔn)的穩(wěn)壓器好。LM317過載保護(hù)、輸出短路保護(hù)、安全區(qū)保護(hù)等多種保護(hù)電路。使用輸出電容能改變瞬態(tài)響應(yīng)。調(diào)整端使用濾波電容能得到比標(biāo)準(zhǔn)三端穩(wěn)壓器高得多的紋波抑制比。典型線性調(diào)整率0.01%，典型負(fù)載調(diào)整率0.1%。80dB紋波抑制比。輸出短路保護(hù)，過流、過熱保護(hù)，安全區(qū)保護(hù)。標(biāo)準(zhǔn)三端晶體管封裝。

Vout≈1.25V*（1+R3/R2）

用LM317制作可調(diào)穩(wěn)壓電源，常因電位器接觸不良使輸出電壓升高而燒毀負(fù)載。如果增加一只三極管（如下圖所示），在正常情況下，T1的基極電位為0，T1截止，對(duì)電路無影響；而當(dāng)W1接觸不良時(shí)，T1的基極電位上升，當(dāng)升至0.7V時(shí)，T1導(dǎo)通，將LM317T的調(diào)整端電壓降低，輸出電壓也降低，從而對(duì)負(fù)載起到保護(hù)作用。

2.2 晶振測(cè)試模塊

主要通過三極管和周邊元件構(gòu)成電路滿足“巴克豪森準(zhǔn)則”（即公式a），（環(huán)路增益不能太大，否則也不起振，）形成震蕩，使晶振起振，如果不起振，那么晶振就是壞的，從而鑒別晶振的好壞。

|H（jω0）|R1

2.3 儀器設(shè)備硬件設(shè)計(jì)電原理圖

2.3.1晶振測(cè)試模塊電路原理圖如圖1所示。 印制板為PCB板1。

2.3.2可調(diào)直流電壓源模塊電原理圖如圖2所示。印制板為PCB板2。

3 帶測(cè)試晶振的無級(jí)可調(diào)直流穩(wěn)壓電源的應(yīng)用及使用

3.1 帶測(cè)試晶振的無級(jí)可調(diào)直流穩(wěn)壓電源的應(yīng)用

該設(shè)備可作為需要直流電壓源套件的電源：收音機(jī)電源、門鈴電源、報(bào)警器電源、功放電源、收音機(jī)電源、51單片機(jī)電源，另外晶振測(cè)試模塊可用于51單片機(jī)晶振測(cè)試。

3.2 帶測(cè)試晶振的無級(jí)可調(diào)直流穩(wěn)壓電源的使用

輸出端正極（紅鱷魚夾）接電路正極，輸出端負(fù)極（黑鱷魚夾）接電路負(fù)極。將220V的電源線插頭插在市電插座上。打開開關(guān)1，直流電壓源指示燈（紅）亮，調(diào)節(jié)旋鈕，輸出電壓變化，其值顯示在電壓表頭上；另外，打開開關(guān)K2，測(cè)試晶振，晶振電源指示燈（紅）亮，如果晶振是好的，晶振質(zhì)量綠指示燈亮，否則綠指示燈不亮。

3.3 帶測(cè)試晶振的無級(jí)可調(diào)直流穩(wěn)壓電源的調(diào)試

調(diào)試過程：測(cè)試晶振的電源指示燈串聯(lián)的限流電阻阻值1.8K，原先過于偏低，發(fā)光二極管發(fā)燙，經(jīng)過多次試驗(yàn)最終選定合適值為5.1K；無級(jí)可調(diào)直流電壓源原先設(shè)計(jì)的可調(diào)電位器（用于調(diào)節(jié)輸出電壓）為4.7K，電壓輸出偏低，經(jīng)過調(diào)試，最終確定為6.8K，電壓輸出符合要求；LM317選用鐵殼封裝，否則溫度過高容易高溫?fù)p壞。

參考文獻(xiàn)：

[1] 姜愛婷，楊毅，楊靜. 高頻開關(guān)直流屏的設(shè)計(jì)[J]. 山東工業(yè)技術(shù)，2013（12）：41-38.

直流穩(wěn)壓電源電路的設(shè)計(jì)范文第2篇

【關(guān)鍵詞】開關(guān)型 直流穩(wěn)壓電源 探究 電路設(shè)計(jì)

【中圖分類號(hào)】G64 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2016）04-0163-02

在電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展與技術(shù)革新下，開關(guān)型直流穩(wěn)壓電源以其自身的工作表現(xiàn)與其可靠性成為我國(guó)電力系統(tǒng)中廣泛使用的一種設(shè)備。在實(shí)際應(yīng)用中，開關(guān)型直流穩(wěn)壓電源自重輕，工作內(nèi)故障低，工作效率高，且其性價(jià)比占優(yōu)勢(shì)，并具有功耗曉得良好表現(xiàn)。相比于其他開關(guān)型電源，開關(guān)型穩(wěn)壓電源應(yīng)用范圍廣，競(jìng)爭(zhēng)力強(qiáng)，特別是對(duì)于粒子加速器等電源應(yīng)用范圍來說，開關(guān)型穩(wěn)壓電源具有著良好的專業(yè)性與穩(wěn)定性。通過對(duì)于開關(guān)型穩(wěn)壓電源的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)研讀與相關(guān)的影響因素分析，目前此類技術(shù)研究區(qū)域人員都是采用移相控制橋來對(duì)DC/DC變換小信號(hào)模式進(jìn)行開關(guān)型穩(wěn)壓電源的電路設(shè)計(jì)。

1.對(duì)于動(dòng)態(tài)小信號(hào)模型的相關(guān)闡述

對(duì)于動(dòng)態(tài)小信號(hào)模型來說，不同的模型選取進(jìn)而得到的設(shè)計(jì)結(jié)果都會(huì)存在差異。所以，在模型的選取上，應(yīng)根據(jù)其實(shí)際情況進(jìn)行分析與配置。對(duì)于開關(guān)電源來說，其本質(zhì)是作為一個(gè)非線性的控制對(duì)象在進(jìn)行工作，如果要對(duì)其進(jìn)行成功的設(shè)計(jì)與分析，那么在進(jìn)行指導(dǎo)建模時(shí)，應(yīng)以近似建立在其穩(wěn)態(tài)時(shí)的小信號(hào)擾動(dòng)模型為依據(jù)。這一思路一方面取決于小信號(hào)擾動(dòng)模式穩(wěn)態(tài)時(shí)具有與設(shè)計(jì)目標(biāo)相近的工作表現(xiàn)；另一方面也是由于這樣的模型對(duì)于大范圍擾動(dòng)時(shí)的擬態(tài)不夠精準(zhǔn)，會(huì)造成相應(yīng)結(jié)論的誤差或偏差。基于此，以小信號(hào)擾動(dòng)模型來進(jìn)行開關(guān)型穩(wěn)壓電源的電路設(shè)計(jì)是保證其最終設(shè)計(jì)結(jié)果滿足設(shè)計(jì)要求的必要條件。

2.開關(guān)型穩(wěn)壓電源的相關(guān)性能指標(biāo)

2.1性能指標(biāo)之穩(wěn)定性。通過相關(guān)數(shù)據(jù)與實(shí)踐結(jié)果研究表明，在不同的開關(guān)型穩(wěn)壓電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)下，會(huì)產(chǎn)生不同程度的魯棒性。而在暫態(tài)特性方面，其表現(xiàn)也會(huì)相應(yīng)提高。但對(duì)于直流新穩(wěn)壓電源來說，其系統(tǒng)下對(duì)于增益余量的要求是大于或等于40dB，對(duì)于相位余量的要求則是大于或等于30dB。

2.2性能指標(biāo)之瞬間響應(yīng)指標(biāo)。當(dāng)開關(guān)電源處于非穩(wěn)定狀態(tài)下，由于其所受的干擾，輸出量會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的抖動(dòng)現(xiàn)象。且其抖動(dòng)量會(huì)隨著其干擾而變化，當(dāng)干擾停止時(shí)，則其最終也會(huì)回到穩(wěn)定值，基于此，在對(duì)開關(guān)型穩(wěn)壓電源進(jìn)行這方面的性能指標(biāo)確定時(shí)，是以過沖幅度與動(dòng)態(tài)恢復(fù)時(shí)間的長(zhǎng)短來衡量其系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性的。在此定義下，瞬態(tài)響應(yīng)指標(biāo)內(nèi)容主要是表現(xiàn)為，如果穿越頻率越高，則其系統(tǒng)恢復(fù)到動(dòng)態(tài)平衡點(diǎn)的時(shí)間就越短，另一方面，系統(tǒng)在干擾情況下所表現(xiàn)的過沖幅度與其相位余量呈相關(guān)性。

2.3性能指標(biāo)之電源精度。在電源精度方面，其控制要求嚴(yán)格，一般其最終的電源精度誤差需要控制在設(shè)計(jì)目標(biāo)的1‰以下，且其紋波不得在1‰以上。考慮到紋波自身的分類有高頻與低頻兩種，而這兩種紋波是基于開頭頻率表現(xiàn)的。如高頻紋波就是受到開頭頻率的影響，必須通過濾波器進(jìn)行控制。而低頻紋波則是受到電網(wǎng)波動(dòng)的影響，必須通過系統(tǒng)的負(fù)反饋來進(jìn)行控制。

3.關(guān)于開關(guān)型穩(wěn)壓電源的電路設(shè)計(jì)

3.1關(guān)于系統(tǒng)下的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)與相關(guān)相關(guān)設(shè)計(jì)應(yīng)用。目前來說，對(duì)于開關(guān)型直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)來說，其補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)是通過PI或者PID的算法來設(shè)計(jì)與制作的。也就是說，PI調(diào)節(jié)器的主要作用是對(duì)抗高頻紋波影響，也就是提高系統(tǒng)對(duì)于高頻干擾能力的抵抗性，但對(duì)于PI調(diào)節(jié)器來說，動(dòng)態(tài)性差的缺點(diǎn)是無法忽視的。目前來說，實(shí)際應(yīng)用中通過引入微分算法后可以有效提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度。但其缺點(diǎn)也顯而易見：一方面是由于零點(diǎn)的大量引入直接造成系統(tǒng)對(duì)于高頻信號(hào)的敏感度大幅度提高，放大器在此情況下，很容易產(chǎn)生堵塞現(xiàn)象；另一方面則是當(dāng)開關(guān)紋波的放大倍數(shù)得到增大時(shí)，放大器也會(huì)隨之進(jìn)入非線性區(qū)，這結(jié)果只會(huì)造成整個(gè)系統(tǒng)的不穩(wěn)定。目前來說，對(duì)于這些缺陷是以超前滯后的方法來進(jìn)行補(bǔ)償?shù)摹?/p>

3.2關(guān)于開關(guān)型穩(wěn)壓電源的電路設(shè)計(jì)原理

3.2.1理想性技術(shù)指標(biāo)如下：（1）輸入交流：電壓220V（50―60Hz）；（2）輸出直流：電壓5V，輸出電流3A；輸入交流電壓在180―250V區(qū)間變化時(shí)，輸出電壓相對(duì)變化量應(yīng)小于2%；（4）輸出電阻R0

3.2.2關(guān)于開關(guān)型穩(wěn)壓電源的基本工作原理。當(dāng)線性自流穩(wěn)壓電源處于低頻率工作狀態(tài)下時(shí)，那么調(diào)整管的工作由于其體積大，則其效率相應(yīng)低，但當(dāng)其調(diào)整管工作處于開關(guān)狀態(tài)下時(shí)，那么其的工作表現(xiàn)就為體積小，效率高。

3.3開關(guān)型穩(wěn)壓電源的電路設(shè)計(jì)探究。從以上論述可以看出，開關(guān)型直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)其低功耗的特點(diǎn)是由于晶體管位于開關(guān)工作狀態(tài)下時(shí)，對(duì)于功率調(diào)整管的功耗要求低。特別是對(duì)于理想狀態(tài)下的晶體管來說，當(dāng)其處于一種截止?fàn)顟B(tài)時(shí)，晶體管所經(jīng)過的電流為0，相應(yīng)的功耗也就為0；另一方面，由于開關(guān)型穩(wěn)壓電源系統(tǒng)的穿越頻率較高，所以對(duì)于電路的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度得以提高，而且整個(gè)系統(tǒng)的響應(yīng)速度不受低通濾波器的影響；另外，相對(duì)于直流470V的電壓來說，并環(huán)穿越頻率遠(yuǎn)未達(dá)到這一頻率，輸出只為48V，特別是其電壓穩(wěn)定性方式，經(jīng)過測(cè)試，其低頻紋波穩(wěn)定率都在0.996以上，完全滿足了設(shè)計(jì)要求。

4.結(jié)語

綜上所述，在進(jìn)行開關(guān)型穩(wěn)壓電源的電路設(shè)計(jì)時(shí)，小信號(hào)的模型選擇是關(guān)鍵點(diǎn)。為了進(jìn)一步提高開關(guān)型穩(wěn)壓電源系統(tǒng)的穩(wěn)定性，超前滯后網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)償原理有效地彌補(bǔ)了精度電源的紋波限制高的問題。通過實(shí)踐也表明，開關(guān)型穩(wěn)壓電源的適用性非常強(qiáng)，必將為人們生活提供更好的服務(wù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]湯世俊.淺談高性能開關(guān)型直流穩(wěn)壓電源[J].學(xué)術(shù)探討，2011，（10）.

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[3]王滔.開關(guān)型穩(wěn)壓電源[J].科技風(fēng)，2012，（11）.

直流穩(wěn)壓電源電路的設(shè)計(jì)范文第3篇

【關(guān)鍵詞】電子 線路實(shí)驗(yàn) 分析

一、電源的應(yīng)用背景

電源可分為交流電源和直流電源，它是任何電子設(shè)備都不可缺少的組成部分。交流電源一般為220V、50HZ電源，但許多家用電器設(shè)備的內(nèi)部電路都要采用直流電源作為供電電源，如收音機(jī)、電視機(jī)、帶微控制處理的家電設(shè)備等都離不開這種電源。直流電源又分為兩種：一類是能直接供給直流電流或直流電壓，如電池、蓄電池、太陽(yáng)能電池、硅光電池、生物電池等；另一類是將交流電變換成所需的穩(wěn)定的直流電流或電壓，這類變換電路統(tǒng)稱為直流穩(wěn)壓電路。現(xiàn)在所使用的大多數(shù)電子設(shè)備中，幾乎都必須用到直流穩(wěn)壓電源來使其正常工作。220V、50HZ的單向交流電源變壓器降壓后，再經(jīng)過整流濾波可獲得低電壓小功率直流電源。然而，由于電網(wǎng)電壓可以有+10%變化。為此必須將整流濾波后的直流電壓由穩(wěn)壓電路穩(wěn)定后再提供給負(fù)載，使負(fù)載上直流電源電壓受上述因素的影響程度達(dá)到最小。直流電源電壓系統(tǒng)一般有四部分組成，他們分別是電源變壓器、整流電路，濾波電路、穩(wěn)壓電路。

二、總體設(shè)計(jì)

（一）設(shè)計(jì)的目的和任務(wù)

1、設(shè)計(jì)目的

（1）了解整流、電容濾波電路的工作原理；（2）掌握集晶體管穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)方法；（3）掌握仿真軟件EWB使用方法；（4）掌握穩(wěn)壓電源參數(shù)測(cè)試方法。

2、設(shè)計(jì)任務(wù)

（1）穩(wěn)壓電源的主要技術(shù)指標(biāo)：① 電網(wǎng)供給的交流電壓為220V，50Hz；② 輸出電壓為6～12V；③ 輸出電阻《0.4Ω；④ 最大允許輸出電流2A； ⑤ 穩(wěn)壓系數(shù)S《8*10-?；⑥ 輸出紋波電壓《10mv（當(dāng)Io=2A）；⑦ 具有限流保護(hù)功能，輸出短路電流

（2）設(shè)計(jì)要求：① 根據(jù)設(shè)計(jì)要求確定直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)方案，計(jì)算和選取元件參數(shù)。② 完成各單元電路和總體電路的設(shè)計(jì)，并用計(jì)算機(jī)繪制電路圖。③ 完成電路的安裝、調(diào)試、使作品能達(dá)到預(yù)期的技術(shù)指標(biāo)。④ 給出測(cè)試各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的方法，撰寫測(cè)試報(bào)告。

（二）設(shè)計(jì)原理

1.設(shè)計(jì)原理

電子線路在多數(shù)情況下需要用直流電源供電，而電力部門所提供的電源為220V、50HZ交流電，故應(yīng)首先經(jīng)過變壓，整流，然后在經(jīng)過濾波，和穩(wěn)壓，才能夠獲得穩(wěn)定的直流電穩(wěn)壓電路穩(wěn)定后再提供給負(fù)載，框圖如下：

2.串聯(lián)型晶體管穩(wěn)壓電路

晶體管串聯(lián)穩(wěn)壓電源的組成，220V交流市電經(jīng)過變壓，整流，濾波后得到的是脈動(dòng)直流電壓Vi，他隨市電的變化或直流負(fù)載的變化而變化，所以，Vi是不穩(wěn)定的直流電壓，為此，必須增加穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓電路取樣電路，比較電路，基準(zhǔn)并電壓，和調(diào)整元件等部分組成

（三）總體設(shè)計(jì)方案

1.變壓環(huán)節(jié)

通電為電壓220V，頻率為50Hz，為了保證后面可調(diào)范圍為6～12V，選擇初次級(jí)線圈匝數(shù)比為2000：141的pq4-10

2.整流、濾波環(huán)節(jié)

實(shí)驗(yàn)選擇4個(gè)IN4002的二極管作為整流電路

因?yàn)槭须婎l率是50Hz為低頻電路，選擇RC濾波電路。本實(shí)驗(yàn)選擇的電容為1200μF

3.穩(wěn)壓環(huán)節(jié)

（1）調(diào)整元件。作為一個(gè)理想的電源，其內(nèi)阻應(yīng)該盡量小才能保證具有穩(wěn)壓的效果，根據(jù)晶體管放大器的知識(shí)可知：共集電極電路的輸出阻抗最小。所以選擇共集電極電路來實(shí)現(xiàn)，且盡量選擇β值較大的晶體管，但是后來會(huì)發(fā)現(xiàn)并不是如此。由于電流和功耗等的影響，所以最好采用復(fù)合管來實(shí)現(xiàn)該要求，且有一個(gè)大功率管就可，本實(shí)驗(yàn)該電路選擇的晶體管型號(hào)為2N3414（早期電壓為51V，測(cè)試前高電流拐點(diǎn)為4.6A，功率很大），其它兩管為小功率管MRF9011

（2）取樣電路。這部分由兩個(gè)電阻和電位器來實(shí)現(xiàn)，通過調(diào)整電位器的使輸出電壓的可調(diào)范圍從6V到12V。

4.參數(shù)計(jì)算

輸出電壓 V0=5.982～12.15V

最大輸出電流2A

R0計(jì)算：Ro=ΔVo/ΔIo*Vo

RL=50 Vo=7.177V，Io=143.5mA

RL=100 Vo=7.181V，Io=71.82mA

R0=0.35

穩(wěn)壓系數(shù)：s=0.038

Ro=ΔVo/ΔIo*Vi/V0

當(dāng)vi=23.16v時(shí)候，v0=7.176

當(dāng)vi=20.86v時(shí)候，v0=7.146

通過計(jì)算可得S=0.038

符合要求

紋波電壓20.1mv

輸出電流=3.016A

三、結(jié)束語

通過這次課程設(shè)計(jì)，我對(duì)于模電知識(shí)有了更深的了解，尤其是對(duì)串聯(lián)直流穩(wěn)壓電源方面的知識(shí)有了進(jìn)一步的研究。在電路的仿真過程中也提升了我的動(dòng)手能力，實(shí)踐能力得到了一定的鍛煉，加深了對(duì)模擬電路設(shè)計(jì)方面的興趣，理論與實(shí)踐得到了很好的結(jié)合，加深自己對(duì)實(shí)用價(jià)值和理論的統(tǒng)一的了解，但對(duì)于理論和實(shí)際應(yīng)用的統(tǒng)一和對(duì)于器件在實(shí)際中的使用還有很大的不足，不能在使用器件時(shí)選擇合適的參數(shù)的器件，不能根據(jù)器件的編號(hào)知道器件的基本功能。在這方面需要很大的提高。

直流穩(wěn)壓電源電路的設(shè)計(jì)范文第4篇

[關(guān)鍵詞]單片機(jī) 直流穩(wěn)壓源 智能化電源 閉環(huán)控制

[中圖分類號(hào)]TM[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A[文章編號(hào)]1007-9416(2010)03-0034-02

直流穩(wěn)壓電源作為電氣設(shè)備及其控制系統(tǒng)的主要電源系統(tǒng),在實(shí)際生活中被廣泛的應(yīng)用于電力電子教學(xué)、電氣設(shè)備開發(fā)研究等工程領(lǐng)域。傳統(tǒng)直流穩(wěn)壓電源由于受技術(shù)條件的影響,普遍存在功能簡(jiǎn)單、調(diào)節(jié)誤差大、干擾大、接線復(fù)雜、體積大等問題。傳統(tǒng)直流穩(wěn)壓電源對(duì)輸出電壓通常采用粗調(diào)的方式來完成,調(diào)節(jié)精度不高,當(dāng)需要輸出電壓在一個(gè)很小范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí),傳統(tǒng)的直流穩(wěn)壓電源就難以辦到,嚴(yán)重影響了穩(wěn)壓電源的使用范圍。基于單片機(jī)的智能高精度直流穩(wěn)壓電源,結(jié)合了最先進(jìn)的單片機(jī)控制技術(shù)采用高性能基準(zhǔn)穩(wěn)壓電力電子元件,穩(wěn)壓調(diào)壓精度高而且抗干擾能力強(qiáng),克服了傳統(tǒng)直流穩(wěn)壓源的缺點(diǎn)。同時(shí)整個(gè)控制系統(tǒng)具有完善的保護(hù)電路,大大提高了設(shè)備的使用壽命。隨著電力電子技術(shù)的成熟,單片機(jī)價(jià)格越來越經(jīng)濟(jì),且集成度相當(dāng)高,大大減少了直流電源系統(tǒng)開發(fā)成本,具有明顯的工程實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

單片機(jī)控制的直流穩(wěn)壓電源以AT89S52單片機(jī)作為整機(jī)的核心控制單元,經(jīng)過調(diào)節(jié)AD7543的輸入電壓數(shù)字量來控制系統(tǒng)的輸出電壓,本系統(tǒng)具有可預(yù)置電壓和步進(jìn)調(diào)節(jié)電壓的特性,而且整個(gè)電壓調(diào)節(jié)步進(jìn)值達(dá)到0.1V的小范圍。此系統(tǒng)具有自我檢測(cè)功能、短路保護(hù)等故障處理技術(shù)。整個(gè)系統(tǒng)的工作原理框圖如圖1所示。

從圖1可以看出,整個(gè)系統(tǒng)包含變壓整流單元、鍵盤預(yù)設(shè)電壓?jiǎn)卧V波電路單元、電流檢測(cè)短路保護(hù)單元、電壓反饋單元等多個(gè)部分組成。為了使系統(tǒng)能夠具備自動(dòng)采樣檢測(cè)實(shí)際輸出電壓值的大小,可以通過電壓取樣及電壓調(diào)節(jié)回路,實(shí)時(shí)對(duì)電壓進(jìn)行采樣,并經(jīng)過相應(yīng)的比較放大電路直接控制單片機(jī)內(nèi)部系統(tǒng)程序進(jìn)行相應(yīng)的電壓調(diào)節(jié),保障輸出直流電壓的穩(wěn)定,然后經(jīng)過八段式數(shù)碼顯示管進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及顯示相應(yīng)的系統(tǒng)輸出電壓值。單片機(jī)在得到電壓取樣數(shù)據(jù)后,通過數(shù)字信號(hào)處理中心,獲得相應(yīng)的控制策略,可以通過兩個(gè)驅(qū)動(dòng)電路,對(duì)不同的輸出電壓值采取不同的控制策略。當(dāng)電流檢測(cè)回路發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中電流過大時(shí),就直接將信息反饋給驅(qū)動(dòng)電路和單片機(jī)系統(tǒng),控制電路調(diào)整進(jìn)行自動(dòng)短路保護(hù)。利用單片機(jī)為核心處理控制器的穩(wěn)壓電源系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案比較靈活,合理利用軟件編程控制方法來解決電壓值的預(yù)置以及輸出電壓的步進(jìn)控制,比傳統(tǒng)滑檔控制更加精確可靠。由于單片機(jī)是一種電子產(chǎn)品的集成系統(tǒng),可以大大地減少直流電壓源系統(tǒng)內(nèi)部的硬件回路,且采用較為先進(jìn)的電子器件,系統(tǒng)的相應(yīng)時(shí)間和誤差都在有效的控制范圍,大大擴(kuò)大了穩(wěn)壓電壓源的使用范圍,在穩(wěn)壓源系統(tǒng)中得到了廣泛的推廣。

1.2 數(shù)控部分

單片機(jī)AT89S52作為整個(gè)穩(wěn)壓系統(tǒng)的控制核心主要完成電壓輸出值的采樣判斷、鍵盤電壓預(yù)設(shè)控制、控制驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行電壓調(diào)節(jié)、輸出電壓值數(shù)字顯示、系統(tǒng)短路自動(dòng)檢測(cè)保護(hù)及其他輔助功能。

為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的人機(jī)對(duì)話功能,本系統(tǒng)采用10個(gè)數(shù)字電壓預(yù)設(shè)按鍵和兩個(gè)步進(jìn)(“+”,“-”)按鍵,為了避免有些其他未考慮功能按鍵的使用,最終選用具有16按鍵的輸入鍵盤實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的人機(jī)交互控制電路。輸出電壓值顯示部分采用8位8段式LED數(shù)碼管,數(shù)顯LED管現(xiàn)在已經(jīng)很成熟,易于同其他設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,可以直接與單片機(jī)輸出相連。但是本系統(tǒng)單片機(jī)作為系統(tǒng)控制核心,數(shù)顯單元只是單片機(jī)控制的一個(gè)點(diǎn),且單片機(jī)I/O端口總數(shù)目有限,必須采用擴(kuò)展電路來控制數(shù)顯部分,因此為了優(yōu)化系統(tǒng),采用一片8155作為單片機(jī)系統(tǒng)的外部擴(kuò)展接口電路,實(shí)現(xiàn)16個(gè)鍵盤的通信接口與LED數(shù)顯的通信接口。鍵盤及數(shù)顯接口單片機(jī)擴(kuò)展電路如圖2所示。

1.3 電壓取樣及電壓調(diào)節(jié)

為了提高輸出電壓的精度,保證電源穩(wěn)定運(yùn)行,利用電壓取樣單元對(duì)電源輸出電壓進(jìn)行檢測(cè),得到一個(gè)電壓信號(hào)的反饋電壓。為了提高單片機(jī)控制系統(tǒng)的整體精度和靈敏度,將采樣數(shù)據(jù)經(jīng)過比較放大電路,利用一級(jí)運(yùn)算放大器將采樣電壓進(jìn)行放大,再送給單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理。

1.4 電源方案

采用78系列三端穩(wěn)壓器件作為控制核心單片機(jī)及系統(tǒng)各功能芯片的動(dòng)力源,通過輸入電源的全波整流,獲得可靠的穩(wěn)壓供電電源。

1.5 過流報(bào)警功能

為了提高單片機(jī)控制系統(tǒng)的安全可靠性,提高單片機(jī)數(shù)控直流電壓源的人性化服務(wù)。利用電流檢測(cè)回路檢測(cè)系統(tǒng)中的電流值,當(dāng)電流大于系統(tǒng)設(shè)定值時(shí),通過單片機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)保護(hù)跳閘,實(shí)現(xiàn)保護(hù)貴重電氣設(shè)備的功能,并可以通過相應(yīng)的蜂鳴器報(bào)警,提醒工作人員對(duì)相應(yīng)的設(shè)備進(jìn)行檢查看修。

2 軟件設(shè)計(jì)

在實(shí)際硬件電路搭配完成后,為了有效地減小紋波電壓,保證供電可靠性,本系統(tǒng)采用軟件編程方法實(shí)現(xiàn)去峰值數(shù)值濾波,以減小外界環(huán)境干擾對(duì)輸出電壓的影響,數(shù)據(jù)取樣分析判斷是整個(gè)濾波系統(tǒng)的中心部分,取樣的準(zhǔn)確性與否直接影響系統(tǒng)的整體控制。為了保證取樣的可靠性,在整個(gè)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)中設(shè)置了電壓采樣主程序和鍵盤輸入中斷子程序,相應(yīng)的流程圖見圖3和圖4所示:

程序運(yùn)行后,單片機(jī)系統(tǒng)就自動(dòng)開始檢測(cè)是否有鍵按下,若有鍵盤觸發(fā)脈沖,則進(jìn)入電壓預(yù)設(shè)按鍵功能程序。LED數(shù)碼管顯示部分就開始自動(dòng)動(dòng)態(tài)定時(shí)掃描數(shù)據(jù),達(dá)到系統(tǒng)CPU資源得到充分利用。單片機(jī)系統(tǒng)不斷通過取樣電路采集系統(tǒng)輸出電壓數(shù)據(jù),經(jīng)過比較放大和相關(guān)分析判斷,然后通過單片機(jī)系統(tǒng)發(fā)出增減命令對(duì)實(shí)際輸出電壓進(jìn)行相應(yīng)的校正,控制輸出電壓源保持電壓恒定。

3 數(shù)據(jù)分析

把系統(tǒng)相關(guān)的硬件和軟件設(shè)定完成后,對(duì)裝置進(jìn)行相應(yīng)的檢測(cè),其檢測(cè)結(jié)果數(shù)據(jù)如表1所示:

從表1中可以看出,基于單片機(jī)的直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)可以有效的保障輸出電壓的穩(wěn)定,系統(tǒng)整體誤差在10-2量綱級(jí)內(nèi),誤差相當(dāng)小,完全滿足穩(wěn)壓電源的要求。

4 結(jié)語

以AT89S52單片機(jī)為核心設(shè)計(jì)的一種智能穩(wěn)壓電壓源系統(tǒng),有效保證電氣設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。系統(tǒng)輸出電壓采用數(shù)顯和鍵盤輸入控制,提高了電源的人性化服務(wù)。基于AT89S52單片機(jī)的一種穩(wěn)壓電壓源系統(tǒng)系統(tǒng)集成度高、可靠性強(qiáng)、具有自我故障檢測(cè)保護(hù)功能,具有良好的實(shí)用價(jià)值。

[參考文獻(xiàn)]

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[4] 陳偉杰,張虹.基于混合最優(yōu)算法的高精度數(shù)控直流電源設(shè)計(jì)[J].中國(guó)集成電路,2008,8(06):48-52.

直流穩(wěn)壓電源電路的設(shè)計(jì)范文第5篇

【關(guān)鍵詞】穩(wěn)壓電源；斬波電路；單片機(jī)；PWM；IGBT

直流穩(wěn)壓電源是一種常見的電子設(shè)備，被廣泛的應(yīng)用與各個(gè)領(lǐng)域。目前市面上使用的直流電源大部分是線性電源，而線性直流穩(wěn)壓電源由分立器件組成，存在體積大、效率低、可靠性差、操作不便、故障率高等缺點(diǎn)。隨著電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，各種電子設(shè)備對(duì)電源性能的要求越來越高。穩(wěn)壓電源日益朝著小型化、高效率、模塊化、智能化方向發(fā)展。

本文介紹了一種以單片機(jī)系統(tǒng)為核心的新型可調(diào)直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)，他主要由斬波電路和AT89S52單片機(jī)控制系統(tǒng)構(gòu)成。它具有體積小、重量輕（體積和重量只有線性電源的20～30%）、效率高（一般為60～70%，而線性電源只有30～40%）、自身抗干擾性強(qiáng)、輸出電壓范圍寬、模塊化等優(yōu)點(diǎn)。而且價(jià)格低廉，操作簡(jiǎn)單。具有較高的應(yīng)用價(jià)值。

1.系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)由兩部分組成，即主電路和控制電路。如圖1 所示，主電路由整流濾波電路、IGBT斬波電路、濾波電路組成；控制電路由控制電源、AT89S52單片機(jī)系統(tǒng)、IGBT驅(qū)動(dòng)電路、ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、8279鍵盤顯示電路、檢測(cè)保護(hù)電路組成。

主電路中整流濾波電路采用常用的三相橋不可控整流器，將電網(wǎng)的三相交流電壓轉(zhuǎn)換成直流，再經(jīng)電容濾波得到平滑的直流電壓。穩(wěn)壓電路是由大功率器件IGBT實(shí)現(xiàn)的降壓斬波電路。

控制電路以AT89S52單片機(jī)為邏輯控制器，用于控制邏輯的實(shí)現(xiàn)。鍵盤和顯示電路作為人機(jī)交互，用于顯示和設(shè)定系統(tǒng)數(shù)據(jù)。ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換電路將系統(tǒng)實(shí)時(shí)電壓反饋給單片機(jī)，由單片機(jī)進(jìn)行處理。檢測(cè)保護(hù)電路的作用是保護(hù)ADC0809檢測(cè)電路，由于系統(tǒng)輸出電壓較高，不能直接接入ADC0809檢測(cè)電路，需要通過檢測(cè)保護(hù)電路將系統(tǒng)輸出電壓轉(zhuǎn)換到ADC0809能夠檢測(cè)的范圍才能接入電壓檢測(cè)電路。

2.控制電路設(shè)計(jì)

2.1 控制系統(tǒng)的核心—AT89S52

AT89S52作為該系統(tǒng)的核心，其主要作用為產(chǎn)生并輸出PWM波，他根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定電壓，調(diào)整PWM波的占空比，PWM波作為IGBT驅(qū)動(dòng)電路的輸入信號(hào)，從而調(diào)整輸出電壓，通過ADC轉(zhuǎn)換電路獲得實(shí)際輸出電壓，并與系統(tǒng)反饋的電壓值進(jìn)行比較，對(duì)占空比進(jìn)行微調(diào)，是系統(tǒng)達(dá)到所需的輸出電壓。另外，它還用于鍵盤數(shù)據(jù)的讀取和顯示數(shù)據(jù)的刷新。

2.2 人機(jī)交互——鍵盤顯示電路設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了鍵盤和數(shù)碼管顯示功能，用于設(shè)定和顯示系統(tǒng)數(shù)據(jù)。鍵盤和數(shù)碼管采用儀表中常用的驅(qū)動(dòng)芯片8279進(jìn)行控制。8270芯片為一種可編程鍵盤與顯示接口芯片，該芯片編程簡(jiǎn)單，能夠自動(dòng)掃描，并且與單片機(jī)接口方便，已經(jīng)成為設(shè)計(jì)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的優(yōu)選器件之一。以8279為控制芯片的鍵盤和數(shù)碼管顯示電路如圖2 所示，鑒于本系統(tǒng)所需顯示和設(shè)定的數(shù)值較少，故采用4個(gè)8段數(shù)碼管來顯示系統(tǒng)數(shù)據(jù)。鍵盤為4X4掃描式鍵盤，16個(gè)按鍵中，10個(gè)按鍵為0～9的數(shù)字按鍵，另外6個(gè)按鍵為功能選擇和設(shè)定按鍵。

8279以A0來區(qū)分信息特征，當(dāng)A0=0時(shí)，單片機(jī)讀出為數(shù)據(jù)；當(dāng)A0=1時(shí)，單片機(jī)讀出數(shù)據(jù)位芯片狀態(tài)字，寫入數(shù)據(jù)為控制命令。8279內(nèi)部有兩個(gè)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，即一個(gè)16字節(jié)的顯示數(shù)據(jù)緩沖區(qū)和一個(gè)8字節(jié)的鍵盤數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，顯示數(shù)據(jù)時(shí)，只需要將需要顯示的數(shù)據(jù)寫入顯示緩沖區(qū)即可。當(dāng)有按鈕閉合時(shí)，8279會(huì)自動(dòng)去抖，并掃描鍵值，最后將鍵值存入鍵盤數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，單片機(jī)只需要從數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中讀取數(shù)據(jù)即可得到鍵值，編程簡(jiǎn)單。

2.3 ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)

ADC0809是較為常用的一款逐次逼近式A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，它是帶有微處理機(jī)兼容的控制邏輯的CMOS組件，具有8位A/D轉(zhuǎn)換器和8路多路開關(guān)，可以和單片機(jī)直接接口。ADC0809的組成包括：

一個(gè)8路模擬開關(guān)；

一個(gè)地址鎖存與譯碼器；

一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器；

一個(gè)三態(tài)輸出鎖存器。

多路開關(guān)可分時(shí)選通8個(gè)模擬通道，芯片允許8路模擬量分時(shí)輸入，共用A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存A/D轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，OE為低電平時(shí)，說明A/D轉(zhuǎn)換器正在進(jìn)行模擬量的轉(zhuǎn)換，只有當(dāng)OE端為高電平時(shí)，鎖存器讀取轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。

2.4 IGBT驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)

日本富士公司推出的厚膜驅(qū)動(dòng)集成電路EXB841是專門的IGBT驅(qū)動(dòng)芯片，適合驅(qū)動(dòng)1200V/300A 以下的IGBT模塊。EXB841為高速型驅(qū)動(dòng)模塊，具有隔離強(qiáng)度高、反應(yīng)速度快、能夠過流保護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，市場(chǎng)占有率較高。該驅(qū)動(dòng)電路如圖3所示，EXB841的15引腳外加PWM控制信號(hào)，當(dāng)觸發(fā)脈沖信號(hào)施加于14和15引腳時(shí)，在GE兩端產(chǎn)生約16V的IGBT開通電壓；當(dāng)觸發(fā)控制脈沖撤銷時(shí)，在GE兩端產(chǎn)生-5.1V的IGBT關(guān)斷電壓。

3.系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

整個(gè)系統(tǒng)程序采用模塊化設(shè)計(jì)方法，主要包括系統(tǒng)初始化模塊、模擬電壓讀取模塊、顯示模塊、按鍵處理模塊、PWM脈寬調(diào)制模塊和看門狗模塊等。

看門狗模塊分為初始化子程序和喂狗子程序兩部分，初始化子程序用于啟用看門狗功能和初始化看門狗定時(shí)器，本系統(tǒng)設(shè)看門狗定時(shí)器時(shí)間為2S，若2S時(shí)間內(nèi)，沒有執(zhí)行喂狗程序，則看門狗電路發(fā)出復(fù)位信號(hào)，系統(tǒng)程序自動(dòng)復(fù)位。

開機(jī)后，首先調(diào)用初始化子程序，初始化系統(tǒng)，此時(shí)系統(tǒng)按照默認(rèn)參數(shù)，計(jì)算PWM占空比，并由定時(shí)器0和定時(shí)器1生成1KHZ的PWM波，由P2.3輸出。由定時(shí)器2產(chǎn)生一個(gè)10MS的定時(shí)器中斷，中斷程序中讀取實(shí)際電壓，然后與設(shè)定電壓比較，根據(jù)誤差調(diào)整PWM波的占空比，使實(shí)際值逐漸趨近設(shè)定值。然后刷新輸出，由數(shù)碼管顯示系統(tǒng)實(shí)時(shí)電壓。

當(dāng)有按鍵按下時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)入外部中斷子程序，此時(shí)在外部中斷子程序中調(diào)用按鍵處理子程序，來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)電壓值的設(shè)定。

PWM波的調(diào)制程序是系統(tǒng)軟件的關(guān)鍵所在，它的功能好壞直接影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。它由定時(shí)器0和定時(shí)器1通過中斷生成。定時(shí)器0和定時(shí)器1都工作在定時(shí)方式1，定時(shí)時(shí)間到出發(fā)相應(yīng)中斷。由定時(shí)器1控制PWM波周期，定時(shí)器0控制PWM波的占空比。當(dāng)定時(shí)器1產(chǎn)生中斷時(shí)，置位PWM輸出口P2.3，同時(shí)啟動(dòng)定時(shí)器0。當(dāng)定時(shí)器0中斷發(fā)生時(shí)，中斷程序復(fù)位P2.3，同時(shí)關(guān)閉定時(shí)器0。這樣只需要調(diào)整定時(shí)器0的定時(shí)時(shí)間即可調(diào)整PWM波形的占空比。

定時(shí)器2產(chǎn)生一個(gè)10MS的中斷，該中斷程序用于調(diào)整PWM波的占空比，其流程圖如圖5所示，首先讀取實(shí)際電壓，然后與設(shè)定電壓作比較，根據(jù)誤差改變定時(shí)器0的定時(shí)時(shí)間，調(diào)整公式如下：

其中：為本次中斷定時(shí)器0的初始設(shè)定值；

為上次中斷時(shí)0的初始設(shè)定值；

為比例系數(shù)；

為設(shè)定電壓與反饋電壓的差值。

經(jīng)過實(shí)際調(diào)試，當(dāng)k取1.5時(shí)，系統(tǒng)能夠達(dá)到較好的穩(wěn)壓效果。

4.結(jié)束語

通過系統(tǒng)調(diào)試，程序沒有出現(xiàn)錯(cuò)誤，得到的輸出電壓穩(wěn)定可靠，采用鍵盤和數(shù)碼管顯示作為人機(jī)交互，操作簡(jiǎn)單方便，智能化相對(duì)來說比較高。用戶反映良好。

基于單片機(jī)控制的直流穩(wěn)壓電源采用了先進(jìn)的單片機(jī)控制技術(shù)、完善的保護(hù)電路及專用高性能基準(zhǔn)穩(wěn)壓源元件，具有穩(wěn)壓精度高、紋波干擾小、安全可靠等特性，故可廣泛應(yīng)用于國(guó)防、科技、生產(chǎn)等領(lǐng)域。

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