直流穩壓電源電路的設計

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直流穩壓電源電路的設計范文第1篇

關鍵詞：無級；可調直流電壓源；晶振測試

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A 文章編號：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

作為理工科類大學生鍛煉動手能力的最基礎的電工電子實訓課程-電工電子設計實訓課程是我校面向理工類本科生的必選基礎實訓課程，覆蓋面大、學生多、工作量大。提供給學生選擇及要求學生選做的多個實訓套件需要的電源不同。為了能夠提供實訓中不同套件的電源，需要具有可調直流電源。本文所述電源分為無級可調直流穩壓電源及測試晶振兩個模塊?；谠搶嵱栒n程需要的所購的可調直流穩壓電源成本較高，數量有限，故研制該儀器以解決現存問題。該帶測試晶振的無級可調直流穩壓電源比專門的儀器相比，體積小巧，價格低廉、使用方便。晶振測試可用于51單片機12MHZ晶振的測試，市面上測試晶振的儀器比較少、且價格較高，51單片機的晶振經測試后再焊，可避免焊上壞的導致不易拆除、更換。

1 帶測試晶振的無級可調直流穩壓電源的主要性能

可調直流穩壓電源能夠任意輸出1.3-36V以內的直流電壓，誤差達到10%左右；實訓所用晶振的測試誤判率5%左右。

2 電原理圖、方案及設計

2.1 無級可調直流穩壓電源模塊

電路主要應用了LM317。LM317是美國國家半導體公司的三端可調正穩壓器集成電路。其輸出電壓范圍是1.2V-37V，最大負載電流為1.5A。使用時只需外接兩個電阻即可設置輸出電壓。它的線性調整率和負載調整率比標準的穩壓器好。LM317過載保護、輸出短路保護、安全區保護等多種保護電路。使用輸出電容能改變瞬態響應。調整端使用濾波電容能得到比標準三端穩壓器高得多的紋波抑制比。典型線性調整率0.01%，典型負載調整率0.1%。80dB紋波抑制比。輸出短路保護，過流、過熱保護，安全區保護。標準三端晶體管封裝。

Vout≈1.25V*（1+R3/R2）

用LM317制作可調穩壓電源，常因電位器接觸不良使輸出電壓升高而燒毀負載。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，對電路無影響；而當W1接觸不良時，T1的基極電位上升，當升至0.7V時，T1導通，將LM317T的調整端電壓降低，輸出電壓也降低，從而對負載起到保護作用。

2.2 晶振測試模塊

主要通過三極管和周邊元件構成電路滿足“巴克豪森準則”（即公式a），（環路增益不能太大，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 儀器設備硬件設計電原理圖

2.3.1晶振測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 帶測試晶振的無級可調直流穩壓電源的應用及使用

3.1 帶測試晶振的無級可調直流穩壓電源的應用

該設備可作為需要直流電壓源套件的電源：收音機電源、門鈴電源、報警器電源、功放電源、收音機電源、51單片機電源，另外晶振測試模塊可用于51單片機晶振測試。

3.2 帶測試晶振的無級可調直流穩壓電源的使用

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

3.3 帶測試晶振的無級可調直流穩壓電源的調試

調試過程：測試晶振的電源指示燈串聯的限流電阻阻值1.8K，原先過于偏低，發光二極管發燙，經過多次試驗最終選定合適值為5.1K；無級可調直流電壓源原先設計的可調電位器（用于調節輸出電壓）為4.7K，電壓輸出偏低，經過調試，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損壞。

參考文獻：

[1] 姜愛婷，楊毅，楊靜. 高頻開關直流屏的設計[J]. 山東工業技術，2013（12）：41-38.

直流穩壓電源電路的設計范文第2篇

【關鍵詞】開關型 直流穩壓電源 探究 電路設計

【中圖分類號】G64 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2016）04-0163-02

在電力電子技術的不斷發展與技術革新下，開關型直流穩壓電源以其自身的工作表現與其可靠性成為我國電力系統中廣泛使用的一種設備。在實際應用中，開關型直流穩壓電源自重輕，工作內故障低，工作效率高，且其性價比占優勢，并具有功耗曉得良好表現。相比于其他開關型電源，開關型穩壓電源應用范圍廣，競爭力強，特別是對于粒子加速器等電源應用范圍來說，開關型穩壓電源具有著良好的專業性與穩定性。通過對于開關型穩壓電源的技術標準研讀與相關的影響因素分析，目前此類技術研究區域人員都是采用移相控制橋來對DC/DC變換小信號模式進行開關型穩壓電源的電路設計。

1.對于動態小信號模型的相關闡述

對于動態小信號模型來說，不同的模型選取進而得到的設計結果都會存在差異。所以，在模型的選取上，應根據其實際情況進行分析與配置。對于開關電源來說，其本質是作為一個非線性的控制對象在進行工作，如果要對其進行成功的設計與分析，那么在進行指導建模時，應以近似建立在其穩態時的小信號擾動模型為依據。這一思路一方面取決于小信號擾動模式穩態時具有與設計目標相近的工作表現；另一方面也是由于這樣的模型對于大范圍擾動時的擬態不夠精準，會造成相應結論的誤差或偏差?；诖?，以小信號擾動模型來進行開關型穩壓電源的電路設計是保證其最終設計結果滿足設計要求的必要條件。

2.開關型穩壓電源的相關性能指標

2.1性能指標之穩定性。通過相關數據與實踐結果研究表明，在不同的開關型穩壓電源系統設計下，會產生不同程度的魯棒性。而在暫態特性方面，其表現也會相應提高。但對于直流新穩壓電源來說，其系統下對于增益余量的要求是大于或等于40dB，對于相位余量的要求則是大于或等于30dB。

2.2性能指標之瞬間響應指標。當開關電源處于非穩定狀態下，由于其所受的干擾，輸出量會出現相應的抖動現象。且其抖動量會隨著其干擾而變化，當干擾停止時，則其最終也會回到穩定值，基于此，在對開關型穩壓電源進行這方面的性能指標確定時，是以過沖幅度與動態恢復時間的長短來衡量其系統的動態特性的。在此定義下，瞬態響應指標內容主要是表現為，如果穿越頻率越高，則其系統恢復到動態平衡點的時間就越短，另一方面，系統在干擾情況下所表現的過沖幅度與其相位余量呈相關性。

2.3性能指標之電源精度。在電源精度方面，其控制要求嚴格，一般其最終的電源精度誤差需要控制在設計目標的1‰以下，且其紋波不得在1‰以上?？紤]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，必須通過濾波器進行控制。而低頻紋波則是受到電網波動的影響，必須通過系統的負反饋來進行控制。

3.關于開關型穩壓電源的電路設計

3.1關于系統下的補償網絡與相關相關設計應用。目前來說，對于開關型直流穩壓電源系統來說，其補償網絡是通過PI或者PID的算法來設計與制作的。也就是說，PI調節器的主要作用是對抗高頻紋波影響，也就是提高系統對于高頻干擾能力的抵抗性，但對于PI調節器來說，動態性差的缺點是無法忽視的。目前來說，實際應用中通過引入微分算法后可以有效提高系統的響應速度。但其缺點也顯而易見：一方面是由于零點的大量引入直接造成系統對于高頻信號的敏感度大幅度提高，放大器在此情況下，很容易產生堵塞現象；另一方面則是當開關紋波的放大倍數得到增大時，放大器也會隨之進入非線性區，這結果只會造成整個系統的不穩定。目前來說，對于這些缺陷是以超前滯后的方法來進行補償的。

3.2關于開關型穩壓電源的電路設計原理

3.2.1理想性技術指標如下：（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區間變化時，輸出電壓相對變化量應小于2%；（4）輸出電阻R0

3.2.2關于開關型穩壓電源的基本工作原理。當線性自流穩壓電源處于低頻率工作狀態下時，那么調整管的工作由于其體積大，則其效率相應低，但當其調整管工作處于開關狀態下時，那么其的工作表現就為體積小，效率高。

3.3開關型穩壓電源的電路設計探究。從以上論述可以看出，開關型直流穩壓電源系統其低功耗的特點是由于晶體管位于開關工作狀態下時，對于功率調整管的功耗要求低。特別是對于理想狀態下的晶體管來說，當其處于一種截止狀態時，晶體管所經過的電流為0，相應的功耗也就為0；另一方面，由于開關型穩壓電源系統的穿越頻率較高，所以對于電路的動態響應速度得以提高，而且整個系統的響應速度不受低通濾波器的影響；另外，相對于直流470V的電壓來說，并環穿越頻率遠未達到這一頻率，輸出只為48V，特別是其電壓穩定性方式，經過測試，其低頻紋波穩定率都在0.996以上，完全滿足了設計要求。

4.結語

綜上所述，在進行開關型穩壓電源的電路設計時，小信號的模型選擇是關鍵點。為了進一步提高開關型穩壓電源系統的穩定性，超前滯后網絡補償原理有效地彌補了精度電源的紋波限制高的問題。通過實踐也表明，開關型穩壓電源的適用性非常強，必將為人們生活提供更好的服務。

參考文獻：

[1]湯世俊.淺談高性能開關型直流穩壓電源[J].學術探討，2011，（10）.

[2]樊思絲.高性能開關型直流穩壓電源的設計探究[J].企業技術開發，2011，（03）.

[3]王滔.開關型穩壓電源[J].科技風，2012，（11）.

直流穩壓電源電路的設計范文第3篇

【關鍵詞】電子 線路實驗 分析

一、電源的應用背景

電源可分為交流電源和直流電源，它是任何電子設備都不可缺少的組成部分。交流電源一般為220V、50HZ電源，但許多家用電器設備的內部電路都要采用直流電源作為供電電源，如收音機、電視機、帶微控制處理的家電設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定的直流電流或電壓，這類變換電路統稱為直流穩壓電路?，F在所使用的大多數電子設備中，幾乎都必須用到直流穩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，再經過整流濾波可獲得低電壓小功率直流電源。然而，由于電網電壓可以有+10%變化。為此必須將整流濾波后的直流電壓由穩壓電路穩定后再提供給負載，使負載上直流電源電壓受上述因素的影響程度達到最小。直流電源電壓系統一般有四部分組成，他們分別是電源變壓器、整流電路，濾波電路、穩壓電路。

二、總體設計

（一）設計的目的和任務

1、設計目的

（1）了解整流、電容濾波電路的工作原理；（2）掌握集晶體管穩壓電源設計方法；（3）掌握仿真軟件EWB使用方法；（4）掌握穩壓電源參數測試方法。

2、設計任務

（1）穩壓電源的主要技術指標：① 電網供給的交流電壓為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 穩壓系數S《8*10-?；⑥ 輸出紋波電壓《10mv（當Io=2A）；⑦ 具有限流保護功能，輸出短路電流

（2）設計要求：① 根據設計要求確定直流穩壓電源的設計方案，計算和選取元件參數。② 完成各單元電路和總體電路的設計，并用計算機繪制電路圖。③ 完成電路的安裝、調試、使作品能達到預期的技術指標。④ 給出測試各項技術指標的方法，撰寫測試報告。

（二）設計原理

1.設計原理

電子線路在多數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，故應首先經過變壓，整流，然后在經過濾波，和穩壓，才能夠獲得穩定的直流電穩壓電路穩定后再提供給負載，框圖如下：

2.串聯型晶體管穩壓電路

晶體管串聯穩壓電源的組成，220V交流市電經過變壓，整流，濾波后得到的是脈動直流電壓Vi，他隨市電的變化或直流負載的變化而變化，所以，Vi是不穩定的直流電壓，為此，必須增加穩壓電路。穩壓電路取樣電路，比較電路，基準并電壓，和調整元件等部分組成

（三）總體設計方案

1.變壓環節

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

2.整流、濾波環節

實驗選擇4個IN4002的二極管作為整流電路

因為市電頻率是50Hz為低頻電路，選擇RC濾波電路。本實驗選擇的電容為1200μF

3.穩壓環節

（1）調整元件。作為一個理想的電源，其內阻應該盡量小才能保證具有穩壓的效果，根據晶體管放大器的知識可知：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現，且盡量選擇β值較大的晶體管，但是后來會發現并不是如此。由于電流和功耗等的影響，所以最好采用復合管來實現該要求，且有一個大功率管就可，本實驗該電路選擇的晶體管型號為2N3414（早期電壓為51V，測試前高電流拐點為4.6A，功率很大），其它兩管為小功率管MRF9011

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

4.參數計算

輸出電壓 V0=5.982～12.15V

最大輸出電流2A

R0計算：Ro=ΔVo/ΔIo*Vo

RL=50 Vo=7.177V，Io=143.5mA

RL=100 Vo=7.181V，Io=71.82mA

R0=0.35

穩壓系數：s=0.038

Ro=ΔVo/ΔIo*Vi/V0

當vi=23.16v時候，v0=7.176

當vi=20.86v時候，v0=7.146

通過計算可得S=0.038

符合要求

紋波電壓20.1mv

輸出電流=3.016A

三、結束語

通過這次課程設計，我對于模電知識有了更深的了解，尤其是對串聯直流穩壓電源方面的知識有了進一步的研究。在電路的仿真過程中也提升了我的動手能力，實踐能力得到了一定的鍛煉，加深了對模擬電路設計方面的興趣，理論與實踐得到了很好的結合，加深自己對實用價值和理論的統一的了解，但對于理論和實際應用的統一和對于器件在實際中的使用還有很大的不足，不能在使用器件時選擇合適的參數的器件，不能根據器件的編號知道器件的基本功能。在這方面需要很大的提高。

直流穩壓電源電路的設計范文第4篇

[關鍵詞]單片機 直流穩壓源 智能化電源 閉環控制

[中圖分類號]TM[文獻標識碼]A[文章編號]1007-9416(2010)03-0034-02

直流穩壓電源作為電氣設備及其控制系統的主要電源系統,在實際生活中被廣泛的應用于電力電子教學、電氣設備開發研究等工程領域。傳統直流穩壓電源由于受技術條件的影響,普遍存在功能簡單、調節誤差大、干擾大、接線復雜、體積大等問題。傳統直流穩壓電源對輸出電壓通常采用粗調的方式來完成,調節精度不高,當需要輸出電壓在一個很小范圍內進行調節時,傳統的直流穩壓電源就難以辦到,嚴重影響了穩壓電源的使用范圍?；趩纹瑱C的智能高精度直流穩壓電源,結合了最先進的單片機控制技術采用高性能基準穩壓電力電子元件,穩壓調壓精度高而且抗干擾能力強,克服了傳統直流穩壓源的缺點。同時整個控制系統具有完善的保護電路,大大提高了設備的使用壽命。隨著電力電子技術的成熟,單片機價格越來越經濟,且集成度相當高,大大減少了直流電源系統開發成本,具有明顯的工程實際應用價值。

1 系統硬件設計

1.1 系統總體結構

單片機控制的直流穩壓電源以AT89S52單片機作為整機的核心控制單元,經過調節AD7543的輸入電壓數字量來控制系統的輸出電壓,本系統具有可預置電壓和步進調節電壓的特性,而且整個電壓調節步進值達到0.1V的小范圍。此系統具有自我檢測功能、短路保護等故障處理技術。整個系統的工作原理框圖如圖1所示。

從圖1可以看出,整個系統包含變壓整流單元、鍵盤預設電壓單元、濾波電路單元、電流檢測短路保護單元、電壓反饋單元等多個部分組成。為了使系統能夠具備自動采樣檢測實際輸出電壓值的大小,可以通過電壓取樣及電壓調節回路,實時對電壓進行采樣,并經過相應的比較放大電路直接控制單片機內部系統程序進行相應的電壓調節,保障輸出直流電壓的穩定,然后經過八段式數碼顯示管進行數據處理及顯示相應的系統輸出電壓值。單片機在得到電壓取樣數據后,通過數字信號處理中心,獲得相應的控制策略,可以通過兩個驅動電路,對不同的輸出電壓值采取不同的控制策略。當電流檢測回路發現系統中電流過大時,就直接將信息反饋給驅動電路和單片機系統,控制電路調整進行自動短路保護。利用單片機為核心處理控制器的穩壓電源系統整體設計方案比較靈活,合理利用軟件編程控制方法來解決電壓值的預置以及輸出電壓的步進控制,比傳統滑檔控制更加精確可靠。由于單片機是一種電子產品的集成系統,可以大大地減少直流電壓源系統內部的硬件回路,且采用較為先進的電子器件,系統的相應時間和誤差都在有效的控制范圍,大大擴大了穩壓電壓源的使用范圍,在穩壓源系統中得到了廣泛的推廣。

1.2 數控部分

單片機AT89S52作為整個穩壓系統的控制核心主要完成電壓輸出值的采樣判斷、鍵盤電壓預設控制、控制驅動電路進行電壓調節、輸出電壓值數字顯示、系統短路自動檢測保護及其他輔助功能。

為了實現系統的人機對話功能,本系統采用10個數字電壓預設按鍵和兩個步進(“+”,“-”)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按鍵的輸入鍵盤實現整個系統的人機交互控制電路。輸出電壓值顯示部分采用8位8段式LED數碼管,數顯LED管現在已經很成熟,易于同其他設備進行數據交換,可以直接與單片機輸出相連。但是本系統單片機作為系統控制核心,數顯單元只是單片機控制的一個點,且單片機I/O端口總數目有限,必須采用擴展電路來控制數顯部分,因此為了優化系統,采用一片8155作為單片機系統的外部擴展接口電路,實現16個鍵盤的通信接口與LED數顯的通信接口。鍵盤及數顯接口單片機擴展電路如圖2所示。

1.3 電壓取樣及電壓調節

為了提高輸出電壓的精度,保證電源穩定運行,利用電壓取樣單元對電源輸出電壓進行檢測,得到一個電壓信號的反饋電壓。為了提高單片機控制系統的整體精度和靈敏度,將采樣數據經過比較放大電路,利用一級運算放大器將采樣電壓進行放大,再送給單片機系統進行相應的數據處理。

1.4 電源方案

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

1.5 過流報警功能

為了提高單片機控制系統的安全可靠性,提高單片機數控直流電壓源的人性化服務。利用電流檢測回路檢測系統中的電流值,當電流大于系統設定值時,通過單片機系統自動保護跳閘,實現保護貴重電氣設備的功能,并可以通過相應的蜂鳴器報警,提醒工作人員對相應的設備進行檢查看修。

2 軟件設計

在實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,本系統采用軟件編程方法實現去峰值數值濾波,以減小外界環境干擾對輸出電壓的影響,數據取樣分析判斷是整個濾波系統的中心部分,取樣的準確性與否直接影響系統的整體控制。為了保證取樣的可靠性,在整個系統的軟件設計中設置了電壓采樣主程序和鍵盤輸入中斷子程序,相應的流程圖見圖3和圖4所示:

程序運行后,單片機系統就自動開始檢測是否有鍵按下,若有鍵盤觸發脈沖,則進入電壓預設按鍵功能程序。LED數碼管顯示部分就開始自動動態定時掃描數據,達到系統CPU資源得到充分利用。單片機系統不斷通過取樣電路采集系統輸出電壓數據,經過比較放大和相關分析判斷,然后通過單片機系統發出增減命令對實際輸出電壓進行相應的校正,控制輸出電壓源保持電壓恒定。

3 數據分析

把系統相關的硬件和軟件設定完成后,對裝置進行相應的檢測,其檢測結果數據如表1所示:

從表1中可以看出,基于單片機的直流穩壓電源系統可以有效的保障輸出電壓的穩定,系統整體誤差在10-2量綱級內,誤差相當小,完全滿足穩壓電源的要求。

4 結語

以AT89S52單片機為核心設計的一種智能穩壓電壓源系統,有效保證電氣設備的安全穩定運行。系統輸出電壓采用數顯和鍵盤輸入控制,提高了電源的人性化服務。基于AT89S52單片機的一種穩壓電壓源系統系統集成度高、可靠性強、具有自我故障檢測保護功能,具有良好的實用價值。

[參考文獻]

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[3] 吳恒玉,唐民麗,何玲,黃果,韓寶如.基于89S51單片機的數控直流穩壓源的設計[J].制造業自動化.2010,32(01):95-96.

[4] 陳偉杰,張虹.基于混合最優算法的高精度數控直流電源設計[J].中國集成電路,2008,8(06):48-52.

直流穩壓電源電路的設計范文第5篇

【關鍵詞】穩壓電源；斬波電路；單片機；PWM；IGBT

直流穩壓電源是一種常見的電子設備，被廣泛的應用與各個領域。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。隨著電子技術的迅猛發展，各種電子設備對電源性能的要求越來越高。穩壓電源日益朝著小型化、高效率、模塊化、智能化方向發展。

本文介紹了一種以單片機系統為核心的新型可調直流穩壓電源的設計，他主要由斬波電路和AT89S52單片機控制系統構成。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、輸出電壓范圍寬、模塊化等優點。而且價格低廉，操作簡單。具有較高的應用價值。

1.系統的總體設計

該系統由兩部分組成，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單片機系統、IGBT驅動電路、ADC模數轉換電路、8279鍵盤顯示電路、檢測保護電路組成。

主電路中整流濾波電路采用常用的三相橋不可控整流器，將電網的三相交流電壓轉換成直流，再經電容濾波得到平滑的直流電壓。穩壓電路是由大功率器件IGBT實現的降壓斬波電路。

控制電路以AT89S52單片機為邏輯控制器，用于控制邏輯的實現。鍵盤和顯示電路作為人機交互，用于顯示和設定系統數據。ADC0809模數轉換電路將系統實時電壓反饋給單片機，由單片機進行處理。檢測保護電路的作用是保護ADC0809檢測電路，由于系統輸出電壓較高，不能直接接入ADC0809檢測電路，需要通過檢測保護電路將系統輸出電壓轉換到ADC0809能夠檢測的范圍才能接入電壓檢測電路。

2.控制電路設計

2.1 控制系統的核心—AT89S52

AT89S52作為該系統的核心，其主要作用為產生并輸出PWM波，他根據系統設定電壓，調整PWM波的占空比，PWM波作為IGBT驅動電路的輸入信號，從而調整輸出電壓，通過ADC轉換電路獲得實際輸出電壓，并與系統反饋的電壓值進行比較，對占空比進行微調，是系統達到所需的輸出電壓。另外，它還用于鍵盤數據的讀取和顯示數據的刷新。

2.2 人機交互——鍵盤顯示電路設計

本系統設計了鍵盤和數碼管顯示功能，用于設定和顯示系統數據。鍵盤和數碼管采用儀表中常用的驅動芯片8279進行控制。8270芯片為一種可編程鍵盤與顯示接口芯片，該芯片編程簡單，能夠自動掃描，并且與單片機接口方便，已經成為設計單片機應用系統的優選器件之一。以8279為控制芯片的鍵盤和數碼管顯示電路如圖2 所示，鑒于本系統所需顯示和設定的數值較少，故采用4個8段數碼管來顯示系統數據。鍵盤為4X4掃描式鍵盤，16個按鍵中，10個按鍵為0～9的數字按鍵，另外6個按鍵為功能選擇和設定按鍵。

8279以A0來區分信息特征，當A0=0時，單片機讀出為數據；當A0=1時，單片機讀出數據位芯片狀態字，寫入數據為控制命令。8279內部有兩個數據緩沖區，即一個16字節的顯示數據緩沖區和一個8字節的鍵盤數據緩沖區，顯示數據時，只需要將需要顯示的數據寫入顯示緩沖區即可。當有按鈕閉合時，8279會自動去抖，并掃描鍵值，最后將鍵值存入鍵盤數據緩沖區，單片機只需要從數據緩沖區中讀取數據即可得到鍵值，編程簡單。

2.3 ADC0809模數轉換電路設計

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

一個8路模擬開關；

一個地址鎖存與譯碼器；

一個A/D轉換器；

一個三態輸出鎖存器。

多路開關可分時選通8個模擬通道，芯片允許8路模擬量分時輸入，共用A/D轉換器進行轉換。三態輸出鎖器用于鎖存A/D轉換完的數字量，OE為低電平時，說明A/D轉換器正在進行模擬量的轉換，只有當OE端為高電平時，鎖存器讀取轉換完的數據。

2.4 IGBT驅動電路設計

日本富士公司推出的厚膜驅動集成電路EXB841是專門的IGBT驅動芯片，適合驅動1200V/300A 以下的IGBT模塊。EXB841為高速型驅動模塊，具有隔離強度高、反應速度快、能夠過流保護等優點，市場占有率較高。該驅動電路如圖3所示，EXB841的15引腳外加PWM控制信號，當觸發脈沖信號施加于14和15引腳時，在GE兩端產生約16V的IGBT開通電壓；當觸發控制脈沖撤銷時，在GE兩端產生-5.1V的IGBT關斷電壓。

3.系統的軟件設計

整個系統程序采用模塊化設計方法，主要包括系統初始化模塊、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器，本系統設看門狗定時器時間為2S，若2S時間內，沒有執行喂狗程序，則看門狗電路發出復位信號，系統程序自動復位。

開機后，首先調用初始化子程序，初始化系統，此時系統按照默認參數，計算PWM占空比，并由定時器0和定時器1生成1KHZ的PWM波，由P2.3輸出。由定時器2產生一個10MS的定時器中斷，中斷程序中讀取實際電壓，然后與設定電壓比較，根據誤差調整PWM波的占空比，使實際值逐漸趨近設定值。然后刷新輸出，由數碼管顯示系統實時電壓。

當有按鍵按下時，系統進入外部中斷子程序，此時在外部中斷子程序中調用按鍵處理子程序，來實現系統電壓值的設定。

PWM波的調制程序是系統軟件的關鍵所在，它的功能好壞直接影響系統的穩定性。它由定時器0和定時器1通過中斷生成。定時器0和定時器1都工作在定時方式1，定時時間到出發相應中斷。由定時器1控制PWM波周期，定時器0控制PWM波的占空比。當定時器1產生中斷時，置位PWM輸出口P2.3，同時啟動定時器0。當定時器0中斷發生時，中斷程序復位P2.3，同時關閉定時器0。這樣只需要調整定時器0的定時時間即可調整PWM波形的占空比。

定時器2產生一個10MS的中斷，該中斷程序用于調整PWM波的占空比，其流程圖如圖5所示，首先讀取實際電壓，然后與設定電壓作比較，根據誤差改變定時器0的定時時間，調整公式如下：

其中：為本次中斷定時器0的初始設定值；

為上次中斷時0的初始設定值；

為比例系數；

為設定電壓與反饋電壓的差值。

經過實際調試，當k取1.5時，系統能夠達到較好的穩壓效果。

4.結束語

通過系統調試，程序沒有出現錯誤，得到的輸出電壓穩定可靠，采用鍵盤和數碼管顯示作為人機交互，操作簡單方便，智能化相對來說比較高。用戶反映良好。

基于單片機控制的直流穩壓電源采用了先進的單片機控制技術、完善的保護電路及專用高性能基準穩壓源元件，具有穩壓精度高、紋波干擾小、安全可靠等特性，故可廣泛應用于國防、科技、生產等領域。

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