高精度直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計

賴冬文 趙娟

摘 要：直流穩(wěn)壓電源在生活應(yīng)用比較廣泛，但是現(xiàn)代科技的進步，使得各行業(yè)對它有了更高要求，即精度更高、調(diào)節(jié)范圍更廣、輸出功率更大、性能更穩(wěn)定。該設(shè)計主要采用單片機AT89S52為控制核心，利用數(shù)碼管顯示達到精準顯示電壓值，通過鍵盤設(shè)定和步進調(diào)整，同時具有過流和過壓保護的作用。通過系統(tǒng)設(shè)計，可使最大輸出電流、輸出電壓范圍、電壓調(diào)整率、紋波電壓峰峰值、負載調(diào)整率、DC—DC變換器效率和動作電流的指標均能達到題目要求。

關(guān)鍵詞：穩(wěn)壓電源 數(shù)碼管 數(shù)模轉(zhuǎn)換

中圖分類號：TH811 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）07（b）-0084-02

直流電源在變電所、國家電網(wǎng)等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，技術(shù)也比較成熟。但隨著日常生活的多元化，人們環(huán)保意思的加強，對于開關(guān)電源的頻率和效率的要求越來越高，設(shè)計一款高精度、大功率、高效率、低功耗、范圍廣的直流電源是符合時代發(fā)展的。本設(shè)計既是基于這種情況下進行的，該設(shè)計包含降壓電路、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路四部分的設(shè)計。降壓電路通過隔離變壓器產(chǎn)生一個54V的電壓，再經(jīng)過整流、濾波電路成形一個直流電壓，從而產(chǎn)生一個穩(wěn)定的直流電壓源。經(jīng)過測試，系統(tǒng)最大輸出電流、輸出電壓范圍、電壓調(diào)整率、紋波電壓峰峰值、負載調(diào)整率、DC—DC變換器效率和動作電流的指標均能達到題目要求。

1 高精度穩(wěn)壓直流電源設(shè)計方案

直流穩(wěn)壓穩(wěn)壓電源具有，效率高，輸出功率大，輸入電壓變化范圍寬，節(jié)約能耗等特點，因而被廣泛使用在各個鄰域和行業(yè)中[1]。該設(shè)計為了保證小紋波、精準輸出等特點，采用單片機數(shù)模轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換芯片驅(qū)動數(shù)值控制部分，從而使得參考電壓為線性穩(wěn)壓。這種方式下費用較低，但損耗比較大，數(shù)碼管輸出后必須經(jīng)過補償才能獲得精確的輸出[4]。系統(tǒng)設(shè)計框圖如圖1所示，通過鍵盤設(shè)定輸入電壓，由D/A轉(zhuǎn)換器（DAC0832）進行模擬量的輸出，再經(jīng)運算放大器的隔離放大，最后通過控制輸出功率管的基極變化，間接改變輸出電壓的大小，從而達到直流穩(wěn)壓電源的要求。

該設(shè)計采用的單片機為低功耗、高性能的AT89S52；鍵盤的開關(guān)矩陣由按鍵組成，用于向計算機輸入指令、數(shù)據(jù)和地址。單片機系統(tǒng)采用非編碼鍵盤，通過軟件來識別閉合鍵，因其操作靈活、結(jié)構(gòu)簡單被廣泛應(yīng)用于單片機系統(tǒng)，矩陣式鍵盤如圖2所示；LED數(shù)碼管選用共陰連接方式的；D/A轉(zhuǎn)換器選用的是DAC0832，其分辨率為8，與微處理器完全兼容，由于其接口簡單、價格低廉、轉(zhuǎn)換控制容易等特點使得在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。本次設(shè)計中，由于所需轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)量不是很大，故采用直通方式的硬件接法。

2 高精度穩(wěn)壓直流電源硬件電路設(shè)計

本系統(tǒng)硬件電路設(shè)計采用的控制核心為AT89S52單片機，還包括直流穩(wěn)壓電源、兩級放大電路、直流穩(wěn)壓的輸出電路、反饋電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換器DAC0832、矩陣式鍵盤、顯示數(shù)碼管、保護電路等電路部分的設(shè)計。設(shè)計中必須考慮元器件間的干擾、接地的連接、布線的排列等問題?？傮w設(shè)計電路圖如圖3所示，鍵盤相當于輸入設(shè)備，接收指令，傳輸?shù)紸T89S52單片機中進行掃描鍵盤，從而判斷下一步指令，然后根據(jù)指令，將輸出的電壓值通過DAC0832將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬量輸出，再通過兩級放大電路進行放大，從而得到輸出電壓信號。

3 高精度穩(wěn)壓直流電源軟件設(shè)計

該設(shè)計中軟件主要實現(xiàn)的作用是通過鍵盤對單片機輸入數(shù)據(jù)，單片機接受數(shù)據(jù)并處理，然后通過數(shù)碼管顯示，再送到8位數(shù)模轉(zhuǎn)換器中進行數(shù)模轉(zhuǎn)換，從而實現(xiàn)數(shù)字量對模擬電壓的控制。實際中，系統(tǒng)輸出量和顯示值之間存在誤差，因此需要使用軟件算法進行相應(yīng)的補償運算以達到消除誤差的目的。軟件設(shè)計中主程序需要完成掃描、判斷、運算、處理和顯示等功能。首先對硬件進行初始化，然后進入鍵盤判斷處理程序，通過鍵盤掃描判斷是否有鍵盤按下：按下則進入鍵盤服務(wù)程序，否則繼續(xù)讀鍵盤狀態(tài)。鍵盤服務(wù)程序是根據(jù)鍵盤的不同輸入，通過設(shè)定鍵值方式轉(zhuǎn)入相應(yīng)的處理程序，然后再執(zhí)行。

該設(shè)計采用C語言作為軟件設(shè)計語言，采用4×4矩陣鍵盤作為輸入模塊，因此在編程中必須通過掃描鍵盤的行和列，讀出其值，然后通過AT89S52單片機控制鍵盤值散轉(zhuǎn)，給各個鍵盤編寫相應(yīng)的處理程序?qū)崿F(xiàn)其相應(yīng)的功能。

4 結(jié)語

軟硬件設(shè)計完成之后，通過仿真調(diào)試得到的結(jié)果和預想的非常相似，說明該設(shè)計是滿足滿足市場需求的。但是如果能夠采用更多的優(yōu)化處理應(yīng)該會得到更加理想的預想值。

參考文獻

[1] 曲學基，王增福，曲敬鎧.新編高頻開關(guān)穩(wěn)壓電源[M].北京：電子工業(yè)出版社，2005.

[2] 張宏.基于單片機的高精度程控穩(wěn)壓電源的設(shè)計與實現(xiàn)[J].電子技術(shù)與軟件工程，2014（22）：262-263.

[3] 田小瀧，羅鑫，韓海峰.基于ATMEGA128單片機的直流電源控制系統(tǒng)[J].技術(shù)與市場，2018（6）：58-60.

[4] 周志敏，周紀海，紀愛華.現(xiàn)代開關(guān)電源控制電路設(shè)計及其應(yīng)用[M].北京：人民郵電出版社，2005.