直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)

身份證號(hào)碼：440782198604165617

摘要：隨著電力電子技術(shù)水平的不斷提高，穩(wěn)壓電源在各行各業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用與推廣，使電氣設(shè)備及其控制系統(tǒng)的工況特性得到了大幅度的提高，實(shí)現(xiàn)電氣設(shè)備的節(jié)能降耗。下文對(duì)一種以單片機(jī)為主控制器的直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)過程進(jìn)行簡(jiǎn)要的分析。

關(guān)鍵詞：直流穩(wěn)壓電源；單片機(jī)；設(shè)計(jì)

前言

直流穩(wěn)壓電源是電氣設(shè)備及其控制系統(tǒng)的重要電源系統(tǒng)，在電力電子教學(xué)、電氣設(shè)備開發(fā)研究等工程領(lǐng)域等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用與推廣。本設(shè)計(jì)以直流電壓源為核心，利用AT89S51單片機(jī)為主控制器，實(shí)現(xiàn)直流穩(wěn)壓電源的數(shù)字控制。

1.基于單片機(jī)的直流穩(wěn)壓電源的優(yōu)勢(shì)

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(lái)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。

2.本設(shè)計(jì)電源的功能和特點(diǎn)

本電源采用可控硅作為第一級(jí)調(diào)壓元件，用穩(wěn)壓電源芯片LM317、LM337作第二級(jí)調(diào)壓元件，通過AT89S51單片機(jī)控制繼電器來(lái)改變電阻網(wǎng)絡(luò)的電阻，從而改變調(diào)壓元件的外圍參數(shù)，獲得從2V～18V、0.1V步長(zhǎng)可調(diào)電壓，驅(qū)動(dòng)能力最大可達(dá)1A，同時(shí)可以顯示正負(fù)兩路電源的電壓值和輸出電流的大小。

該電源主要特點(diǎn)如下：

（1）通過控制可控硅BT151的導(dǎo)通角，使整流后輸出電壓的平均值發(fā)生變化，達(dá)到調(diào)壓的目的，以降低穩(wěn)壓電源芯片LM317、LM337的功耗；

（2）保存掉電前設(shè)置的電壓值，重新上電后用戶不用設(shè)置電壓值，避免了調(diào)試中斷重新上電后電壓值過高損壞用戶設(shè)備的可能；

（3）有兩組互相隔離的電壓輸出，一路輸出固定電壓+5V，另外一路輸出正負(fù)步長(zhǎng)0.1V可調(diào)電壓，輸出范圍為±2V～±18V，最大負(fù)載電流為1A，顯示實(shí)際輸出電壓誤差不超過0.05V；

3.硬件電路設(shè)計(jì)

硬件電路主要包括變壓器、整流濾波電路、正負(fù)壓差控制電路、穩(wěn)壓及輸出電壓控制電路、電壓電流采樣電路、掉電前重要數(shù)據(jù)存取電路、單片機(jī)、鍵盤顯示和程序下載電路等幾部分，硬件部分原理框圖如圖1所示。

圖1：硬件原理框圖

3.1壓差控制電路

壓差控制電路為降低三端穩(wěn)壓器件LM317、LM337的功耗，必須控制LM317、LM337輸入端與輸出端的壓差，壓差控制電路由單結(jié)晶體管BT33、積分電路（RP、C3）和可控硅BT151組成，如圖2所示。由于負(fù)端電路與正端電路完全對(duì)稱，下面分析的電路以正端為例進(jìn)行說(shuō)明。

充放電路由BT33和RP、C3組成，充放電時(shí)間τ=RPC3，通過控制RP電阻的大小來(lái)改變充放時(shí)間τ，從而改變可控硅BT151的導(dǎo)通角，使整流后輸出電壓的平均值發(fā)生變化，達(dá)到調(diào)壓的目的。為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)壓差，將RP用繼電器控制的電阻網(wǎng)絡(luò)代替。

繼電器采用松下公司生產(chǎn)的TQ-12，它有2組常開、常閉觸點(diǎn)，由單片機(jī)的I/O口控制其斷開與閉合，繼電器控制電路如圖4所示。為了使正負(fù)兩路電源的內(nèi)部消耗均衡，對(duì)繼電器采用-12V供電。為解決單片機(jī)I/O口輸出的TTL電平（高電平和低電平）能否控制繼電器斷開和閉合的問題，利用圖4中R1、R1′電阻進(jìn)行分壓。電阻值的大小可利用疊加原理計(jì)算確定。只要選取合適的電阻值，就可以達(dá)到控制的目的。

3.2穩(wěn)壓及輸出電壓控制穩(wěn)壓電路

穩(wěn)壓及輸出電壓控制穩(wěn)壓電路由三端穩(wěn)壓芯片LM317（負(fù)端為L(zhǎng)M337）及外圍元件組成，在B1上產(chǎn)生固定電壓1.25V。為了達(dá)到起始電壓為2V，在電路中串接電阻R2，R2的大小決定電路輸出的起始電壓，最小電壓值為1.25V。計(jì)算選取合適的R2阻值，適當(dāng)匹配輸出電壓控制電路中電阻網(wǎng)絡(luò)的阻值，即可達(dá)到0.1V可調(diào)輸出電壓。

3.3電壓電流采樣電路

電壓電流采樣電路電壓電流采樣電路由運(yùn)放LM324和串行ADO834組成。ADO834為4通道8位逐次逼近式多路串行模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其輸出與TTL和CMOS兼容。圖中由A1與A2等構(gòu)成電流采樣處理電路，由A3等構(gòu)成電壓采樣電路，它們分別輸出到串行ADO834的某個(gè)通道。正負(fù)兩端電壓電流的采集正好需要4個(gè)通道，由單片機(jī)控制進(jìn)行輪流采集。

3.4掉電前重要數(shù)據(jù)的存取

掉電前重要數(shù)據(jù)存取電路掉電前保存當(dāng)前設(shè)置的電壓值，可以方便用戶在重新上電后不再設(shè)置，而且也不會(huì)因?yàn)殡妷褐颠^高損壞用戶設(shè)備。X5045是在單片機(jī)系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用的一種電壓監(jiān)測(cè)與復(fù)位電路芯片，它把上電復(fù)位、看門狗定時(shí)器、電壓監(jiān)測(cè)控和E2PROM四種常用功能組合在單個(gè)芯片里，以降低系統(tǒng)成本、節(jié)約電路板空間。其看門狗定時(shí)器和電源電壓監(jiān)測(cè)功能可對(duì)系統(tǒng)起到保護(hù)作用，512×8位的E2PROM可用來(lái)存儲(chǔ)單片機(jī)系統(tǒng)的重要數(shù)據(jù)。本設(shè)計(jì)通過軟件設(shè)置，在每次電壓設(shè)置值結(jié)束后把該值直接寫入到X5045的某個(gè)內(nèi)存單元，而系統(tǒng)在初始化的過程中直接將上次保存的數(shù)值讀入單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)該數(shù)值控制電阻網(wǎng)絡(luò)，從而獲得需要的電壓值。

4.軟件設(shè)計(jì)

軟件采用C51編程，整個(gè)系統(tǒng)的軟件流程圖如圖2所示，其中外部中斷用于鍵盤進(jìn)行電壓設(shè)置，定時(shí)器中斷用于瞬間過載保護(hù)。

圖2：系統(tǒng)的軟件流程圖

5.總結(jié)語(yǔ)

以AT89S51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)?；贏T89S51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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