前言：想要寫出一篇令人眼前一亮的文章嗎？我們特意為您整理了5篇直流穩(wěn)壓電源電路設(shè)計(jì)范文，相信會為您的寫作帶來幫助，發(fā)現(xiàn)更多的寫作思路和靈感。

直流穩(wěn)壓電源電路設(shè)計(jì)范文第1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】G64 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】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，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，競爭力強(qiáng)，特別是對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DC/DC變換小信號模式進(jìn)行開關(guān)型穩(wěn)壓電源的電路設(shè)計(jì)。

1.對于動態(tài)小信號模型的相關(guān)闡述

對于動態(tài)小信號模型來說，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)非線性的控制對象在進(jìn)行工作，如果要對其進(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)的小信號擾動模型為依據(jù)。這一思路一方面取決于小信號擾動模式穩(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于大范圍擾動時(shí)的擬態(tài)不夠精準(zhǔn)，會造成相應(yīng)結(jié)論的誤差或偏差?；诖耍孕⌒盘枖_動模型來進(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)也會相應(yīng)提高。但對于直流新穩(wěn)壓電源來說，其系統(tǒng)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(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，輸出量會出現(xiàn)相應(yīng)的抖動現(xiàn)象。且其抖動量會隨著其干擾而變化，當(dāng)干擾停止時(shí)，則其最終也會回到穩(wěn)定值，基于此，在對開關(guān)型穩(wěn)壓電源進(jìn)行這方面的性能指標(biāo)確定時(shí)，是以過沖幅度與動態(tài)恢復(fù)時(shí)間的長短來衡量其系統(tǒng)的動態(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)器的主要作用是對抗高頻紋波影響，也就是提高系統(tǒng)對于高頻干擾能力的抵抗性，但對于PI調(diào)節(jié)器來說，動態(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(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)，放大器也會隨之進(jìn)入非線性區(qū)，這結(jié)果只會造成整個(gè)系統(tǒng)的不穩(wěn)定。目前來說，對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)，對于功率調(diào)整管的功耗要求低。特別是對于理想狀態(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，所以對于電路的動態(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）.

[2]樊思絲.高性能開關(guān)型直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)探究[J].企業(yè)技術(shù)開發(fā)，2011，（03）.

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

直流穩(wěn)壓電源電路設(shè)計(jì)范文第2篇

關(guān)鍵詞：直流穩(wěn)壓電源 線性電源 開關(guān)電源 基本類型

一、線性直流穩(wěn)壓電源

（一）晶體管串聯(lián)式直流穩(wěn)壓電源。其在線性放大狀態(tài)工作，具備反應(yīng)快，電壓穩(wěn)定度高，負(fù)載穩(wěn)定度高，輸出紋波電壓小，噪聲較小等特點(diǎn)。針對電路技術(shù)而言，其控制電路使用元件較少。針對調(diào)整管的開關(guān)特性，濾波器的高頻性能等要求較少，因此可靠性較高。其最大缺點(diǎn)是工作效率較低。只能通過降低調(diào)整管上的壓降，減少調(diào)整管上的損耗來提高效率。具體解決策略為：一是PNP和NPN晶體管互補(bǔ)：串聯(lián)式穩(wěn)壓電源輸出電源電流較大時(shí)，通常調(diào)整管都要接成共集電極的達(dá)林頓組合管。因?yàn)樵诰w管電參數(shù)相同情況下在保持電流放大倍數(shù)相等的情況下，互補(bǔ)連接的組合調(diào)整管的集射極壓降減少了，因而電源的效率得到提高；二是偏置法：一般共集電極組合管集射間的壓降一定程度上取決偏置電流。采用偏置連接法當(dāng)輸出電流一定時(shí)可以有效的提高電源效率；三是開關(guān)穩(wěn)壓器作前置予調(diào)節(jié)：在輸入-輸出電壓差比較大，輸出電流也比較大的場合，采用開關(guān)穩(wěn)壓器作串聯(lián)式穩(wěn)壓器的前置予調(diào)節(jié)也是提高電源效率的有效辦法。開關(guān)予調(diào)節(jié)還可以設(shè)置在電源變壓器的原邊。

（二）集成線性穩(wěn)壓器。集成穩(wěn)壓器在早期市場上應(yīng)用較多，產(chǎn)量較大，主要分為半導(dǎo)體單片式集成穩(wěn)壓器、混合式集成穩(wěn)壓器兩類。兩類集成穩(wěn)壓器的電路形式、封裝、電壓、電流規(guī)格各不相同。集成穩(wěn)壓器分為定電壓、可調(diào)、跟蹤、浮動集成穩(wěn)壓器多種。然而無論何種形式，其大都由基準(zhǔn)電壓源、比較放大器、調(diào)整元件即功率晶體三極管和某種形式的限流電路組成。部分集成穩(wěn)壓器內(nèi)部還有邏輯關(guān)閉電路和熱截止電路。集成穩(wěn)壓器與由分立元件組成的穩(wěn)壓器比較，集成穩(wěn)壓器的優(yōu)點(diǎn)非常明顯，成本低，體積小，使用方便，性能好，可靠性高。

（三）恒流源網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)壓電源。恒流網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)壓是串聯(lián)穩(wěn)壓電源的基本特點(diǎn)之一，其能夠有效提高電源穩(wěn)定性，在集成穩(wěn)壓器中應(yīng)用較為廣泛。分立元件組成的串聯(lián)穩(wěn)壓器大都應(yīng)用了恒流技術(shù)。應(yīng)用晶體管場效應(yīng)管與恒流二極管等元件能夠?qū)崿F(xiàn)恒流。恒流二極管在分立元件的串聯(lián)穩(wěn)壓器中應(yīng)用較為便利。

二、開關(guān)直流穩(wěn)壓電源

開關(guān)直流穩(wěn)壓電源主要指功率調(diào)整元件以“開、關(guān)”方式工作的直流穩(wěn)壓電源。早期的磁放大器開關(guān)直流穩(wěn)壓電源是利用鐵芯的“飽和”、“非飽和”兩種狀態(tài)進(jìn)行“開、關(guān)”控制，是一種低頻磁放大器。此期間出現(xiàn)的可控硅相控整流穩(wěn)壓電源也屬于開關(guān)直流穩(wěn)壓電源。之后，高頻開關(guān)功率變換技術(shù)得以迅猛發(fā)展，出現(xiàn)了變換器方式的高頻開關(guān)直流穩(wěn)壓電源。

（一）去除工頻變壓器。去除工頻電源變壓器而采用直接從電網(wǎng)整流輸入方式，是開關(guān)電源減少體積和重量的重要舉措之一。去除工頻變壓器已成為當(dāng)代先進(jìn)開關(guān)電源的基本特點(diǎn)。無工頻變壓器的開關(guān)電源與各種有工頻變壓器的直流穩(wěn)壓電源相比，其具有體積小、重量輕、效率高等優(yōu)點(diǎn)。開關(guān)電源的電路形式已實(shí)現(xiàn)多種多樣。從調(diào)制技術(shù)來看，其包括脈寬調(diào)制型、頻率調(diào)制型、混合調(diào)制型幾類，其中脈寬調(diào)制占絕大多數(shù)。目前出現(xiàn)了完全無變壓器的開關(guān)電源，即連高頻變換器都不需要。這種電源的最大特點(diǎn)是體積還可比現(xiàn)在的無工頻變壓器開關(guān)電源小的多，而且沒有繞制的變壓器等器件，能夠集成電路工藝制作。

（二）提高開關(guān)電源頻率?，F(xiàn)代開關(guān)電源的最顯著特點(diǎn)是開關(guān)頻率不斷提高，無論是晶體管開關(guān)電源、可控硅開關(guān)電源、場效應(yīng)管開關(guān)電源，均在實(shí)現(xiàn)向高頻化方向發(fā)展。隨著功率IGBT和MOSFET的出現(xiàn)，開關(guān)電源的工作頻率已從早期典型的20KHz逐步提高到兆赫范圍甚至G赫范圍。

（三）控制電路實(shí)現(xiàn)集成。早期開關(guān)電源的控制電路由分立元件構(gòu)成，電路設(shè)計(jì)和調(diào)試維修都較為復(fù)雜，不利于開關(guān)電源的推廣應(yīng)用。為了適應(yīng)開關(guān)電源的迅速發(fā)展，集成化的開關(guān)電源控制電路被研制成功，而且功能日益完善。開關(guān)電源控制電路集成化，極大地簡化了開關(guān)電源的設(shè)計(jì)，提高了開關(guān)電源的電性能和可靠性，并且具有體積小、成本低等優(yōu)點(diǎn)。

（四）關(guān)鍵元器件高頻化。為適應(yīng)開關(guān)電源快速發(fā)展需要，開關(guān)電源應(yīng)用的主要元器件也在快速發(fā)展，高頻化是其基本目標(biāo)。開關(guān)電源中的開關(guān)元件-功率晶體管、可控硅、場效應(yīng)管等均在提高工作頻率上發(fā)揮著重要作用。特別是功率管IGBT復(fù)合管，MOSFET場效應(yīng)管的出現(xiàn)，最為引人注目，其不僅把開關(guān)頻率提高到1MHz-lGHz，并且具有開關(guān)特性好、驅(qū)動功率小、不存在二次擊穿、避免熱奔等特殊優(yōu)點(diǎn)。此外，大電流肖特基勢壘的出現(xiàn)極大地改善了低電壓電流開關(guān)電源的整流效率，其具有開關(guān)速度快、反向恢復(fù)時(shí)間短，正向壓降地等優(yōu)點(diǎn)。在濾波過程中，電容器等器件也要在材料、結(jié)構(gòu)工藝諸方面進(jìn)行研制，以適應(yīng)開關(guān)電源高頻化需求。

（五）實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化控制。開關(guān)電源的控制已從模擬控制，模數(shù)混合控制，發(fā)展為全數(shù)字控制階段。全數(shù)字控制是未來的發(fā)展趨勢所在，并且已在許多功率變換設(shè)備中得到廣泛應(yīng)用。然而，過去數(shù)字控制在DC/DC變換器中應(yīng)用較少。近年來，開關(guān)電源的高性能全數(shù)字控制芯片已經(jīng)逐步開發(fā)應(yīng)用，歐美已有多家公司開發(fā)并制造出開關(guān)變換器的數(shù)字控制芯片及軟件。全數(shù)字控制數(shù)字信號與混合模數(shù)信號相比能夠標(biāo)定更小量，芯片價(jià)格較低；針對電流檢測誤差能夠?qū)崿F(xiàn)精確數(shù)字校正，電壓檢測更為精準(zhǔn)；能夠?qū)崿F(xiàn)快速靈活的控制設(shè)計(jì)等。

直流穩(wěn)壓電源電路設(shè)計(jì)范文第3篇

【關(guān)鍵詞】數(shù)控;直流穩(wěn)壓電源;Proteus;設(shè)計(jì)與仿真;教學(xué)案例

1 引言

Proteus軟件是英國LabCenter Electronics公司開發(fā)的EDA工具軟件，由ISIS和ARES兩個(gè)部分構(gòu)成，其中Proteus ISIS軟件包含了革命性的VSM（虛擬仿真技術(shù)），用戶可以對模擬電路、數(shù)字電路、模擬數(shù)字混合電路，以及基于微控制器的系統(tǒng)連同所有的周圍電子器件一起仿真[1-2]。在電子類專業(yè)核心課程的教學(xué)中，除了引導(dǎo)學(xué)生掌握好基礎(chǔ)理論知識外，教師更需要加強(qiáng)對學(xué)生實(shí)踐動手能力的培養(yǎng)，才能促進(jìn)學(xué)生電路設(shè)計(jì)能力以及實(shí)踐創(chuàng)新能力提高，也才能滿足社會對所培養(yǎng)人才的專業(yè)能力需求。而將Proteus仿真軟件技術(shù)應(yīng)用于電子類專業(yè)核心課程的教學(xué)活動中，如模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)以及嵌入式系統(tǒng)等課程的教學(xué)，不僅能夠促進(jìn)教師形象生動地完成教學(xué)任務(wù)，還可以提高學(xué)生的實(shí)踐動手能力，如開展創(chuàng)新性設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、畢業(yè)設(shè)計(jì)、電子設(shè)計(jì)競賽[2]。采用Proteus進(jìn)行虛擬仿真設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)可以根據(jù)需要隨時(shí)對原理電路圖進(jìn)行修改，并立即獲得仿真結(jié)果。一邊設(shè)計(jì)一邊實(shí)驗(yàn)，調(diào)試時(shí)隨時(shí)可以修改電路，要比用萬能板焊接元件搭建硬件平臺更為方便，避免了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中元器件的浪費(fèi)，節(jié)約了時(shí)間和經(jīng)費(fèi)，提高了設(shè)計(jì)的效率和質(zhì)量[3]。本文探討的數(shù)控直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)和仿真，涉及電路理論、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)、EDA技術(shù)等多方面知識，是電子電路設(shè)計(jì)與仿真教學(xué)的典型案例。

2 電路的硬件設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)方案分析

數(shù)控直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)是一個(gè)具有綜合性的設(shè)計(jì)項(xiàng)目，要求具有一定的電壓輸出范圍，輸出電壓能步進(jìn)可調(diào)，能實(shí)時(shí)數(shù)字顯示輸出電壓。

根據(jù)任務(wù)要求，首先該電路主體是一個(gè)電源，屬于模擬電路設(shè)計(jì)，其次需要實(shí)時(shí)顯示輸出電壓，需要譯碼顯示電路，屬于數(shù)字電路知識，還有數(shù)字到模擬的轉(zhuǎn)換，需要數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，整個(gè)轉(zhuǎn)換過程需要相應(yīng)的時(shí)序控制，需要微控制器有序控制電壓的轉(zhuǎn)換、輸出、顯示。因此設(shè)計(jì)方案很多，本文給出一種簡單實(shí)用的方案，在此方案中主要由以下幾個(gè)部分組成（如圖1）：

控制器部分：為了能有序控制電源的步進(jìn)輸出及顯示，本設(shè)計(jì)選用學(xué)生熟悉又比較常用的8051系列單片機(jī)AT89C52。單片機(jī)的作用除了有效控制電壓的數(shù)控輸出及顯示外，還可進(jìn)行功能擴(kuò)展。

電壓輸出部分：本設(shè)計(jì)對電源的輸出電壓電流沒有太高的要求，當(dāng)前已有集成三端穩(wěn)壓器一般能滿足要求，而且這類芯片內(nèi)部都有過流和過熱的保護(hù)電路。例如型號為LM317集成三端穩(wěn)壓器，其額定電流可達(dá)1.5A，輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍為1.2～37V，內(nèi)部有過熱和過流保護(hù)電路，價(jià)格也不貴，所以采用這種芯片為主體來組成所要求的系統(tǒng)是比較合理的。

電壓調(diào)節(jié)部分：為了能實(shí)現(xiàn)電源輸出步進(jìn)變化，結(jié)合集成三端穩(wěn)壓器的特點(diǎn)，選擇模擬開關(guān)和電阻網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成D/A轉(zhuǎn)換電路，將單片機(jī)與三端穩(wěn)壓器聯(lián)接，實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號到模擬信號的轉(zhuǎn)換?？刂茊纹瑱C(jī)輸出的數(shù)字信號即可改變?nèi)朔€(wěn)壓器輸出電壓，實(shí)現(xiàn)電壓的數(shù)控調(diào)節(jié)。

電壓顯示部分：該部分選用常用的數(shù)字電路中的譯碼顯示電路，為了節(jié)約單片機(jī)的IO端口，顯示方式采用動態(tài)顯示。

圖1 整體電路設(shè)計(jì)方案原理圖

2.2 各單元電路硬件設(shè)計(jì)

根據(jù)上面的設(shè)計(jì)思路，為了能快速方便的實(shí)現(xiàn)該設(shè)計(jì)方案，采用常用的一種仿真設(shè)計(jì)軟件Proteus完成該電路的設(shè)計(jì)與仿真。Proteus軟件包含了豐富的元器件庫，能夠很方便地調(diào)用設(shè)計(jì)方案中需要的各種元器件連接成電路，并進(jìn)行仿真測試。

2.2.1 單片機(jī)控制電路

單片機(jī)是數(shù)控電源的核心，它通過軟件的運(yùn)行來控制整個(gè)電路的工作，從而完成設(shè)定的功能。本設(shè)計(jì)中控制電路選用AT89C52單片機(jī)，它是由美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓、高性能8位CMOS單片機(jī)，片內(nèi)含8K字節(jié)的FLASH或PEROM和256字節(jié)的RAM，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，與標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及8052產(chǎn)品引腳兼容[4]。AT89C52接收來自按鍵的信息，并對按鍵輸入的信息進(jìn)行處理，從而控制輸出電壓的變化，并將變化的結(jié)果輸出到顯示電路上。

2.2.2 電壓輸出電路

該電路主要由集成三端穩(wěn)壓器LM317作為核心器件穩(wěn)定輸出電壓，該芯片內(nèi)部有過流和過熱保護(hù)電路，電容C1、C3濾除交流雜波，二極管D1為負(fù)載電容的存儲電荷提供一條放電通路[4]。LM317的穩(wěn)壓輸出電路如下圖2所示。

圖2 LM317穩(wěn)壓輸出電路

圖2中輸出電壓滿足下列關(guān)系，

由于調(diào)整端的電流IADJ小于100uA，大多數(shù)情況應(yīng)用時(shí)可以忽略，因此輸出電壓近似為 ，通過調(diào)節(jié)可調(diào)電阻R2可以很方便地改變輸出電壓。

2.2.3 電壓調(diào)節(jié)電路

從上面的LM317輸出電壓公式得知只要改變可調(diào)電阻R2的大小可以很方便地改變輸出電壓的大小，如果把R2設(shè)計(jì)成一個(gè)線性電阻網(wǎng)絡(luò)，通過模擬開關(guān)進(jìn)行切換，就可以實(shí)現(xiàn)數(shù)控輸出電壓的要求[5]。線性電阻調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)如圖3所示，電路中選用8個(gè)電阻值依次倍增的精密電阻，模擬開關(guān)選擇常見的繼電器，通過按鍵輸入控制單片機(jī)P1口輸出的數(shù)字量控制繼電器的閉合與斷開，實(shí)現(xiàn)一種類似于數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)，來改變接入LM317調(diào)整端電阻的大小，從而改變輸出電壓大小。

圖3 線性電阻調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)

2.2.4 電壓顯示電路

譯碼顯示電路選用4位數(shù)碼管的動態(tài)顯示方式（如圖4所示）。將單片機(jī)的P2.0和P2.1口控制數(shù)碼管的段選和位選的選通，P0口實(shí)現(xiàn)對數(shù)碼管段選和位選的數(shù)據(jù)傳送。P0口既要輸出位選數(shù)據(jù)還要輸出段選數(shù)據(jù)，因此采用分時(shí)傳送方式，分別用兩個(gè)鎖存器74HC573保存對應(yīng)的位選數(shù)據(jù)和段選數(shù)據(jù);兩個(gè)鎖存器的工作分別通過單片機(jī)的P2.0和P2.1口來控制。

圖4 譯碼顯示電路

2.2.5 聲光指示電路

為了能指示輸出電壓的最大值、最小值，分別添加紅、綠LED指示燈;為了能指示按鍵的增減，添加蜂鳴器，按鍵每按下一次，就發(fā)出報(bào)警聲一次。

3 電路的軟件設(shè)計(jì)

直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)是以單片機(jī)為核心控制電壓的調(diào)節(jié)與顯示，因此需要編寫相應(yīng)軟件程序控制單片機(jī)有序工作。

根據(jù)以上電源系統(tǒng)的硬件特點(diǎn)和實(shí)現(xiàn)功能，軟件程序的結(jié)構(gòu)可分為主程序和若干子程序[6]。主程序主要完成：系統(tǒng)初始化、數(shù)碼管顯示、按鍵是否按下，并跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)功能的子程序中去。主程序流程圖如圖5所示。子程序包括：系統(tǒng)初始化子程序、顯示數(shù)據(jù)處理子程序、數(shù)碼管顯示子程序、按鍵中斷子程序等。

圖5 主程序流程圖

4 電路的整體設(shè)計(jì)與仿真分析

單片機(jī)系統(tǒng)的仿真是Proteus軟件的一大特色。首先在Proteus中將上面硬件設(shè)計(jì)的各單元電路連接成一個(gè)完整的數(shù)控直流穩(wěn)壓電源仿真電路（如圖6所示）;然后創(chuàng)建源代碼程序文件，并編輯該電源系統(tǒng)的程序源代碼;接著將源代碼編譯生成為目標(biāo)代碼，將目標(biāo)代碼添加到圖6中的單片機(jī)元件的屬性中，相當(dāng)于在實(shí)際電路中對單片機(jī)下載目標(biāo)程序;最后進(jìn)行電路的調(diào)試仿真[7]。

圖6 整體設(shè)計(jì)仿真電路圖

圖6所示電路的仿真結(jié)果如下：當(dāng)電路上電工作后，由于電阻網(wǎng)絡(luò)中沒有電阻接入LM317的調(diào)整端，數(shù)碼管上顯示出電壓為1.25V。當(dāng)電壓增加按鍵按下時(shí)，單片機(jī)的外部中斷0產(chǎn)生中斷，蜂鳴器報(bào)警，電壓計(jì)數(shù)值增加1，接入的電阻網(wǎng)絡(luò)中的電阻值增加一個(gè)單位，相應(yīng)的輸出電壓增加0.1V;保存數(shù)碼管結(jié)果的計(jì)數(shù)器值加1，P2.0端口選通譯碼顯示電路的位選鎖存器，送入相應(yīng)的位選數(shù)據(jù);P2.1端口選通譯碼顯示電路的段選鎖存器，送入段選數(shù)據(jù);數(shù)碼管上顯示結(jié)果值增加0.1。當(dāng)電壓增大到15V時(shí)，紅燈亮，顯示電壓值不變化，輸出電壓值也不再增加;當(dāng)電壓減小到1.25V時(shí)，綠燈亮，顯示電壓值不變，輸出電壓也不再減小。

在仿真電路中增加虛擬測試儀器，如圖6中在穩(wěn)壓輸出端Vout添加直流電壓表或者電壓探針，可以在仿真中實(shí)時(shí)觀測輸出電壓的變化數(shù)據(jù)[3]。

電路仿真輸出的理想結(jié)果是：電壓輸出大小從1.25V到15V變化，變化步進(jìn)單位為0.1V;但實(shí)際上仿真結(jié)果是：數(shù)碼管上顯示結(jié)果與LM317輸出端接的電壓探針測量的電壓值有一點(diǎn)誤差。仿真測試數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 仿真測試數(shù)據(jù)對比表

顯示值 測量值 誤差 顯示值 測量值 誤差 顯示值 測量值 誤差

1.35 1.356 -0.006 5.55 5.527 0.023 11.55 11.475 0.075

1.55 1.554 -0.004 5.95 5.924 0.026 11.95 11.871 0.079

1.95 1.951 -0.001 6.55 6.520 0.030 12.55 12.465 0.085

2.35 2.349 0.001 6.95 6.916 0.034 12.95 12.861 0.089

2.55 2.548 0.002 7.55 7.511 0.039 13.35 13.257 0.093

2.95 2.946 0.004 7.95 7.908 0.042 13.55 13.455 0.095

3.35 3.343 0.007 8.55 8.503 0.047 13.95 13.850 0.100

3.55 3.541 0.009 8.95 8.900 0.050 14.35 14.247 0.103

3.95 3.939 0.011 9.55 9.494 0.056 14.55 14.444 0.106

4.35 4.335 0.015 9.95 9.891 0.059 14.75 14.642 0.108

4.55 4.535 0.015 10.55 10.485 0.065 14.85 14.741 0.109

4.95 4.932 0.018 10.95 10.881 0.069 14.95 14.840 0.110

從仿真結(jié)果上看，隨著電壓的增加，數(shù)碼管輸出的理想結(jié)果與電壓探針輸出的結(jié)果誤差將逐漸增加，最大相對誤差為0.11V，即數(shù)碼管上顯示電壓值為14.95V時(shí)，電壓探針實(shí)時(shí)測量電壓值為14.840V。仿真結(jié)果說明該電路在精度要求不是很高的場合足以適合應(yīng)用。

分析誤差的原因：（1）仿真軟件中的電路元件畢竟是模擬元件，不是真實(shí)電路，即使真實(shí)電路也會有一定的誤差;（2）顯示結(jié)果是直接將控制繼電器的數(shù)字信號通過單片機(jī)軟件顯示出來，而電壓探針測量的是LM317輸出端的電壓值，兩種的顯示位數(shù)、精度不同。當(dāng)然實(shí)際輸出端的結(jié)果還取決于連接的電阻網(wǎng)絡(luò)中的電阻值的合理選取。通過仿真不但可以觀察輸出結(jié)果，還可以在仿真軟件中很容易修改電路并分析結(jié)果。

5 小結(jié)

本文利用Proteus軟件實(shí)現(xiàn)了一種數(shù)控穩(wěn)壓直流電源的設(shè)計(jì)與仿真，無論設(shè)計(jì)過程還是仿真測試結(jié)果都達(dá)到了滿意的效果。該電路的設(shè)計(jì)與仿真作為電子類專業(yè)的綜合課程設(shè)計(jì)典型教學(xué)案例，在教學(xué)過程中應(yīng)用Proteus仿真軟件對電路的設(shè)計(jì)方案及結(jié)果進(jìn)行實(shí)時(shí)的仿真測試與分析，一方面仿真設(shè)計(jì)操作簡單，搭建電路、測試結(jié)果方便，修改設(shè)計(jì)快捷;另一方面在教學(xué)中增加了學(xué)生電路設(shè)計(jì)上的感性認(rèn)識，便于對電路設(shè)計(jì)理論的理解，提高了學(xué)生的興趣?？傊肞roteus仿真軟件能較好地完成設(shè)計(jì)任務(wù)，將之應(yīng)用到相關(guān)課程教學(xué)中是一種新的教

學(xué)方法，有助于教師的教學(xué)和學(xué)生的自主學(xué)習(xí)。

參考文獻(xiàn)：

[1]王勇，曹磊.Proteus虛擬電子實(shí)驗(yàn)室在教學(xué)中的應(yīng)用研究[J].中國電力教育，2014（03）：124-125.

[2]侯向鋒，周兆豐.Proteus在模擬電子技術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用[J].湖北師范學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2012（04）：114-118.

[3]周潤景，張麗娜，丁莉.基于PROTEUS的電路及單片機(jī)設(shè)計(jì)與仿真（第二版）[M].北京航空航天大學(xué)出版社，2010.

[4]蔡順燕.基于AT89C52的數(shù)控直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)[J].成都師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2014（03）：112-115.

[5]唐金元，王翠珍.0～24V可調(diào)直流穩(wěn)壓電源電路的設(shè)計(jì)方法[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2008（04）：12-14.

[6]周立功.單片機(jī)實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐[M].北京航空航天大學(xué)出版社，2006.

直流穩(wěn)壓電源電路設(shè)計(jì)范文第4篇

【關(guān)鍵詞】單片機(jī)；直流穩(wěn)壓；數(shù)模轉(zhuǎn)換

一、數(shù)字式可調(diào)穩(wěn)壓電源原理介紹

1.方案分析與選擇

方案一：數(shù)控部分用單片機(jī)帶動數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片提供線性穩(wěn)壓電壓的參考電壓。

優(yōu)點(diǎn)：對于單片機(jī)，系統(tǒng)工作在開環(huán)狀態(tài)，對數(shù)模轉(zhuǎn)換的精度要求較高，設(shè)計(jì)成本低。

缺點(diǎn)：功耗較大，LED數(shù)碼管輸出顯示不是系統(tǒng)的精確輸出電壓，須對它進(jìn)行軟件補(bǔ)償。

方案二：數(shù)控部分用AVR單片機(jī)的PWM組成開關(guān)電源，再利用AVR的AD轉(zhuǎn)換對輸出電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換，利用軟件進(jìn)行電壓調(diào)整以達(dá)到穩(wěn)壓。

優(yōu)點(diǎn)：硬件簡單，穩(wěn)壓的大部分工作由軟件完成，對單片機(jī)的運(yùn)行速度要求很高，利用手頭的ATmaga16L單片機(jī)最高8MHz工作頻率很難達(dá)到速度要求。對軟件要求較高，功耗小。

缺點(diǎn)：輸出紋波電壓較大，對軟件的要求很高。

方案二簡單的電路結(jié)構(gòu)起初對設(shè)計(jì)者很吸引，但是后來了解到AVR單片機(jī)的PWM的精度用于開關(guān)電源比較勉強(qiáng)，而且開關(guān)電源有個(gè)通病：紋波電壓大，考慮到設(shè)計(jì)目標(biāo)對電源的功耗要求不是很嚴(yán)，同時(shí)為了保證紋波足夠小也鑒于自身對于51單片機(jī)和線性電源較為熟練，故選擇方案一。

2.總體設(shè)計(jì)原理

本設(shè)計(jì)采用AT89S52單片機(jī)作為整機(jī)的控制單元，利用4×4鍵盤輸入數(shù)字量，通過控制單元輸出數(shù)字信號，再經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換器（DA0832）輸出模擬量，最后經(jīng)過運(yùn)算放大器隔離放大，控制輸出功率管的基極，隨著輸出功率管的基極電壓的變化，間接地改變輸出電壓的大小。

二、數(shù)字式可調(diào)穩(wěn)壓電源硬件電路設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)主要圍著AT89S 52單片機(jī)作為整機(jī)的控制單元用PROTEL 99SE設(shè)計(jì)軟件來布線的，其中還用到了模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片DAC0832、外部存儲芯片24C01、放大器芯片LM324、4×4矩陣式鍵盤、數(shù)碼管等其他器件?？傮w框圖考慮到各個(gè)元件的電氣特性，例如元器件之間的干擾問題，接地問題，布線問題等，本系統(tǒng)將硬件電路設(shè)計(jì)分為數(shù)字部分和模擬部分。

（一）穩(wěn)壓電源數(shù)字部分電路

穩(wěn)壓電源數(shù)字部分電路即單片機(jī)接口電路主要包括：DAC0832數(shù)模轉(zhuǎn)換電路、EEPROM接口電路、鍵盤接口電路、揚(yáng)聲器接口電路、復(fù)位電路、晶振電路及數(shù)碼管顯示部分電路。

1.單片機(jī)接口總電路

單片機(jī)AT89S52與器件的接口總電路如圖1所示，下面將各部分電路介紹，AT89S52的P0、P2.5-P2.7接數(shù)碼管輸出顯示部分電路，其中P0口用來輸出字段碼；P2.5-P2.7用來輸出數(shù)碼管選通位信號；P2.0、P2.2分別接外部存儲芯片24C01的數(shù)據(jù)線（SDA）和時(shí)鐘線（SCL）；P2.3接揚(yáng)聲器電路，為執(zhí)行內(nèi)部程序指令，EA/VPP必須接VCC。

AT89S52的P1口與數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片DAC0832相連接，用來輸出數(shù)字量信號；RST為復(fù)位腳，用來輸入復(fù)位信號，同時(shí)它還與P1.5-P1.7一起用作ISP下載端口；P3口用做鍵盤信號輸入端口，XTAL1、XTAL2接晶振電路。

2.單片機(jī)電路接口電路

主要有：24C01與單片機(jī)AT89S52接口電路、4×4矩陣鍵盤接口電路、揚(yáng)聲器電路、AT89S52單片機(jī)復(fù)位電路及外部晶振電路、數(shù)碼管顯示部分電路。下面簡單介紹一下存儲芯片。

穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)中利用它存儲電壓輸出值，實(shí)現(xiàn)掉電保存當(dāng)前電壓值的功能。它的引腳1、2、3、4、7接地；8腳接+5V；5腳與6腳分別接單片機(jī)的P2.0、P2.2的同時(shí)接5.1K上拉電阻后再接+5V（因連接總線的器件的輸出端必須是集電極或漏極開路，以具備線“與”功能）。

3.數(shù)字部分電路PCB設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)中，數(shù)字部分電路PCB采用Pro-tel99se軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)。如圖2所示：

（二）穩(wěn)壓電源模擬部分電路

穩(wěn)壓電源模擬部分電路主要包括電源部分電路，由運(yùn)放LM324、達(dá)林頓管TIP127等構(gòu)成的輸出電壓控制單元電路。另外，模擬部分電路屬于高壓部分，穩(wěn)壓管和達(dá)林頓管發(fā)熱量比較大，要帶散熱片；同時(shí)須將它與5V低壓工作的數(shù)字部分電路分開，這樣可有效地防止元件的損壞，這也是系統(tǒng)為什么將電路設(shè)計(jì)分為數(shù)字部分和模擬部分的原因。

1.電源部分電路

在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中考慮到單片機(jī)及其他器件的電源供電問題，采用一個(gè)變壓器將220V交流電降壓再經(jīng)電橋整流，獲得25V左右的平穩(wěn)電壓，然后用穩(wěn)壓管78L24、78L12、78L05進(jìn)行三次穩(wěn)壓，分別獲得24V、12V和5V的穩(wěn)定電壓，24V提供的是運(yùn)算放大器LM324和達(dá)林頓管TIP127的工作電壓，5V是AT89S52單片機(jī)和DAC0832的工作電壓。圖3所示。

2.輸出電壓控制單元電路

系統(tǒng)中，矩陣鍵盤輸入數(shù)字信號經(jīng)AT89S52處理后輸出給DAC0832，數(shù)字信號經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換后輸出的是電流量，因此必須將電流量接電阻后接反饋放大電路以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓輸出。本設(shè)計(jì)的模擬部分利用了LM324作為放大器，采用二級放大電路，第一級為同相比例放大電路，第二級為閉環(huán)反饋放大電路。

本設(shè)計(jì)實(shí)際用到的數(shù)字式可調(diào)穩(wěn)壓電源模擬部分輸出電壓控制單元電路，其中用電位器和微調(diào)電阻作為校準(zhǔn)電壓值硬件補(bǔ)償；用達(dá)林管TIP127作為調(diào)整管，由于其工作時(shí)發(fā)熱量較大，須外加散熱裝置。

三、數(shù)字式可調(diào)穩(wěn)壓電源軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)的功能是：鍵盤對單片機(jī)輸入數(shù)據(jù)，單片機(jī)對獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，處理后的數(shù)據(jù)送4位共陽數(shù)碼管，再送到8位數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片（DAC0832），以實(shí)現(xiàn)數(shù)字量對電壓的控制。系統(tǒng)中的主程序主要完成鍵盤掃描、判斷、處理和數(shù)碼顯示。

1.編程語言及輸入

C語言在單片機(jī)的應(yīng)用中，由于其邏輯性強(qiáng)，可讀性好，比匯編語言靈活簡練，目前越來越多的人從普遍使用匯編語言到逐漸使用C語言開發(fā)，市場上幾種常見的單片機(jī)均有其C語言開發(fā)環(huán)境。因此，在本系統(tǒng)中，考慮到匯編語言的這些缺點(diǎn)，采用了C語言作為軟件設(shè)計(jì)語言。

2.軟件補(bǔ)償編程

由于系統(tǒng)采用DAC0832進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換線性穩(wěn)定度不夠好，因此系統(tǒng)實(shí)際輸出電壓值與輸出顯示值存在誤差，必須用軟件補(bǔ)償?shù)霓k法來消除誤差。為此通過測試多組實(shí)際輸出電壓值與輸出顯示值對比，然后進(jìn)行軟件補(bǔ)償，所以程序中調(diào)用軟件補(bǔ)償函數(shù)對輸出電壓值的補(bǔ)償，從而消除誤差。

四、結(jié)束語

本系統(tǒng)的不足之處就是不能對輸出電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣，為了能夠使系統(tǒng)具備檢測實(shí)際輸出電壓值的大小，系統(tǒng)通過加入模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊（ADC0809芯片）進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，間接用單片機(jī)實(shí)時(shí)對電壓采樣，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及顯示。這樣一來使系統(tǒng)輸出誤差更小，效果更好，這也是系統(tǒng)將來的一種功能擴(kuò)展。

單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的數(shù)字式可調(diào)穩(wěn)壓電源由于原理簡單、穩(wěn)定性好、精度高、成本低、易實(shí)現(xiàn)等諸多優(yōu)點(diǎn)而受到越來越廣泛的重視。其性能優(yōu)于傳統(tǒng)的可調(diào)直流穩(wěn)壓電源，操作方便，非常適合一般教學(xué)和科研使用。

參考文獻(xiàn)

[1]王兆安，黃俊.電力電子技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.

直流穩(wěn)壓電源電路設(shè)計(jì)范文第5篇

關(guān)鍵詞：Atmega16單片機(jī)；DA轉(zhuǎn)換器；開關(guān)穩(wěn)壓芯片；BUCK電路

數(shù)控直流電壓源，就是輸出電壓可控的直流電壓源。如今，電子設(shè)備己成為人們?nèi)粘９ぷ骱蜕钪斜夭豢缮俚囊徊糠?，而電源恰恰是電子設(shè)備的心臟，為電子設(shè)備提供所必需的能量，起著萬分關(guān)鍵的作用。電源系統(tǒng)對安全性、可靠性、便捷性以及實(shí)用性的要求正變得越來越高，數(shù)控直流電壓源也因此逐漸受到人們的青睞。傳統(tǒng)可調(diào)電源往往通過電位器來達(dá)到目的，雖然這樣的電源有很大的輸出功率，但很難做到精確調(diào)整，效率也不高。而數(shù)控直流電壓源輸出精確可調(diào)，亦有較高的輸出功率以及轉(zhuǎn)換效率，且更加輕便。本文的目的就是研究和實(shí)現(xiàn)高效低耗的數(shù)控直流電壓源。

1數(shù)控直流電壓源基本組成及工作原理

本文所設(shè)計(jì)的數(shù)控直流電壓源的基本組成結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，系統(tǒng)中，MCU選用AVR單片機(jī)Atmega16，它內(nèi)部資源豐富，功耗低，可以保證系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠運(yùn)行。DA轉(zhuǎn)換器選用TLC5615，其基準(zhǔn)源由基準(zhǔn)源芯片REF5020產(chǎn)生。模擬電路模塊包括開關(guān)穩(wěn)壓芯片LM2596_ADJ，運(yùn)放芯片TL082，開關(guān)型電壓轉(zhuǎn)換芯片LMC7660以及功率電感等器件，共同構(gòu)成一個(gè)BUCK電路。輸出電壓、電流經(jīng)采樣電路采入MCU并由液晶LCD5110進(jìn)行顯示。按鍵作為輸入設(shè)備，對輸出電壓進(jìn)行設(shè)置。

本設(shè)計(jì)工作原理是將單片機(jī)與DA轉(zhuǎn)換器進(jìn)行SPI通信，使DA輸出可調(diào)的控制電壓，送到運(yùn)放TL082反相端。而以開關(guān)穩(wěn)壓芯片LM2596_ADJ為核心的BUCK電路上電后即輸出電壓，經(jīng)分壓后送到運(yùn)放同相端，此時(shí)TL082作為比較器使用以比較上述兩個(gè)電壓。運(yùn)放輸出信號經(jīng)二極管IN4148送入LM2596-ADJ的反饋腳（FB端）控制輸出電壓，由于LM2596-ADJ內(nèi)部有1.235V基準(zhǔn)電壓以及比較器，當(dāng)FB腳處電壓小于基準(zhǔn)時(shí)，會抬高輸出電壓；反之，則會降低，最終達(dá)到穩(wěn)定從而達(dá)到數(shù)控的功能。接上負(fù)載后，輸出電壓、電流經(jīng)采樣點(diǎn)路送入MCU，就能在LCD5110上顯示輸出電壓與輸出電流。當(dāng)采得電流值大于額定值，則將軟件關(guān)閉LM2596_ADJ的使能端，進(jìn)行過流保護(hù)。

2系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

2.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)

單片機(jī)最小系統(tǒng)是利用最少的器件而使單片機(jī)工作的電路組織形式。 最小系統(tǒng)電路原理圖如圖2，包括單片機(jī)、振蕩電路、復(fù)位電路及供電電路。

2.2 DA轉(zhuǎn)換器及其基準(zhǔn)源電路設(shè)計(jì)

DA轉(zhuǎn)換器及其基準(zhǔn)源電路設(shè)計(jì)如圖3所示， REF5020電路簡單，在其2腳（Vin）與4腳（Gnd）之間加上18V以下直流電壓，再在6腳（Vout）接小電容即可得到基準(zhǔn)電壓。TLC5615為10位DA轉(zhuǎn)換器，其1～4腳可與單片機(jī)標(biāo)準(zhǔn)SPI口PB4～7相連，通過收到的10位數(shù)字碼控制輸出電壓。它的5腳與8腳加上供電電壓，6腳（REFIN）接來自基準(zhǔn)源的2.048V電壓，就能在7腳獲取DA的輸出電壓。

2.3 穩(wěn)壓電路及其后級濾波電路設(shè)計(jì)

LM2596系列是降壓型開關(guān)穩(wěn)壓芯片，其電路為一標(biāo)準(zhǔn)BUCK電路。穩(wěn)壓電路及其后級濾波電路設(shè)計(jì)如圖4所示，輸入電壓從其1腳（IN）與3腳（GND）接入，輸入電壓為40V以下直流電壓。開關(guān)信號由其2腳（OUT）輸出，加到電感與吸納二極管上。5腳（ON/OFF）為芯片使能端，低電平有效。4腳（FB）為反饋端，接入反饋信號以控制輸出電壓。圖中上半部分為5.0V穩(wěn)壓輸出，為單片機(jī)供電。下半部分為主穩(wěn)壓電路，輸出可數(shù)控的電壓。PCB設(shè)計(jì)要點(diǎn)，輸出電感、電容以及后級濾波電路參數(shù)設(shè)計(jì)可按實(shí)際設(shè)計(jì)要求參考芯片技術(shù)手冊。

2.4 負(fù)電壓產(chǎn)生電路設(shè)計(jì)

由于需為運(yùn)放提供雙電源，故需產(chǎn)生一負(fù)電壓，可利用開關(guān)型電壓轉(zhuǎn)換芯片LMC7660。負(fù)電壓產(chǎn)生電路設(shè)計(jì)如圖5，在芯片8腳（V+）與3腳（GND）加入一正直流電壓，并在2腳與4腳之間串上一10～22μF電容，即可在5腳得到對應(yīng)正電壓的負(fù)電壓。

2.5 比較電路設(shè)計(jì)

比較電路設(shè)計(jì)如圖6所示，本部分電路的核心思想是將輸出電壓（經(jīng)分壓后）與DA輸出的控制電壓進(jìn)行比較，若輸出電壓小，則抬高輸出電壓；反之，則降低，使兩個(gè)電壓達(dá)到動態(tài)平衡以達(dá)到數(shù)控目的。本電路中，運(yùn)放與反相端之間的電容，與反饋端的電阻構(gòu)成一個(gè)類似積分器的結(jié)構(gòu)，當(dāng)平衡時(shí)，正負(fù)偏移量相等，故系統(tǒng)輸出將很穩(wěn)定。

3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件總流程圖如圖7所示，本部分設(shè)計(jì)包括單片機(jī)與DAC的SPI通信子程序、AD采樣子程序、掉電保持子程序、液晶顯示子程序以及鍵盤掃描子程序，從而達(dá)到控制DA輸出電壓、獲取實(shí)時(shí)電壓電流、掉電保持、實(shí)時(shí)顯示以及鍵盤控制等多項(xiàng)功能，具體見下文分析。

3.1 單片機(jī)SPI通信程序設(shè)計(jì)

AVR單片機(jī)Atmega16的標(biāo)準(zhǔn)SPI口為PB4～PB7，當(dāng)直接使用時(shí)，只需配置若干相關(guān)寄存器即可進(jìn)行數(shù)據(jù)的主從機(jī)傳輸，且由于本程序無需從DA傳數(shù)據(jù)到單片機(jī)，故實(shí)際上MISO（PB6）口是不需工作的。工作時(shí)，需要配置SPI相關(guān)寄存器，即SPCR寄存器以及確定主機(jī)模式、時(shí)鐘頻率等。當(dāng)使能端（PB4）有效，將一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)賦給數(shù)據(jù)寄存器SPDR，就可傳送一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)到TLC5615，完成后狀態(tài)寄存器SPSR中的SPI完成標(biāo)志位置位，在下次傳送時(shí)需軟件清零，完成后PB4拉高以停止SPI數(shù)據(jù)傳輸。

3.2 AD采樣程序設(shè)計(jì)

Atmega16單片機(jī)內(nèi)部集成了一個(gè)8通道10位的AD轉(zhuǎn)換器。使用時(shí)，首先需要配置AD模式寄存器ADMUX以確定AD的參考電壓選取、采樣通道、放大倍數(shù)等。下面要配置ADC控制和狀態(tài)寄存器ADCSRA寄存器以決定分頻率，AD中斷是否使能，AD是否啟動等。另外，若要使用AD中斷，還要配置全局中斷寄存器SREG。完成后就會開始進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換得到的10位數(shù)字碼存在兩個(gè)寄存器ADCH與ADCL，在程序中取出兩個(gè)寄存器內(nèi)容后進(jìn)行一定的轉(zhuǎn)換即可。

3.3 掉電保持程序設(shè)計(jì)

Atmega16內(nèi)部具有512字節(jié)EEPROM，地址范圍為0～511。EEPROM的讀寫方便，ROM的每個(gè)地址可存儲一個(gè)字節(jié)。每當(dāng)用于控制的10位數(shù)字碼變化，就將其按高低8位拆分，存入ROM中，當(dāng)開機(jī)時(shí)再取出相應(yīng)地址里的內(nèi)容，重組10位數(shù)字碼，即可完成掉電保持功能。

3.4 液晶顯示程序設(shè)計(jì)

LCD5110是84*48點(diǎn)陣液晶顯示屏，它采用串行接口與MCU進(jìn)行通信且支持多種串行通信協(xié)議。液晶顯示字符的原理就是將每個(gè)6*8的點(diǎn)陣進(jìn)行選擇性點(diǎn)亮，使其顯示出相應(yīng)字符的形狀。本設(shè)計(jì)需顯示電壓、電流，當(dāng)?shù)玫紸D采樣結(jié)果后，將數(shù)據(jù)按位拆分，并顯示在不同位置即可。

4結(jié)論

通過測試，本文所設(shè)計(jì)的數(shù)控直流電壓源性能穩(wěn)定可靠，設(shè)計(jì)電路實(shí)用、簡單，效率高，帶負(fù)載能力較強(qiáng)，該系統(tǒng)有如下特點(diǎn)：

（1）本系統(tǒng)輸出電壓在0～24V可調(diào)，步進(jìn)為0.1V，輸出電流最大可達(dá)3A，輸出電壓值、電流值由液晶LCD5110顯示。

（2）最大輸出功率45W以上，電源效率在80%以上，紋波不大于100mV。

（3）具有掉電保持、過流保護(hù)、常用電壓預(yù)置等多種功能。

本數(shù)控直流電壓源設(shè)計(jì)方案巧妙、電路及控制原理簡單，輸出可調(diào)且具有不錯(cuò)的帶負(fù)載能力、很高的轉(zhuǎn)換效率，可應(yīng)用于供電電壓在24V以下的各類電子設(shè)備供電。

參考文獻(xiàn)：

[1]左現(xiàn)剛，張志霞.基于AVR單片機(jī)的數(shù)控直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)[J].微型機(jī)與應(yīng)用2012，31（8）：84-86.

[2]蔡宣三，倪本來.開關(guān)電源設(shè)計(jì)與制作基礎(chǔ)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2012.6

[3]陳學(xué)清，黃世震.一種新型數(shù)控直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)[J].通信電源技術(shù)2006，23（2）：17-20.

[4]路秋生.開關(guān)電源技術(shù)與典型應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2009.

作者簡介：

沈瀚祺，男，（1991～）浙江桐鄉(xiāng)人，杭州電子科技大學(xué)電子信息學(xué)院本科生，研究方向：數(shù)字圖像處理與DSP芯片設(shè)計(jì)。