直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)和制作

李　毅

摘要 介紹一種直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)和制作。直流穩(wěn)壓電源的用途非常廣泛，老式的直流穩(wěn)壓電源調(diào)節(jié)不是很方便，讀數(shù)也不直觀。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，利用單片機(jī)控制的直流穩(wěn)壓電源性能有很大的改觀。

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

中圖分類(lèi)號(hào)：TM131.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-489X（2009）09-0091-02

Regulated DC Power Supply Design and Production//Li yi

Abstract This article on the introduction of a regulated DC power supply design and production. The voltage regulator uses DC power supply is very broad, old-fashioned DC power regulator voltage regulator is not very convenient nor intuitive readings. With the development of electronic technology, the use of single-chip microcomputer-controlled voltage regulator DC power supply has greatly improved performance.

Key words microcomputer；regulator DC power supply；Design

Authors address Environmental Monitoring Center of Yueyang City, Yueyang, Hunan 414000

1 電源的功能和特點(diǎn)

該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(guò)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2 V～18 V、0.1 V步長(zhǎng)可調(diào)電壓，驅(qū)動(dòng)能力最大可達(dá)1 A，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(guò)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(hù)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(guò)高損壞用戶(hù)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+5 V，另外一路輸出正負(fù)步長(zhǎng)0.1 V可調(diào)電壓，輸出范圍為±2 V～±18 V，最大負(fù)載電流為1 A，顯示實(shí)際輸出電壓誤差不超過(guò)0.05 V；4）電路具有雙重保護(hù)功能，為了防止負(fù)載短路燒毀三端穩(wěn)壓芯片，在取樣電阻前端添加一個(gè)1 A的保險(xiǎn)，而且在軟件中也設(shè)計(jì)了過(guò)載保護(hù)[1]。

2 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(pán)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。

2.1 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(chēng)，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(guò)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，電阻網(wǎng)絡(luò)如圖3所示。

繼電器采用松下公司生產(chǎn)的TQ-12，它有2組常開(kāi)、常閉觸點(diǎn)，由單片機(jī)的I/O口控制其斷開(kāi)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-12 V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(kāi)和閉合的問(wèn)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[2]。

2.2 穩(wěn)壓及輸出電壓控制穩(wěn)壓電路如圖5所示。它由三端穩(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1.25 V。為了達(dá)到起始電壓為2 V，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1.25 V。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0.1 V可調(diào)輸出電壓。

輸出電壓控制電路同樣采用圖3所示繼電器電阻網(wǎng)絡(luò)，與壓差控制電路的區(qū)別在于輸出電壓控制電路采用8個(gè)TQ-12繼電器。電阻網(wǎng)絡(luò)的每個(gè)電阻都需要精密匹配，電阻的精密程度直接影響輸出電壓的精度。

2.3 電壓電流采樣電路電壓電流采樣電路如圖6所示，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]。

2.4 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(hù)在重新上電后不再設(shè)置，而且也不會(huì)因?yàn)殡妷褐颠^(guò)高損壞用戶(hù)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(mén)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(mén)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(guò)軟件設(shè)置，在每次電壓設(shè)置值結(jié)束后把該值直接寫(xiě)入到X5045的某個(gè)內(nèi)存單元，而系統(tǒng)在初始化的過(guò)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。

3 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7所示，其中外部中斷用于鍵盤(pán)進(jìn)行電壓設(shè)置，定時(shí)器中斷用于瞬間過(guò)載保護(hù)。

本文給出基于AT89S51單片機(jī)的數(shù)字化可調(diào)穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)思路，對(duì)主要硬件電路進(jìn)行分析，并給出軟件流程。測(cè)試考核結(jié)果表明：基于AT89S51單片機(jī)直流穩(wěn)壓電源穩(wěn)定性好、精度高、成本低，其性能優(yōu)于傳統(tǒng)的可調(diào)直流穩(wěn)壓電源，大大改善傳統(tǒng)的穩(wěn)壓電源的性能，簡(jiǎn)單易用，成本低廉，非常適合一般教學(xué)和科研使用。

參考文獻(xiàn)

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