直流穩壓電源電路基于AT89C51的設計方案研究與探索

摘 要:本系統穩壓電源部分采用電壓調整器μA723外加調整管2SC3280實現此功能，再通過單片機AT89C51來起控制電路，實現了擴充多種功能。穩流部分采用了三端穩壓調整器LM317T實現。DC-DC變換器采用了兩片PFM控制芯片MAX770來實現，使輸出電壓提高到+100V，輸出電流最大可以達到100mA。電壓調整，負載調整率及紋波電壓均優于指標要求。可以說本系統比其它同類產品要好的多。此研究可供工程技術人員、電子愛好者參考使用。

關鍵詞:AT89C51直流穩壓電源電路設計

中圖分類號:TM44文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)06(a)-0058-01

1 幾種常見方案論證與比較

1.1 穩壓電源部分

方案一:簡單的并聯型穩壓電源;并聯型穩壓電源的調整元件與負載并聯，因而具有極低的輸出電阻，動態特性好，電路簡單，并具有自動保護功能;負載短路時調整管截止，可靠性高，但效率低，尤其是在小電流時調整管需承受很大的電流，損耗過大，因而不能采用此方案。方案二:輸出可調的開關電源;開關電源的功能元件工作在開關狀態，因而效率高，輸出功率大;且容易實現短路保護與過流保護，但是電路比較復雜，設計繁瑣，在低輸出電壓時開關頻率低，紋波大，穩定度極差，因而也不能采用此方案。

方案二:由μA723組成的零伏起調電源;μA723內部設有高精度基準電壓源和高增益的放大器，外圍電路比較簡單，電壓穩定度也比較高，其典型電壓調整率為0.01%，負載調整率為0.03%，且熱穩定性好，輸出噪聲也很小，還內設有過電流控制電路，使用安全可靠，具有較高的性價比，為首選方案。

1.2 穩流電源部分

方案一:采用7805三端穩壓器電源;固定式三端穩壓電源(7805)是由輸出腳Vo，輸入腳Vi和接地腳GND組成，它的穩壓值為+5V，它屬于CW78xx系列的穩壓器，輸入端接電容可以進一步的濾波，輸出端也要接電容可以改善負載的瞬間影響，此電路的穩定性也比較好，只是采用的電容必須要漏電流要小的鉭電容，如果采用電解電容，則電容量要比其他的數值要增加10倍，但是它不可以調整輸出的直流電源;所以此方案不易采用。

方案二:采用LM317可調式三端穩壓器電源;LM317可調式三端穩壓器電源能夠連續輸出可調的直流電壓。不過它只能連續可調的正電壓，穩壓器內部含有過流，過熱保護電路;由一個電阻(R)和一個可變電位器(RP)組成電壓輸出調節電路，輸出電壓為:Vo=1.25(1+RP/R)。

由此可見此穩壓器的性能和穩壓穩定都比上一個三端穩壓電源要好，所以此此方案可選，此電源就選用了LM317三端穩壓電源，也就是方案二。

1.3 DC-DC變換部分

綜合考慮效率，輸出功率，輸入輸出電壓，負載調整率，紋波系數，采用充電泵型變換器，該類電源以電容代替電感作貯能元件，為一個或多個電容供電。該類電源的最大特點是元件易得，體積小，電路比較簡單，無電感;但由于對充電泵的要求嚴格，不適合于工作在大負載條件下，因而在大多數電源中沒有被廣泛使用。

2 電路原理及各部的分離電路

(1) 穩壓電路部分:采用精密電壓調整器μA723，外加大功率調整管以提供大電流輸出。本設計還通過單片來實現了短路過流保護，過熱保護。溫度開關KT一端通過一個上拉電阻接正電源，另一端接地，當溫度過高時開關斷開，產生一個零電平跳變送給單片來進行處理。過流檢測和短路保護原理采用單片機MCS-51(89C51)對輸出電流進行周期性的檢測，可以方便地實現短路保護及短路故障排除后自恢復的所有功能.過流或短路時，檢測電路向單片P1口發出報警信號，單片證實后啟動它的保護電路，經過短時間延時后繼續查詢P1口上的內容，如無報警信號，則電路又恢復到正常狀態。過熱保護，發聲報警等功能也直接由單片機(89C51)來實現控制。

(2)穩流電源部分:LM317是三端可調式正電壓調整器，正常工作時在其調整端與輸出端之間有一個高穩定度的1.25V電壓，利用該電壓即可以獲得可調的電流輸出。實際中，LM317輸出端與電位器之間串接了一個10Ω/1W的電阻，使最大電流限制在125mA左右，以免發生過流現象。

(3)DC-DC變換部分:DC-DC變換器的核心部件是兩片升壓開關調節器MAX770，MAX770結合了PFM低的吸取電流和PWM大功率應用下效率高的特點，能比以往的PWM器件提供更大的電流。

用MAX770制成的升壓器如下圖所示;由于MAX770對VMOS管的驅動能力有限，使用了一片MAX770很難實現本電路的性能指標，因此本電路采用了兩級MAX770。

3 測試方法與調試過程

略。

4 電路的結果分析

4.1 穩壓電路部分

(1)最大輸出電流:它由μA723的3腳所接電阻R9決定，計算公式為:Imax=0.6/R9，由于本電路中R9為0.33Ω，因此Imax限制為2A左右。(2)輸出電壓的可調范圍:由于本電路中uA723的7腳接-2V，因此可以實現從零伏起調，這也是本電路的特色之一，本電路實現了0～20V可調，超過指標要求;(3)電壓和負載調整率及紋波電壓:優于指標要求，這是由μA723特性與方案設計思路決定的。(4)效率的測試:輸出為9V，而輸入為17V左右，因此有一部分功率被調整管吸收，從而導致了效率并不是很高。

4.2 穩流電路部分

(1)Rmin=10Ω，Rmax=1010Ω;I’min=1.25/1010≈1.24mA>Imin;受輸入電壓+12V與LM317內部壓降約為1.7V的影響，可能的最大電流為:I’max=(12-1.7)/220≈46.82mA >?Imax;Imin>I’min是由于LM317在小電流負載下穩壓性能變差造成的，Imax

4.3 DC-DC變換電路

由于該變換部分輸入電壓為12V，輸出電壓為100V，升壓比較大，要保證電流輸出能力，多級并聯式開關升壓器是一種較好的選擇。在保證第二級滿載輸出時，第一級至少應留有80%的裕量，且第一級電壓波動應不大于5%。

5 總結與歸納

此設計采用了電壓調整管(?A723)外加調整管(2SC3280)來實現電壓的調整部分，還通過單片機(89C51)來實現電路的控制，也實現了擴充多功能，而穩流部分采用了LM317可調式三端穩壓電源管，通過LM317來實現 了電路中的穩流部分，至于電路的最后一部分(DC-DC變換部分)我們是采用兩片升壓開關調節器(MAX770)來實現了電路中的DC-DC變換部分.本次設計在電壓調整器的電路中，采用了適當的聯接方法，可以實現電壓”零”伏起調;測試方法與過程也比較充分，同時也實現了電壓的可調。(軟件部分有需求者可與作者聯系)。

參考文獻

[1]萬嘉若，林康運.電子線路基礎[M].高等教育出版社，1986年.