高精度直流穩壓電源的設計

賴冬文 趙娟

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

關鍵詞：穩壓電源 數碼管 數模轉換

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

1 高精度穩壓直流電源設計方案

直流穩壓穩壓電源具有，效率高，輸出功率大，輸入電壓變化范圍寬，節約能耗等特點，因而被廣泛使用在各個鄰域和行業中[1]。該設計為了保證小紋波、精準輸出等特點，采用單片機數模轉換轉換芯片驅動數值控制部分，從而使得參考電壓為線性穩壓。這種方式下費用較低，但損耗比較大，數碼管輸出后必須經過補償才能獲得精確的輸出[4]。系統設計框圖如圖1所示，通過鍵盤設定輸入電壓，由D/A轉換器（DAC0832）進行模擬量的輸出，再經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，從而達到直流穩壓電源的要求。

該設計采用的單片機為低功耗、高性能的AT89S52；鍵盤的開關矩陣由按鍵組成，用于向計算機輸入指令、數據和地址。單片機系統采用非編碼鍵盤，通過軟件來識別閉合鍵，因其操作靈活、結構簡單被廣泛應用于單片機系統，矩陣式鍵盤如圖2所示；LED數碼管選用共陰連接方式的；D/A轉換器選用的是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、轉換控制容易等特點使得在單片機應用系統中得到廣泛應用。本次設計中，由于所需轉換數據量不是很大，故采用直通方式的硬件接法。

2 高精度穩壓直流電源硬件電路設計

本系統硬件電路設計采用的控制核心為AT89S52單片機，還包括直流穩壓電源、兩級放大電路、直流穩壓的輸出電路、反饋電路、模數轉換器DAC0832、矩陣式鍵盤、顯示數碼管、保護電路等電路部分的設計。設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。總體設計電路圖如圖3所示，鍵盤相當于輸入設備，接收指令，傳輸到AT89S52單片機中進行掃描鍵盤，從而判斷下一步指令，然后根據指令，將輸出的電壓值通過DAC0832將數字信號轉換為模擬量輸出，再通過兩級放大電路進行放大，從而得到輸出電壓信號。

3 高精度穩壓直流電源軟件設計

該設計中軟件主要實現的作用是通過鍵盤對單片機輸入數據，單片機接受數據并處理，然后通過數碼管顯示，再送到8位數模轉換器中進行數模轉換，從而實現數字量對模擬電壓的控制。實際中，系統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的補償運算以達到消除誤差的目的。軟件設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程序，否則繼續讀鍵盤狀態。鍵盤服務程序是根據鍵盤的不同輸入，通過設定鍵值方式轉入相應的處理程序，然后再執行。

該設計采用C語言作為軟件設計語言，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，給各個鍵盤編寫相應的處理程序實現其相應的功能。

4 結語

軟硬件設計完成之后，通過仿真調試得到的結果和預想的非常相似，說明該設計是滿足滿足市場需求的。但是如果能夠采用更多的優化處理應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.新編高頻開關穩壓電源[M].北京：電子工業出版社，2005.

[2] 張宏.基于單片機的高精度程控穩壓電源的設計與實現[J].電子技術與軟件工程，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[J].技術與市場，2018（6）：58-60.

[4] 周志敏，周紀海，紀愛華.現代開關電源控制電路設計及其應用[M].北京：人民郵電出版社，2005.