基于單片機(jī)系統(tǒng)的步進(jìn)直流穩(wěn)壓電源

1、52電子測(cè)試1設(shè)計(jì)思路系統(tǒng)由開(kāi)關(guān)調(diào)整管、控制電路、采樣電路、比較放大組成開(kāi)關(guān)電源電路，用STC89C52RC單片機(jī)系統(tǒng)作為電源數(shù)字化的核心，實(shí)現(xiàn)輸出電壓，電流的液晶顯示。本設(shè)計(jì)將開(kāi)關(guān)電源與單片機(jī)控制結(jié)合起來(lái)，克服了傳統(tǒng)的模擬電路難以實(shí)現(xiàn)電壓控制的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)電源的數(shù)字化.總體框圖如圖1圖1整體框圖2關(guān)鍵模塊設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算2.1整流濾波部分采用橋式整流濾波電路，二極管承受的最大反向電壓為，故選擇二極管最高反向工作電壓為.考慮到電容充電時(shí)

2、的瞬時(shí)電流較大，一般選擇二極管最大整流電流為因此選擇和選用整流硅橋.從濾波效果看，濾波電容C容量取大些好，但太大將使電源體積增大，成本提高，故通常按下式選擇濾波電容的容量RC=式中T為交流電壓的周期，T=（150）s=0.2s，電容承受的最大峰值電壓為，考慮到交流電源電壓的波動(dòng)，濾波電容器的電壓常取(1.5~2).通常都選用電解電容?，F(xiàn)選擇RS607整流硅橋，2200uF電容濾波。2.2DC~DC轉(zhuǎn)換DCDC主回路拓?fù)淙鐖D2，控制電路是

3、控制開(kāi)關(guān)管的截止與飽和時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)整輸出電壓Uo的，可用一個(gè)續(xù)流二極管串連一個(gè)保護(hù)電阻來(lái)實(shí)現(xiàn).調(diào)整管常用復(fù)合管以得到很大的放大倍基于單片機(jī)的步進(jìn)直流穩(wěn)壓電源任雨竹（西安外事學(xué)院，710077）摘要：將單片機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用于開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的方法和原理，實(shí)現(xiàn)了開(kāi)關(guān)電源的數(shù)控調(diào)節(jié)，在寬輸出電壓下實(shí)現(xiàn)了1V步進(jìn)調(diào)節(jié)，并分析了穩(wěn)壓工作原理、電壓調(diào)節(jié)方法和中斷保護(hù)的過(guò)程。具有體積小，功率大，性價(jià)比高的特點(diǎn)。解決儀器儀表的供電問(wèn)題。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；數(shù)控；

4、開(kāi)關(guān)電源SinglechipstepperDCregulatedpowersupplybasedonRenYuzhu（XianExternalaffairsInstitute710077）Abstract：Theprinciplemethodofthesinglechipcontrolsystemusedinswitchingpowersupplyrealizestheswitchingpowerregulatinawideoutput

5、voltagetoachievethe1Vstepadjustmentanalyzedthewkingprinciplevoltageadjustmentmethodinterruptprotection.Hastheadvantagesofsmallvolumebigpowerhighcostperfmance.Tosolvetheproblemofpowersupplyinstrument.Keywds：singlechip；num

6、ericalcontrol；switchingpowersupply數(shù)，從而可得到大的輸出電流和小的輸出電阻，提高效率.采用單片機(jī)系統(tǒng)控制繼電器來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電壓的設(shè)定及其顯示.圖3原理圖2.2.1開(kāi)關(guān)管開(kāi)關(guān)電源中輸入電壓UIN總是大于輸出電壓UO，PNP管最易實(shí)現(xiàn)其達(dá)到飽和狀態(tài)，因此選作開(kāi)關(guān)管，但是目前的單晶體管很難達(dá)到高頻大功率大電流的要求，本設(shè)計(jì)將三個(gè)晶體管適當(dāng)?shù)倪B接成復(fù)合管，可以提高電流放大倍數(shù)，進(jìn)而得到較大的調(diào)整能力.2SA67

7、1(3A50V25W.)C32740(400倍)滿足2A，36V的設(shè)計(jì)要求.2.2.2控制電路在開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通的情況下，設(shè)穩(wěn)定的輸出電壓為U0由DZ和T2發(fā)射極電阻RE構(gòu)成的電路中，設(shè)DZ穩(wěn)壓值是UZ，則T2發(fā)射極電阻RE上的電位為假設(shè)A點(diǎn)電位為VA=U1=35V故D2反向截止，R4沒(méi)有作用，T2的基極電位由R5，R6分壓得.因?yàn)檫@時(shí)T2導(dǎo)通，基極電位比發(fā)射極電位高0.7V，即由此解出53電子測(cè)試ELECTRONICTEST電子科技第10期

8、2013年5月要想得到任意所需要的穩(wěn)定電壓，由式可知，可通過(guò)改變電阻R5、R6或者選取不同穩(wěn)壓值UZ的穩(wěn)壓管D來(lái)實(shí)現(xiàn).當(dāng)PN結(jié)線性工作范圍僅有左右時(shí)，如果以正向?qū)〞r(shí)的0.7V作為標(biāo)準(zhǔn)，則在0.6V左右時(shí)，已經(jīng)可能截止，則當(dāng)輸出電壓UZ達(dá)到16.5V時(shí)，由于DZ穩(wěn)壓值為UZ不變，則比16V多出來(lái)的0.5V電壓全部加在了T2管的發(fā)射極上，由VE2=10.3V得VE2=10.30.5=10.8V，由分壓關(guān)系得T2基極電位為這時(shí)T2管發(fā)射結(jié)正

9、向電壓為由UBE2=VB2VE2=11.3510.8=0.55V0.7V所以T2管截止，而開(kāi)關(guān)管T1的發(fā)射結(jié)沒(méi)有了正向?qū)ㄋ枰?.7V電壓而截止，這時(shí)相當(dāng)于開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，續(xù)流二極管DZ開(kāi)始導(dǎo)通，A點(diǎn)電位VA=0.7V，因而二極管D2導(dǎo)通，R4相當(dāng)于接地，此時(shí)，由電阻R4R5、R6對(duì)輸出電壓UO分壓，可得基極電位VB2為所以，VBE2=VB2=7.7310.8=3V0.7V顯然二極管D2導(dǎo)通，更進(jìn)一步保證了在續(xù)流二極管D導(dǎo)通期間開(kāi)關(guān)管T2

10、和T1的關(guān)斷.2.2.3單片機(jī)控制及顯示本系統(tǒng)以單片機(jī)為核心，通過(guò)鍵盤(pán)輸入設(shè)定，可實(shí)現(xiàn)30~36V范圍內(nèi)1V步進(jìn)的輸出電壓.電源的輸出電壓經(jīng)AD轉(zhuǎn)換輸入單片機(jī)，通過(guò)計(jì)算可得到輸出端電流，同時(shí)在RT12864M中文點(diǎn)陣液晶屏顯上顯示當(dāng)前的輸出電壓Uo和電流Io.程序流程圖如圖4。圖4流程圖2.2.4系統(tǒng)效率為提高DCDC部分的效率，選用大功率高頻晶體管2SA671和兩個(gè)放大系數(shù)高的晶體三極管C32740并聯(lián)組成部分接成射極輸出的形式，再接

11、上一個(gè)NPN型三極管2N3904引入一個(gè)負(fù)反饋，以達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的.三個(gè)晶體管組成的復(fù)合管消耗的功率大，為提高其效率，故給大功率管2SA671加上一個(gè)散熱片，以風(fēng)冷的方式降低溫度，提高輸出電流，保證電路的帶負(fù)載能力.3系統(tǒng)測(cè)試3.1測(cè)試儀器雙蹤示波器：V—21220MHZ型自耦變壓器：數(shù)字萬(wàn)用表：DT9205型滑線變阻器：040Ω直流穩(wěn)壓電源：HH1732C2型.3.2測(cè)試方法1）輸出電壓：用Uo表示，可以同時(shí)測(cè)量Uo和Iomax

12、測(cè)試方法是：輸出端接負(fù)載電路RL，輸入端接220V的交流電壓，數(shù)字電壓表的測(cè)量值即為Uo.調(diào)整RL使其逐漸減小，直到Uo的值下降5%，此時(shí)流經(jīng)負(fù)載RL的電流即為最大電流.（記下Iomax后迅速增大RL，以減小穩(wěn)壓電源的功耗）2）紋波電壓：疊加在輸出電壓Vo上的交流分量，一般為mV級(jí).可將其放大后，用示波器觀測(cè)其峰峰值Vopp，也可以用交流電壓表測(cè)量其有效值ΔV.3）穩(wěn)壓系數(shù)SV：在負(fù)載電流Io和環(huán)境溫度T不變的情況下，輸入電壓的相對(duì)變化

13、引起輸出電壓的相對(duì)變化，即穩(wěn)壓系數(shù)測(cè)試方法：先調(diào)節(jié)自耦變壓器使輸入電壓增加10%，即Vi=242V，測(cè)量此時(shí)對(duì)應(yīng)的輸出電壓Vo1；再調(diào)節(jié)自耦變壓器使輸入電壓減小10%，即Vi=198V，測(cè)量這時(shí)的輸出電壓Vo2再測(cè)Vi=220V時(shí)對(duì)應(yīng)的輸出電壓Vo，則穩(wěn)壓系數(shù)=4）負(fù)載調(diào)整率SI：改變U2的大小，用數(shù)字萬(wàn)用表測(cè)量輸出電壓Uo5）電壓調(diào)整率SU：改變IO的大小，測(cè)量輸出電壓Uo6）DCDC變換器效率h=POPIN，其中PO＝UOIO，PI

14、N＝UINIINa)測(cè)試數(shù)據(jù)1）開(kāi)關(guān)管頻率=40KHZ（實(shí)測(cè)）2）最大輸出電流Umax=2.031A3）輸出噪聲紋波電壓峰峰值UOPP=80mV4）輸出電壓及電壓調(diào)整率測(cè)量參數(shù)如表1.4測(cè)試結(jié)果分析4.1設(shè)計(jì)比較4.2系統(tǒng)偏差分析1)由于開(kāi)關(guān)管發(fā)熱而消耗一定的功率.2)由于人工分析與判斷測(cè)量而產(chǎn)生的誤差.3)紋波電壓不是正弦波，所以用有效值衡量存在一定誤差.4.3系統(tǒng)改進(jìn)方法1）減小開(kāi)關(guān)管耗費(fèi)的功率.2）采用高效的集成芯片.3）多次測(cè)量

15、以減小其系統(tǒng)誤差.參考文獻(xiàn)[1]《電子電路原理分析與仿真》許自圖編著.電子工業(yè)出版社2006年10月[2]《C程序設(shè)計(jì)》譚浩強(qiáng).北京：清華大學(xué)出版社，2002[3]《電子設(shè)計(jì)指南》孫肖子，鄧建國(guó)等.高等教育出版社.2006年[4]《實(shí)用電子線路與調(diào)試》陳梓城等.中國(guó)電力出版社.2006年6月[5]《無(wú)線電元器件精匯》《無(wú)線電》雜志社.人民郵電出版社2006年8月[6]《實(shí)用單元電路及其應(yīng)用》黃繼昌，張海貴等，人民郵電出版社2001年7月