直流穩(wěn)壓電路的設(shè)計(jì)范文

導(dǎo)語：如何才能寫好一篇直流穩(wěn)壓電路的設(shè)計(jì)，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

關(guān)鍵詞：Multisim 直流穩(wěn)壓電源

中圖分類號(hào)：G719.21 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）02（a）-0181-04

Study of Circuit Design with Multisim Based on the Series

DC Regulated Power Supply

Li Yuelan

（Ningxia Vocational Technical College of Industry and Commerce，Yinchuan Ningxia，750001，China）

Abstract：This article is to analyse the series DC regulated power supply with multisim，there are lot of advantages with multisim，The first，quick and easy to build the circuit；The second，it can make theory touch with practice and make students improved comprehension greatly to theory.The third， it can make teaching steps be had the working process of the complete，the same to say， designing―welding―assembling―debugging，it is important basis for students to design circuit.

Key Words：Multisim；Series DC Regulated Power Supply

本文撰寫的背景是，《電子產(chǎn)品組裝與調(diào)試》是《電子技術(shù)》這門課程在工學(xué)結(jié)合課程模式下所產(chǎn)生的一門新課程，在新模式下所產(chǎn)生的《電子產(chǎn)品組裝與調(diào)試》課程與以往的《電子技術(shù)》課程相比優(yōu)點(diǎn)在于：瓦解以前學(xué)科式章節(jié)模式，重新組合教學(xué)內(nèi)容，使得教學(xué)內(nèi)容以工作過程為導(dǎo)向，項(xiàng)目為載體；整個(gè)課程內(nèi)容重點(diǎn)體現(xiàn)能力訓(xùn)練、工作經(jīng)歷相結(jié)合的教育模式；注重角色的變化，體現(xiàn)了學(xué)生為主體，教師為指導(dǎo)的角色扮演。高等職業(yè)教育開設(shè)《電子產(chǎn)品組裝與調(diào)試》課程培養(yǎng)的學(xué)生應(yīng)該具備改造、設(shè)計(jì)電路；焊接、組裝電子產(chǎn)品；調(diào)試、維護(hù)產(chǎn)品的能力。現(xiàn)如今《電子產(chǎn)品組裝與調(diào)試》課程內(nèi)容設(shè)計(jì)和組織課堂過程發(fā)現(xiàn)，這門專業(yè)核心課程整個(gè)內(nèi)容注重學(xué)生組裝與調(diào)試能力突出，而改造、設(shè)計(jì)電路能力欠缺，甚至沒有。對(duì)于大專層次的學(xué)生，如果改造、設(shè)計(jì)電路能力不加重視，從而培養(yǎng)出來的學(xué)生與中專層次的學(xué)生就沒有了區(qū)別。為此，在《電子產(chǎn)品組裝與調(diào)試》課程中采用Multisim軟件，對(duì)每一電子產(chǎn)品原理圖的仿真分析可以提高學(xué)生對(duì)電路原理的理解，開拓學(xué)生電路設(shè)計(jì)的思路及其培養(yǎng)學(xué)生對(duì)電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)的能力。

1 Multisim簡(jiǎn)介

Multisim源于加拿大后期被美國(guó)NI公司（美國(guó)國(guó)家儀器公司）收購，其具有數(shù)千種電路元器件供實(shí)驗(yàn)選用，虛擬測(cè)試儀器儀表種類齊全，可以設(shè)計(jì)、測(cè)試和演示各種電子電路。實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)仿真設(shè)計(jì)與虛擬實(shí)驗(yàn)，與傳統(tǒng)的電子電路設(shè)計(jì)與試驗(yàn)方法比較，具有設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)可以同步進(jìn)行，可以邊設(shè)計(jì)邊實(shí)驗(yàn)，修改調(diào)試方便；實(shí)驗(yàn)中不消耗實(shí)際元器件，實(shí)驗(yàn)成本低，實(shí)驗(yàn)速度快，效率高，設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)成功的電路可以直接在產(chǎn)品中使用等特點(diǎn)。其解決理論教學(xué)與實(shí)際動(dòng)手實(shí)驗(yàn)相脫節(jié)的這一老大難問題，并很好的將設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)展現(xiàn)在教學(xué)中。

2 串聯(lián)直流穩(wěn)壓電源電路整體設(shè)計(jì)分析

串聯(lián)型穩(wěn)壓電路以穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路為基礎(chǔ)，利用晶體管的電路放大作用，增加負(fù)載電流；在電路中引入電壓負(fù)反饋使輸出電壓穩(wěn)定；并且通過改變的反饋網(wǎng)絡(luò)參數(shù)使輸出電壓可調(diào)。本文以具有放大環(huán)節(jié)串聯(lián)型穩(wěn)壓電路為例進(jìn)行分析，如圖1所示。

2.1 穩(wěn)壓設(shè)計(jì)原理

當(dāng)由于某種原因（如電網(wǎng)電壓波動(dòng)或負(fù)載電阻的變化等）使輸出電壓U0升高（降低）時(shí)，取樣電路將這一變化趨勢(shì)送到集成運(yùn)放的反向輸入端，并與同相輸入端電位UZ進(jìn)行比較放大；集成運(yùn)放的輸出電壓，即調(diào)整管的基極電位降低（升高）；因?yàn)殡娐凡捎玫纳錁O輸出形式，所以輸出電壓UO必然降低（升高），從而使UO得到穩(wěn)定。

2.2 輸出電壓的可調(diào)范圍

在理想運(yùn)放條件下，凈輸入電壓為零，即，則電位器滑到最上端時(shí)，輸出電壓最小，為：

，則電位器滑到最下端時(shí)，輸出電壓最大，為：

2.3 調(diào)整管的選擇

根據(jù)電路中元件選擇，變壓器二次側(cè)電壓有效值39.239 V，橋式整流及電容濾波電路得到V。調(diào)整管一般為大功率管，因而選用原則與功率放大電路中的功放管相同，主要考慮其極限參數(shù)，

，

。

3 串聯(lián)直流穩(wěn)壓電源電路模塊設(shè)計(jì)分析

串聯(lián)直流穩(wěn)壓電源電路如圖1所示，電路主要由整流濾波模塊，同相比例運(yùn)算電路模塊，電壓串聯(lián)負(fù)反饋電路模塊，射極輸出器模塊組成。

3.1 橋式整流電容濾波電路

橋式整流電路工作原理如圖2所示，設(shè)變壓器二次側(cè)電壓為當(dāng)為正半周時(shí)，電流由2點(diǎn)流出經(jīng)1點(diǎn)到R1，再經(jīng)4點(diǎn)到達(dá)3點(diǎn)，負(fù)載R1上的電壓當(dāng)為負(fù)半周時(shí)，電流由3點(diǎn)流出經(jīng)1點(diǎn)到R1，再經(jīng)4點(diǎn)到達(dá)2點(diǎn)，負(fù)載R1的電壓。輸出電壓的平均值為。

橋式整流電容濾波電路工作原理如圖3所示，當(dāng)二次側(cè)電壓處于正半周并且數(shù)值大于電容兩端電壓時(shí)，電流一路經(jīng)負(fù)載R1，另一路對(duì)電容C充電，理想情況下，當(dāng)上升到峰值后開始下降，電容通過負(fù)載R1放電，其電壓開始下降，趨勢(shì)與基本相同，但由于電容按指數(shù)規(guī)律放電，所以當(dāng)下降到一定數(shù)值后，的下降速度小于，使得大于，從而導(dǎo)致二極管截止，電容C繼續(xù)通過R1放電，按指數(shù)規(guī)律緩慢下降。當(dāng)?shù)呢?fù)半周與以上原理相同。由圖3中波形圖可以看出，經(jīng)濾波后的輸出電壓不僅變得平滑，而且平均值也得到提高。為了獲得較好的濾波效果，在實(shí)際電路中，應(yīng)選擇濾波電容的容量滿足的條件，此時(shí)電容的耐壓值應(yīng)大于。

3.2 同相比例運(yùn)算電路

同相比例運(yùn)算電路工作原理如圖4所示，左圖中根據(jù)理想集成運(yùn)放工作在線性區(qū)時(shí)，滿足“虛短”和“虛斷”的概念，

，

右圖中，由基本原理可推到出

3.3 電壓串聯(lián)負(fù)反饋電路

同相比例運(yùn)算電路和電壓串聯(lián)負(fù)反饋電路是一體，但此電路承擔(dān)兩種功能，工作原理如圖4所示，左圖中由于R1是輸入端與輸出端的連接元件，所以R1是反饋網(wǎng)絡(luò)。其是從輸出電壓取樣，通過反饋網(wǎng)絡(luò)得到反饋電壓，然后與輸入電壓相比較，求得差值作為凈輸入電壓進(jìn)行放大，故此反饋類型是電壓串聯(lián)負(fù)反饋。由可得此反饋類型僅僅決定于，而與負(fù)載電阻無關(guān)，因此，可以將電路的輸出看成為電壓控制的電壓源，且輸出電阻為零。右圖中電阻是反饋電阻并且類型是電壓串聯(lián)負(fù)反饋，由：

可得是控制的電壓源，穩(wěn)定輸出電壓。

3.4 射極輸出器電路

共集電極放大電路工作原理如圖5所示，共集電極放大電路是從發(fā)射極輸出的，所以簡(jiǎn)稱射極輸出器，此電路的電壓放大倍數(shù)。

因此，小于1但近似等于1，即略小于，電路沒有電壓放大作用，此外，跟隨變化，故電路又稱為射極跟隨器。

3.5 采樣-電壓比較-穩(wěn)壓-放大電路

采樣-電壓比較-穩(wěn)壓-放大模塊也就是以上同相比例運(yùn)算電路構(gòu)成的電壓串聯(lián)負(fù)反饋電路、射極輸出器電路綜合體模塊。主要采用集成運(yùn)放構(gòu)成了深度電壓負(fù)反饋，輸出電阻趨近于零，因而輸出電壓相當(dāng)穩(wěn)定。輸出電壓如圖6所示，輸出電壓通過三極管構(gòu)成的射極輸出器將其穩(wěn)定，其穩(wěn)壓電源可通過電阻R3調(diào)節(jié)其輸出電壓范圍，最大約為30 V，最小10 V。

4 結(jié)語

由上述仿真結(jié)果可知，先是具有放大環(huán)節(jié)的可調(diào)穩(wěn)壓電源電路整體設(shè)計(jì)思路作以分析，然后對(duì)電路的每一模塊進(jìn)行詳細(xì)的分析，電路的元器件其取值都將影響穩(wěn)壓電源性能，從變壓、整流、濾波、電壓比較、穩(wěn)壓到最終輸出電壓的可調(diào)，體現(xiàn)了電路整個(gè)設(shè)計(jì)思想和工作原理，結(jié)論與理論相一致。

現(xiàn)如今各高職院校在教學(xué)中，仿真軟件應(yīng)用有兩種形式：Multisim以一門單獨(dú)EDA即電子自動(dòng)化設(shè)計(jì)課程展開教學(xué)；《電子技術(shù)》課程在實(shí)驗(yàn)部分有所應(yīng)用，（教材中以獨(dú)立實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)編寫，但真正很少實(shí)現(xiàn)）。問題所在：軟件和實(shí)體沒有有效的結(jié)合起來，理論中電路原理教學(xué)沒有應(yīng)用到仿真軟件，不能快速有效提高學(xué)生理解能力；Multisim實(shí)驗(yàn)教學(xué)形同虛設(shè)，在理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)中由于軟件的配備、時(shí)間的分配等問題的存在不能夠?qū)崿F(xiàn)仿真教學(xué)；《電子產(chǎn)品組裝與調(diào)試》作為一門基于工學(xué)結(jié)合的課程，現(xiàn)還是試探和完善階段，Multisim的應(yīng)用還是個(gè)空白。

如果在教學(xué)中采用Multisim軟件，如以上串聯(lián)直流穩(wěn)壓電源電路的分析過程，可以解決以上的問題。仿真軟件Multisim的引入，能夠快捷方便的搭建電路，預(yù)測(cè)電路的結(jié)果；大大縮減理論知識(shí)的教學(xué)時(shí)間，較短的時(shí)間將理論融會(huì)貫通，提高學(xué)生對(duì)電路工作原理的認(rèn)識(shí)與理解的能力；使整個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)有一個(gè)完整的工作過程，即設(shè)計(jì)―焊接―組裝―調(diào)試的過程，更加完善工了學(xué)結(jié)合課程模式；為電路的改造和設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)，為學(xué)生將來的可持續(xù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

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【關(guān)鍵詞】Multisim 雙電源 仿真分析

LM117/LM317 是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司的三端可調(diào)正穩(wěn)壓器集成電路，LM117/LM317 的輸出電壓范圍是1.2V至37V，負(fù)載電流最大為1.5A。它的使用非常簡(jiǎn)單，僅需兩個(gè)外接電阻來設(shè)置輸出電壓。此外它的線性調(diào)整率和負(fù)載調(diào)整率也比標(biāo)準(zhǔn)的固定穩(wěn)壓器好。LM117/LM317 內(nèi)置有過載保護(hù)、安全區(qū)保護(hù)等多種保護(hù)電路。通常LM117/LM317 不需要外接電容，使用輸出電容能改變瞬態(tài)響應(yīng)。調(diào)整端使用濾波電容能得到比標(biāo)準(zhǔn)三端穩(wěn)壓器高的多的紋波抑制比。利用LM117/LM317設(shè)計(jì)出正負(fù)連續(xù)可調(diào)的雙電源，通過實(shí)驗(yàn)測(cè)試和軟件仿真，基本上可以滿足絕大多數(shù)運(yùn)算放大器所需要的電壓幅度。

一、MultiSim仿真軟件簡(jiǎn)介

MultiSim是一款將電子電路設(shè)計(jì)及其測(cè)試分析相集成的電路設(shè)計(jì)仿真軟件。它具備信號(hào)源、基本元器件、模擬數(shù)字集成電路、指示器件、控制部件、機(jī)電部件等各類元器件，可以對(duì)各類電路進(jìn)行仿真，并且提供十多種虛擬儀器（如示波器、萬用表、信號(hào)發(fā)生器、波特圖圖示儀、功率表等），以及18種仿真分析功能（如直流工作點(diǎn)分析、交流分析、瞬態(tài)分析、傅里葉分析、噪聲分析、直流掃描分析等）。由于元件庫中有若干個(gè)與實(shí)際元件相對(duì)應(yīng)的現(xiàn)實(shí)性仿真元件模型，配合強(qiáng)大的仿真分析，使結(jié)果更精確、更可靠。

二、直流穩(wěn)壓電源的理論基礎(chǔ)與電路設(shè)計(jì)原理分析

（一）直流穩(wěn)壓電源的理論基礎(chǔ)

電子設(shè)備都需要穩(wěn)定的直流電源供電，如基本放大電路中的集電極電源、運(yùn)算放大器的雙電源等。這樣，就需要將市電電網(wǎng)的交流電，變換為直流電。對(duì)于小功率的直流電源，它一般由電源變壓、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路組成。如圖1所示：

（二）直流穩(wěn)壓電源電路設(shè)計(jì)的基本原理

電源變壓器的作用時(shí)將220V的電網(wǎng)電壓變換成所需要的交流電壓值。

整流電路的作用是將交流降壓電路輸出的大小、方向都變化的電壓較低的交流電轉(zhuǎn)換成單向脈動(dòng)直流電。單相整流電路的類型有半波整流、橋式全波整流、中心抽頭全波整流等。

濾波電路的主要任務(wù)是將整流后的單向脈動(dòng)直流電壓中的紋波（單向脈動(dòng)直流電中含的交流成分）濾除掉，使單向脈動(dòng)電壓變成平滑的直流電壓。濾波電路的主要元件是電容和電感，以電容濾波電路最常用，其特點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單，輸出脈動(dòng)較小，輸出電壓平均值增大，但輸出電壓隨負(fù)載變化較大。采用電容濾波時(shí)，輸出電壓的脈動(dòng)程度與電容器的放電時(shí)間常數(shù)τ有關(guān)系，τ大一些，脈動(dòng)就小一些，多采用大容量的電解電容。電容的耐壓值應(yīng)大于它實(shí)際工作時(shí)所承受的最大電壓，耐壓值一般取所接工作電路電壓的1.5-2倍。為了降低輸出直流電壓的紋波系數(shù)（輸出電壓中交流分量占額定輸出直流電壓的百分比），正、負(fù)電源的濾波電路均采用一個(gè)1000μF/50V的電解電容。

濾波電路的輸出電壓雖已變得平滑，但輸出電壓隨負(fù)載變化較大，后面需接穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓電路的作用是當(dāng)交流電源電壓波動(dòng)、負(fù)載及溫度變化時(shí)，維持輸出穩(wěn)定的直流電壓。穩(wěn)壓電路的類型有分立元件穩(wěn)壓和集成穩(wěn)壓器穩(wěn)壓，分立元件穩(wěn)壓時(shí)，電路穩(wěn)定性不好，而集成穩(wěn)壓器穩(wěn)壓具有體積小、電路簡(jiǎn)單、穩(wěn)壓精度高，可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛采用。選擇集成穩(wěn)壓器時(shí)應(yīng)先確定穩(wěn)壓器的類型，是固定式還是可調(diào)式，是正壓輸出還是負(fù)壓輸出，然后根據(jù)其額定電壓和額定電流選擇具體型號(hào)。

三、LM317、LM337正負(fù)連續(xù)可調(diào)的雙電源的仿真分析

運(yùn)行Multisim10，在繪圖編輯器中選擇變壓器、整流二極管、電阻、電容、電位器、三端可調(diào)穩(wěn)壓塊LM317、LM337等元件，組成LM317、LM337正負(fù)連續(xù)可調(diào)的雙電源電路。

調(diào)整電位器R5、R6，可以連續(xù)調(diào)節(jié)輸出電壓的大小。

其仿真的電路用波形如下圖所示。

四、結(jié)束語

應(yīng)用Multisim10仿真軟件進(jìn)行仿真教學(xué)，設(shè)計(jì)的雙直流穩(wěn)壓電源的電路具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、電源利用效率高、輸出電壓噪聲小、穩(wěn)定精度高、可靠性高等特點(diǎn)，可以滿足高精度形狀測(cè)量?jī)x的電感測(cè)頭信號(hào)處理電路中運(yùn)算放大器的高穩(wěn)定性的雙電源需求，增強(qiáng)整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性，最大限度地減小電源引起的測(cè)量誤差，提高測(cè)量精度。在課堂上使模擬電子技術(shù)教學(xué)更形象、靈活，更貼近工程實(shí)際，達(dá)到幫助學(xué)生理解原理，更好地掌握所學(xué)的知識(shí)的目的。尤其適用于綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，可有效克服傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)與實(shí)驗(yàn)室開放的局限。通過對(duì)雙直流穩(wěn)壓電源的分析設(shè)計(jì)、仿真測(cè)試可以看出，利用Multisim的虛擬電子實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，能實(shí)時(shí)直觀地反映電路設(shè)計(jì)的仿真結(jié)果，驗(yàn)證電路正確性，可縮短設(shè)計(jì)周期，提高設(shè)計(jì)成功率。

學(xué)生可據(jù)所學(xué)知識(shí)和能力，自選實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，自行設(shè)計(jì)電路方案，進(jìn)行電路分析，從而掌握電子電路的設(shè)計(jì)與仿真分析過程，對(duì)提高學(xué)生動(dòng)手能力和分析問題、解決問題的能力、綜合設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新能力，具有重要的意義。

參考文獻(xiàn)：

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關(guān)鍵詞：電子負(fù)載；恒流控制；負(fù)載調(diào)整率

1 概述

電子負(fù)載具有體積小，調(diào)節(jié)方便，工作方式靈活，性能穩(wěn)定，精度高等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于電源類產(chǎn)品和各類電子元器件的試驗(yàn)、測(cè)試、檢定和老化環(huán)節(jié)。該方案基于盛群AD型單片機(jī)，設(shè)計(jì)了一種智能電子負(fù)載，與其他同類設(shè)計(jì)相比，具有直流穩(wěn)壓電源負(fù)載調(diào)整率自動(dòng)測(cè)試功能。

系統(tǒng)原理整個(gè)智能電子負(fù)載系統(tǒng)由單片機(jī)、恒流控制電路、功率負(fù)載器件、電壓電流檢測(cè)電路、過壓保護(hù)、供電電源等構(gòu)成，系統(tǒng)原理框圖如圖1所示。

電子負(fù)載工作在定電流模式時(shí)，被測(cè)直流穩(wěn)壓電源輸出的電流不變（以被測(cè)電源能提供相應(yīng)電流為前提）。測(cè)試直流穩(wěn)壓電源負(fù)載調(diào)整率時(shí)，連接好測(cè)試電路，按鍵選定電源負(fù)載調(diào)整率測(cè)試功能，輸入被測(cè)電源的額定電流、電壓值，即可自動(dòng)測(cè)試被測(cè)電源的負(fù)載調(diào)整率。

2 硬件電路設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)恒流電路使流過功率負(fù)載器件的電流值與數(shù)/模轉(zhuǎn)換器的輸出電壓成線性關(guān)系。單片機(jī)控制數(shù)/模轉(zhuǎn)換器輸出電壓，使恒流控制電路控制功率負(fù)載器件流過所需電流。電壓電流檢測(cè)電路把被測(cè)電源的輸出電壓和電流線性地轉(zhuǎn)化成適合盛群?jiǎn)纹瑱C(jī)內(nèi)部集成12位模/數(shù)轉(zhuǎn)換器測(cè)量的量程，單片機(jī)切換多通道模/數(shù)轉(zhuǎn)換器測(cè)量電壓和電流檢測(cè)電路的輸出電壓，完成測(cè)量被測(cè)電源輸出電壓和電流的功能。恒流及電壓電流檢測(cè)電路如圖2 所示，其中Q1 是功率負(fù)載器件，用于吸收被測(cè)電源輸出的功率。

圖2中數(shù)/模轉(zhuǎn)換器輸出的電壓經(jīng)過電壓跟隨器U1B輸入運(yùn)算放大器U3 的同相輸入端，運(yùn)算放大器U3 通過采樣電阻R6，差分放大器U4 等建立了深度負(fù)反饋，將運(yùn)算放大器看做理想的放大器，由“虛短”、“虛斷”可得：

UDAC=IR6A

式中：UDAC是數(shù)/模轉(zhuǎn)換器輸出的電壓；I 是流過功率負(fù)載器件的電流；A 是由差分放大器U4 及R4 ，R5 等所組成電路的放大倍數(shù)，差分放大器U4 選用的型號(hào)為INA2134。從式（1）中可以看出，流過功率負(fù)載器件的電流與數(shù)/模轉(zhuǎn)換器輸出的電壓成線性關(guān)系，因此可以通過單片機(jī)控制功率負(fù)載器件的電流。通過模/數(shù)轉(zhuǎn)換器分別測(cè)量圖2中ADC1 ，ADC2 處的電壓，可以得到被測(cè)負(fù)載電源輸出的電壓和電流.

被測(cè)電源輸出電壓U 與ADC1 處的電壓UADC1 之間關(guān)系式為：

被測(cè)電源輸出電流I 與ADC2 處的電壓UADC2 之間關(guān)系式為：

UADC2=IR6A

3 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)

系統(tǒng)程序采用模塊編程，主程序調(diào)用各模塊的方式實(shí)現(xiàn)。主要由定電流、被測(cè)電源輸出電壓檢測(cè)、被測(cè)電源輸出電流檢測(cè)、負(fù)載調(diào)整率自動(dòng)測(cè)試、按鍵檢測(cè)、顯示驅(qū)動(dòng)等模塊組成。

整個(gè)系統(tǒng)有兩個(gè)工作模式：定電流工作模式和負(fù)載調(diào)整率自動(dòng)測(cè)試模式。

定電流工作模式同時(shí)顯示被測(cè)電源輸出的電壓和電流，系統(tǒng)上電后單片機(jī)首先進(jìn)行各模塊的初始化，最后在主循環(huán)中不斷地檢測(cè)各個(gè)標(biāo)志位，以判斷工作模式，通過檢測(cè)按鍵來改變標(biāo)志位。

直流穩(wěn)壓電源負(fù)載調(diào)整率S 表達(dá)式為：

式中：U 表示直流穩(wěn)壓電源設(shè)定的額定電壓值；Uo 表示空載輸出的電壓值；Um表示滿載時(shí)的輸出電壓值。

直流穩(wěn)壓電源負(fù)載調(diào)整率自動(dòng)測(cè)試功能在定電流的基礎(chǔ)上進(jìn)行編程實(shí)現(xiàn)，負(fù)載調(diào)整率自動(dòng)測(cè)試流程圖如圖3所示。

4 結(jié)語

以盛群?jiǎn)纹瑱C(jī)HT45XX為主控芯片設(shè)計(jì)了一種新型智能電子負(fù)載，使運(yùn)算放大器工作在深度負(fù)反饋條件下實(shí)現(xiàn)功率負(fù)載恒流，該單片機(jī)自帶12位ADC轉(zhuǎn)換器，選用12 位串行數(shù)/模轉(zhuǎn)換器，設(shè)計(jì)過壓過流保護(hù)電路，通過軟件編程實(shí)現(xiàn)直流穩(wěn)壓電源負(fù)載調(diào)整率自動(dòng)測(cè)試功能。實(shí)際設(shè)計(jì)與制作表明，該方案滿足設(shè)計(jì)要求。

篇4

關(guān)鍵詞：直流，穩(wěn)壓電源，設(shè)計(jì)

Abstract: power supply is designed in this paper is composed of two parts, respectively, step voltage output power group and the positive and negative double power group. AT89S52 microcontroller as the core of the design of the control device, with the help of DAC series of digital-analog conversion chip, LM317 and LM337 regulator and CD4051 as the transform of the output voltage. DC regulated power supply design has certain protective function, and can be conveniently on the voltage display, each with 0.1V step increasing or decreasing voltage, enough to satisfy many experimental situations.

Keywords: DC, DC power supply, design

中圖分類號(hào)：S611 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：

一、引言

直流穩(wěn)壓電源是電子及電氣中常用的設(shè)備之一。傳統(tǒng)的直流穩(wěn)壓電源功能簡(jiǎn)單、難控制、可靠性低、干擾大、精度低且體積大、復(fù)雜度高。普通直流穩(wěn)壓電源品種很多，但均存在以下問題：當(dāng)輸出電壓需要精確輸出，困難較大。另外，常常通過硬件對(duì)過載進(jìn)行限流或截流型保護(hù)，電路構(gòu)成復(fù)雜，穩(wěn)壓精度也不高?，F(xiàn)設(shè)計(jì)精度簡(jiǎn)易直流電源，克服了傳統(tǒng)直流電壓源的缺點(diǎn)，具有較高的應(yīng)用價(jià)值。

二、本系統(tǒng)功能特點(diǎn)

(1)一組電源最大輸出電流可達(dá)2.5A，輸出電壓從0.0V～＋12.0V以0.1V步進(jìn)連續(xù)可調(diào)（遞增或遞減），在輸出電壓在小于＋3V時(shí)，短路保護(hù)；當(dāng)輸出電壓為＋3V～＋12V時(shí)輸出電流超過2.5A時(shí)保護(hù)。另一組電源最大輸出電流為1A，輸出電壓為：0.0V、±3.0V、±4.5V、±5.0V、±6.0V、±12.0V、±15.0V、±24.0V八種電壓依次可調(diào)。

(2)輸出端無論是過流還是短路，保護(hù)電路的動(dòng)作都是以切斷輸出回路的方式工作，且當(dāng)輸出短路不再存在或負(fù)載足夠輕時(shí)電路會(huì)自動(dòng)恢復(fù)正常工作狀態(tài)。保護(hù)動(dòng)作時(shí)兼有聲光報(bào)警信號(hào)。

(3)電路能夠?qū)山M電源的輸出電壓幅值實(shí)時(shí)直觀地顯示出來。

本文以AT89S52單片機(jī)為本設(shè)計(jì)的核心控制器件，借助于DAC系列數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量，并通過I/U的轉(zhuǎn)換以電壓的形式輸出；運(yùn)用LM317與LM337結(jié)合的方式作為穩(wěn)壓器，用CD4051作為輸出電壓的變換。

三、系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)硬件的結(jié)構(gòu)框圖如下圖所示。主要由單片機(jī)、兩組電源、顯示、檢測(cè)與保護(hù)電路、報(bào)警電路及鍵盤輸入電路組成。

3.1、步進(jìn)電壓輸出電源組工作原理

在這部分電路中主要的器件有單片機(jī)AT89S52、D/A轉(zhuǎn)換器DAC0832、運(yùn)放OP07和電流放大所用三極管。其電路原理框圖如下圖所示。

工作原理：首先給各芯片正常工作的條件，先利用單片機(jī)產(chǎn)生一組8位二進(jìn)制代碼并從P0口輸出，可以通過按鍵來調(diào)整單片機(jī)輸出二進(jìn)制代碼的加1和減1。8位二進(jìn)制范圍在00000000～11111111有效,再用此組二進(jìn)制碼送到DAC0832的數(shù)據(jù)輸入端（DI0～DI7）,本系統(tǒng)是因D/A轉(zhuǎn)換簡(jiǎn)單，故采用直通方式工作。與單片機(jī)電路連接如下圖所示。

在電流/電壓轉(zhuǎn)換之后用運(yùn)算放大電路進(jìn)行了4倍的電壓放大電路。電路連接如下圖所示。

3.2、常用正負(fù)雙電源組工作原理

該電源組輸出正負(fù)對(duì)稱的直流電壓，電壓值為8組實(shí)驗(yàn)最為常用的電源：0.0V、±3.0V、±4.5V、±5.0V、±6.0V、±12.0V、±15.0V、±24.0V。為了確保用電安全，電路在開機(jī)狀態(tài)下必須能有0V的輸出功能。電路原理圖如下圖所示。

圖中二極管D1、D3的作用是輸入開路時(shí)，防止C13、C23通過LM317、LM337放電。D2、D4的作用是輸出端短路時(shí)，防止C12、C22向穩(wěn)壓器的調(diào)整端放電。在LM317穩(wěn)壓電路中，它的基準(zhǔn)電壓為＋1.25V，輸出電流可達(dá)1.5A。圖中R1、R2為泄放電阻，其輸出電壓的改變通變換調(diào)整端的電阻予以實(shí)現(xiàn)。

3.3、保護(hù)電路工作原理

保護(hù)環(huán)節(jié)的硬件電路主要由取樣電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)、保護(hù)控制與報(bào)警電路四部分構(gòu)成。構(gòu)成框圖如下圖所示。

它能在輸出端短路或是負(fù)載過重導(dǎo)致的過流現(xiàn)象存在時(shí)動(dòng)作，以切斷輸出回路保護(hù)電源本身不致?lián)p壞。其取樣電路采用阻值極小的大功率電阻，這里取值為0.1Ω，如下圖所示。

串聯(lián)電阻R2、R3的作用為了防止輸出端短路是的高電壓反饋到A/D轉(zhuǎn)換器的模擬量輸入端而導(dǎo)致其損壞。當(dāng)輸出端連接上負(fù)載時(shí)，在取樣電阻就會(huì)有電流流過，并產(chǎn)生一定的壓降，并作為取樣信號(hào)送到A/D轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。

3.4、顯示電路工作原理

顯示電路運(yùn)用了最為常用的1/3位A/D轉(zhuǎn)換集成電路ICL7107，由于該芯片要求正負(fù)雙電源供電。以ICL7107本身38腳產(chǎn)生振蕩信號(hào)作為資源，用一個(gè)六非門集成電路CD4069（或74LS04）與電阻電容構(gòu)成負(fù)壓產(chǎn)生電路。而芯片參考電壓（36腳）仍用TL431提供。如下圖所示。

3.5、數(shù)控部分

數(shù)控部分是穩(wěn)壓電源實(shí)現(xiàn)數(shù)字化控制的核心。以AT89S51單片機(jī)為控制核，采用DAC模塊實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓電路的輸出控制，并由ADC模塊實(shí)現(xiàn)輸出電壓的測(cè)量，利用鍵盤和顯示模塊實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。鍵盤模塊采用4×4 矩陣鍵盤，實(shí)現(xiàn)輸出電壓的數(shù)字化設(shè)定和步進(jìn)調(diào)整。而DAC模塊和ADC模塊都采用串行控制芯片，減少了單片機(jī)IO口的使用。

四、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的軟件用C語言編寫而成。包含主程序、D/A轉(zhuǎn)換程序、A/D轉(zhuǎn)換程序、保護(hù)動(dòng)作程序幾個(gè)模塊組成。主程序流程圖如下圖所示。

由于設(shè)計(jì)使用的51系列單片機(jī)沒有SPI接口，故采用軟件模擬SPI的操作方法實(shí)現(xiàn)串行控制。在ADC采樣時(shí)，對(duì)輸出電壓進(jìn)行多次采樣(如100次)，取其平均值作為采樣結(jié)果，否則采樣過于頻繁，測(cè)量不準(zhǔn)確。而預(yù)設(shè)DAC輸出時(shí)，根據(jù)設(shè)定值預(yù)設(shè)一個(gè)DAC控制字，使輸出接近設(shè)定值。在微調(diào)DAC輸出時(shí)，只需對(duì)DAC控制字進(jìn)行增1或減1操作即可。在鍵盤掃描時(shí)，如果按下的是數(shù)字鍵，則儲(chǔ)存數(shù)字; 如果按下的是單位鍵，則組合之前按下的各數(shù)字鍵，使之成為一個(gè)數(shù)值，作為新的設(shè)定值; 如果按下的是步長(zhǎng)鍵，則可設(shè)置步長(zhǎng)值; 如果按下的是步進(jìn)鍵，則對(duì)DAC設(shè)定值按所設(shè)置的步長(zhǎng)增或減，使輸出電壓步進(jìn)變化。

五、結(jié)果分析

（1）由于選擇A/D與D/A轉(zhuǎn)換器精度遠(yuǎn)高過指標(biāo)要求的精度，且電路中所用的電阻均采用精密電阻，所以可以保證設(shè)定值和實(shí)際測(cè)量值的精度要求經(jīng)過測(cè)試，誤差最大為0.06V。

（2）輸出端并聯(lián)大容量的電容濾波與優(yōu)質(zhì)高頻吸收電容（突波電容）,進(jìn)一步降低輸出電壓的紋波系數(shù)。

六、結(jié)束語

本文介紹的電源以AT89S52單片機(jī)為核心控制器件，此電源不僅擁有完善的過流保護(hù)功能、直觀的電壓顯示、良好的穩(wěn)定性和較大的輸出電流，而且能同時(shí)輸出常用正負(fù)雙電源和以0.1V步進(jìn)遞增或遞減電壓，足以滿足眾多實(shí)驗(yàn)場(chǎng)合的需求。

參考文獻(xiàn)

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[2] 劉楚湘,杜勇,尤雙楓.基于單片機(jī)的數(shù)控直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)[J].新疆師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版).2007(01)

篇5

[關(guān)鍵詞]穩(wěn)壓 連續(xù)可調(diào) 電源設(shè)計(jì)

一、幾種設(shè)計(jì)方案及分析

(1)晶體管串聯(lián)式直流穩(wěn)壓電路。該類電路中,輸出電壓UO經(jīng)取樣電路取樣后得到取樣電壓,取樣電壓與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較得到誤差電壓,該誤差電壓對(duì)調(diào)整管的工作狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整,從而使輸出電壓發(fā)生變化,該變化與由于供電電壓UI發(fā)生變化引起的輸出電壓的變化正好相反,從而保證輸出電壓UO為恒定值(穩(wěn)壓值)。在基準(zhǔn)電壓處設(shè)計(jì)輔助電源,用于控制輸出電壓能夠從0 V開始調(diào)節(jié)。

分析:單純的串聯(lián)式直流穩(wěn)壓電源電路很簡(jiǎn)單,但增加輔助電源后,電路比較復(fù)雜,由于都采用分立元件,電路的可靠性難以保證。

(2)采用三端集成穩(wěn)壓器電路。一般采用輸出電壓可調(diào)且內(nèi)部有過載保護(hù)的三端集成穩(wěn)壓器,輸出電壓調(diào)整范圍較寬,設(shè)計(jì)電壓補(bǔ)償電路可實(shí)現(xiàn)輸出電壓從0 V起連續(xù)可調(diào),因要求電路具有很強(qiáng)的帶負(fù)載能力,可用軟啟動(dòng)電路以適應(yīng)所帶負(fù)載的啟動(dòng)性能。

分析:該電路所用器件較少,成本低且組裝方便、可靠性高。在實(shí)際中,如果對(duì)電路的要求不太高,多采用此設(shè)計(jì)方案。

(3)用單片機(jī)制作的可調(diào)直流穩(wěn)壓電源。電路可通過AT89CS51單片機(jī)控制繼電器改變電阻網(wǎng)絡(luò)的阻值,從而改變調(diào)壓元件的參數(shù),使用軟啟動(dòng)電路,獲得3～26V,驅(qū)動(dòng)能力可達(dá)1.5A,同時(shí)可以顯示電源電壓值和輸出電流值的大小。

分析:該電源穩(wěn)定性好、精度高,并且能夠輸出±26V范圍內(nèi)的可調(diào)直流電壓,且其性能優(yōu)于傳統(tǒng)的可調(diào)直流穩(wěn)壓電源,但是電路比較復(fù)雜,成本較高,使用于要求較高的場(chǎng)合。

二、實(shí)現(xiàn)方案

1.原理分析

①采樣電路:分別由滑動(dòng)變阻器R5與電阻R4組成電阻分壓器,將輸出的直流電壓的V0一部分取出送到比較放大器,放大后控制調(diào)整環(huán)節(jié),取樣電壓VE為:

在正常情況下,取樣電壓可近似等于基準(zhǔn)電壓則有:

改變?nèi)与娐返姆謮罕?就可以調(diào)節(jié)V0的大小。即調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器R5的大小,改變輸出。

②基準(zhǔn)電壓:基準(zhǔn)電壓是一個(gè)穩(wěn)定度較高的直流電壓,利用發(fā)光二極管(綠色)的正向電壓特性,起“穩(wěn)壓”作用。當(dāng)二極管的正向電流ILED2變化不大時(shí),其正向壓降VLED2≈1.9V比較穩(wěn)定。用以作為調(diào)整比較的標(biāo)準(zhǔn),R3是穩(wěn)壓管的限流電阻。LED2兼做電源指示。

③比較放大電路:比較放大器是一個(gè)直流放大器,由VT3構(gòu)成。將取樣電壓VE與其準(zhǔn)電壓VLED2進(jìn)行比較,二者的差值經(jīng)T3放大后,控制(VT1、VT2)的調(diào)整管,用以穩(wěn)壓輸出。

④調(diào)整電路:調(diào)整電路是穩(wěn)壓電源的核心環(huán)節(jié),輸出電壓的穩(wěn)定是通過調(diào)整管的調(diào)節(jié)作用來實(shí)現(xiàn)的。穩(wěn)定電路輸出的最大電流也主要取決于調(diào)整電路。所以調(diào)整管使用的參數(shù)不應(yīng)超過器件的極限數(shù)據(jù)。

由電網(wǎng)電壓的波動(dòng)或負(fù)載電流發(fā)生變化而使輸出電壓V0發(fā)生變化時(shí),則有T1的自動(dòng)調(diào)節(jié),其穩(wěn)壓過程:

當(dāng)V0VEVB3IB3IC3VCE3(VBE2)IB1IC1VCE1V0

從而使V0基本不變。

⑤過載保護(hù)電路:串聯(lián)調(diào)整型的穩(wěn)壓電源和負(fù)載是串聯(lián)的,當(dāng)負(fù)載電源過大或短路時(shí),大的負(fù)載電流和短路電流全部流過調(diào)整管,此時(shí)負(fù)載端的壓降小,幾乎全部的整流電壓Vc加在調(diào)整管的c和e的極之間。使調(diào)整管的βVce0、ICM、PCM超過正常值。調(diào)整管會(huì)很快燒壞。R2和LED1組成的過載及短路保護(hù)電路,因串聯(lián)調(diào)整型的穩(wěn)壓電源調(diào)整管和負(fù)載是串聯(lián)的,當(dāng)輸出過載(輸出電流過大),電阻R2上的壓降VR2增加到一定值后LED1導(dǎo)通,使調(diào)整管VT1、VT2的基極電流不再增大,限制了輸出電流的增加,起到限流保護(hù)作用。

附加功能:

(1)充電功能

本基礎(chǔ)電路的輸出端(可看作C3兩端)即可實(shí)現(xiàn)對(duì)電池等的充電功能。通過調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器R5的阻值,可實(shí)現(xiàn)對(duì)不同型號(hào)電池的充電功能。

(2)放大部分

將電壓放大,由于放大器最大輸出電壓的限制,故采用兩個(gè)放大器,兩放大器輸出電壓大小相等、符號(hào)相反。

(3)D/A轉(zhuǎn)換電路(數(shù)模轉(zhuǎn)換器)

D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換電路一般采用DAC0832集成芯片

輸入用脈沖觸發(fā)。具體在本文后面有介紹。

2.電路圖(略)

三、電路參數(shù)設(shè)計(jì)

1.主要技術(shù)指標(biāo)。(1)輸入電壓:AC: 0～220V。(2)輸出直流穩(wěn)壓(Io=1.5A):Uo=26V。(3)輸出直流電流:額定值150mA,最大值300mA。(4)具有過載,短路保護(hù),故障消除后自動(dòng)恢復(fù)。(5)充電穩(wěn)定電流:60mA(±10%),充電時(shí)間10-12小時(shí)。(6)工作溫度范圍:TA=0～50℃。

2.極限參數(shù)。可視具體情況而定。

3.電路參數(shù)(略)

四、問題及展望

1.輸出電壓Vo達(dá)不到要求的26V。在電路后增加兩個(gè)運(yùn)放組成放大裝置來解決問題。同時(shí)增加電阻,這樣輸出電壓和輸出電流就都達(dá)到了實(shí)驗(yàn)要求。

2.為使設(shè)計(jì)更加實(shí)用,要使得輸出的電壓更方便于他人,欲加裝DAC芯片使模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào),設(shè)計(jì)中也有涉及。

3.數(shù)碼管顯示數(shù)值停留在0不發(fā)生變化,這是因?yàn)榉糯箅娐分羞\(yùn)放等的延遲作用!在延遲作用下,輸出電壓要經(jīng)過一定時(shí)間的緩慢增加,然而DAC芯片卻在剛有電壓時(shí)觸發(fā)燈就亮了,即數(shù)碼顯示管數(shù)值定在00不再發(fā)生變化。將DAC的觸發(fā)電平換成脈沖觸發(fā),就能使數(shù)碼管“動(dòng)”起來。

4.但是DAC電路中仍有不足,是顯示數(shù)碼管顯示的是十六位進(jìn)制的數(shù)轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制的數(shù),有待進(jìn)一步的研究和設(shè)計(jì)。

參考文獻(xiàn):

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【關(guān)鍵詞】穩(wěn)壓電源；斬波電路；單片機(jī)；PWM；IGBT

直流穩(wěn)壓電源是一種常見的電子設(shè)備，被廣泛的應(yīng)用與各個(gè)領(lǐng)域。目前市面上使用的直流電源大部分是線性電源，而線性直流穩(wěn)壓電源由分立器件組成，存在體積大、效率低、可靠性差、操作不便、故障率高等缺點(diǎn)。隨著電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，各種電子設(shè)備對(duì)電源性能的要求越來越高。穩(wěn)壓電源日益朝著小型化、高效率、模塊化、智能化方向發(fā)展。

本文介紹了一種以單片機(jī)系統(tǒng)為核心的新型可調(diào)直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)，他主要由斬波電路和AT89S52單片機(jī)控制系統(tǒng)構(gòu)成。它具有體積小、重量輕（體積和重量只有線性電源的20～30%）、效率高（一般為60～70%，而線性電源只有30～40%）、自身抗干擾性強(qiáng)、輸出電壓范圍寬、模塊化等優(yōu)點(diǎn)。而且價(jià)格低廉，操作簡(jiǎn)單。具有較高的應(yīng)用價(jià)值。

1.系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)由兩部分組成，即主電路和控制電路。如圖1 所示，主電路由整流濾波電路、IGBT斬波電路、濾波電路組成；控制電路由控制電源、AT89S52單片機(jī)系統(tǒng)、IGBT驅(qū)動(dòng)電路、ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、8279鍵盤顯示電路、檢測(cè)保護(hù)電路組成。

主電路中整流濾波電路采用常用的三相橋不可控整流器，將電網(wǎng)的三相交流電壓轉(zhuǎn)換成直流，再經(jīng)電容濾波得到平滑的直流電壓。穩(wěn)壓電路是由大功率器件IGBT實(shí)現(xiàn)的降壓斬波電路。

控制電路以AT89S52單片機(jī)為邏輯控制器，用于控制邏輯的實(shí)現(xiàn)。鍵盤和顯示電路作為人機(jī)交互，用于顯示和設(shè)定系統(tǒng)數(shù)據(jù)。ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換電路將系統(tǒng)實(shí)時(shí)電壓反饋給單片機(jī)，由單片機(jī)進(jìn)行處理。檢測(cè)保護(hù)電路的作用是保護(hù)ADC0809檢測(cè)電路，由于系統(tǒng)輸出電壓較高，不能直接接入ADC0809檢測(cè)電路，需要通過檢測(cè)保護(hù)電路將系統(tǒng)輸出電壓轉(zhuǎn)換到ADC0809能夠檢測(cè)的范圍才能接入電壓檢測(cè)電路。

2.控制電路設(shè)計(jì)

2.1 控制系統(tǒng)的核心—AT89S52

AT89S52作為該系統(tǒng)的核心，其主要作用為產(chǎn)生并輸出PWM波，他根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定電壓，調(diào)整PWM波的占空比，PWM波作為IGBT驅(qū)動(dòng)電路的輸入信號(hào)，從而調(diào)整輸出電壓，通過ADC轉(zhuǎn)換電路獲得實(shí)際輸出電壓，并與系統(tǒng)反饋的電壓值進(jìn)行比較，對(duì)占空比進(jìn)行微調(diào)，是系統(tǒng)達(dá)到所需的輸出電壓。另外，它還用于鍵盤數(shù)據(jù)的讀取和顯示數(shù)據(jù)的刷新。

2.2 人機(jī)交互——鍵盤顯示電路設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了鍵盤和數(shù)碼管顯示功能，用于設(shè)定和顯示系統(tǒng)數(shù)據(jù)。鍵盤和數(shù)碼管采用儀表中常用的驅(qū)動(dòng)芯片8279進(jìn)行控制。8270芯片為一種可編程鍵盤與顯示接口芯片，該芯片編程簡(jiǎn)單，能夠自動(dòng)掃描，并且與單片機(jī)接口方便，已經(jīng)成為設(shè)計(jì)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的優(yōu)選器件之一。以8279為控制芯片的鍵盤和數(shù)碼管顯示電路如圖2 所示，鑒于本系統(tǒng)所需顯示和設(shè)定的數(shù)值較少，故采用4個(gè)8段數(shù)碼管來顯示系統(tǒng)數(shù)據(jù)。鍵盤為4X4掃描式鍵盤，16個(gè)按鍵中，10個(gè)按鍵為0～9的數(shù)字按鍵，另外6個(gè)按鍵為功能選擇和設(shè)定按鍵。

8279以A0來區(qū)分信息特征，當(dāng)A0=0時(shí)，單片機(jī)讀出為數(shù)據(jù)；當(dāng)A0=1時(shí)，單片機(jī)讀出數(shù)據(jù)位芯片狀態(tài)字，寫入數(shù)據(jù)為控制命令。8279內(nèi)部有兩個(gè)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，即一個(gè)16字節(jié)的顯示數(shù)據(jù)緩沖區(qū)和一個(gè)8字節(jié)的鍵盤數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，顯示數(shù)據(jù)時(shí)，只需要將需要顯示的數(shù)據(jù)寫入顯示緩沖區(qū)即可。當(dāng)有按鈕閉合時(shí)，8279會(huì)自動(dòng)去抖，并掃描鍵值，最后將鍵值存入鍵盤數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，單片機(jī)只需要從數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中讀取數(shù)據(jù)即可得到鍵值，編程簡(jiǎn)單。

2.3 ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)

ADC0809是較為常用的一款逐次逼近式A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，它是帶有微處理機(jī)兼容的控制邏輯的CMOS組件，具有8位A/D轉(zhuǎn)換器和8路多路開關(guān)，可以和單片機(jī)直接接口。ADC0809的組成包括：

一個(gè)8路模擬開關(guān)；

一個(gè)地址鎖存與譯碼器；

一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器；

一個(gè)三態(tài)輸出鎖存器。

多路開關(guān)可分時(shí)選通8個(gè)模擬通道，芯片允許8路模擬量分時(shí)輸入，共用A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存A/D轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，OE為低電平時(shí)，說明A/D轉(zhuǎn)換器正在進(jìn)行模擬量的轉(zhuǎn)換，只有當(dāng)OE端為高電平時(shí)，鎖存器讀取轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。

2.4 IGBT驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)

日本富士公司推出的厚膜驅(qū)動(dòng)集成電路EXB841是專門的IGBT驅(qū)動(dòng)芯片，適合驅(qū)動(dòng)1200V/300A 以下的IGBT模塊。EXB841為高速型驅(qū)動(dòng)模塊，具有隔離強(qiáng)度高、反應(yīng)速度快、能夠過流保護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，市場(chǎng)占有率較高。該驅(qū)動(dòng)電路如圖3所示，EXB841的15引腳外加PWM控制信號(hào)，當(dāng)觸發(fā)脈沖信號(hào)施加于14和15引腳時(shí)，在GE兩端產(chǎn)生約16V的IGBT開通電壓；當(dāng)觸發(fā)控制脈沖撤銷時(shí)，在GE兩端產(chǎn)生-5.1V的IGBT關(guān)斷電壓。

3.系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

整個(gè)系統(tǒng)程序采用模塊化設(shè)計(jì)方法，主要包括系統(tǒng)初始化模塊、模擬電壓讀取模塊、顯示模塊、按鍵處理模塊、PWM脈寬調(diào)制模塊和看門狗模塊等。

看門狗模塊分為初始化子程序和喂狗子程序兩部分，初始化子程序用于啟用看門狗功能和初始化看門狗定時(shí)器，本系統(tǒng)設(shè)看門狗定時(shí)器時(shí)間為2S，若2S時(shí)間內(nèi)，沒有執(zhí)行喂狗程序，則看門狗電路發(fā)出復(fù)位信號(hào)，系統(tǒng)程序自動(dòng)復(fù)位。

開機(jī)后，首先調(diào)用初始化子程序，初始化系統(tǒng)，此時(shí)系統(tǒng)按照默認(rèn)參數(shù)，計(jì)算PWM占空比，并由定時(shí)器0和定時(shí)器1生成1KHZ的PWM波，由P2.3輸出。由定時(shí)器2產(chǎn)生一個(gè)10MS的定時(shí)器中斷，中斷程序中讀取實(shí)際電壓，然后與設(shè)定電壓比較，根據(jù)誤差調(diào)整PWM波的占空比，使實(shí)際值逐漸趨近設(shè)定值。然后刷新輸出，由數(shù)碼管顯示系統(tǒng)實(shí)時(shí)電壓。

當(dāng)有按鍵按下時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)入外部中斷子程序，此時(shí)在外部中斷子程序中調(diào)用按鍵處理子程序，來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)電壓值的設(shè)定。

PWM波的調(diào)制程序是系統(tǒng)軟件的關(guān)鍵所在，它的功能好壞直接影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。它由定時(shí)器0和定時(shí)器1通過中斷生成。定時(shí)器0和定時(shí)器1都工作在定時(shí)方式1，定時(shí)時(shí)間到出發(fā)相應(yīng)中斷。由定時(shí)器1控制PWM波周期，定時(shí)器0控制PWM波的占空比。當(dāng)定時(shí)器1產(chǎn)生中斷時(shí)，置位PWM輸出口P2.3，同時(shí)啟動(dòng)定時(shí)器0。當(dāng)定時(shí)器0中斷發(fā)生時(shí)，中斷程序復(fù)位P2.3，同時(shí)關(guān)閉定時(shí)器0。這樣只需要調(diào)整定時(shí)器0的定時(shí)時(shí)間即可調(diào)整PWM波形的占空比。

定時(shí)器2產(chǎn)生一個(gè)10MS的中斷，該中斷程序用于調(diào)整PWM波的占空比，其流程圖如圖5所示，首先讀取實(shí)際電壓，然后與設(shè)定電壓作比較，根據(jù)誤差改變定時(shí)器0的定時(shí)時(shí)間，調(diào)整公式如下：

其中：為本次中斷定時(shí)器0的初始設(shè)定值；

為上次中斷時(shí)0的初始設(shè)定值；

為比例系數(shù)；

為設(shè)定電壓與反饋電壓的差值。

經(jīng)過實(shí)際調(diào)試，當(dāng)k取1.5時(shí)，系統(tǒng)能夠達(dá)到較好的穩(wěn)壓效果。

4.結(jié)束語

通過系統(tǒng)調(diào)試，程序沒有出現(xiàn)錯(cuò)誤，得到的輸出電壓穩(wěn)定可靠，采用鍵盤和數(shù)碼管顯示作為人機(jī)交互，操作簡(jiǎn)單方便，智能化相對(duì)來說比較高。用戶反映良好。

基于單片機(jī)控制的直流穩(wěn)壓電源采用了先進(jìn)的單片機(jī)控制技術(shù)、完善的保護(hù)電路及專用高性能基準(zhǔn)穩(wěn)壓源元件，具有穩(wěn)壓精度高、紋波干擾小、安全可靠等特性，故可廣泛應(yīng)用于國(guó)防、科技、生產(chǎn)等領(lǐng)域。

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篇7

【關(guān)鍵詞】電流脈寬調(diào)制;PWM;Pspice

1.概述

電源是電子設(shè)備的心臟部分，其質(zhì)量的好壞直接影響電子設(shè)備的可靠性，電子設(shè)備故障60%來自電源，開關(guān)穩(wěn)壓電源的調(diào)整工作在開關(guān)狀態(tài)，主要優(yōu)越性是高達(dá)70%-95%變換效率。

目前，空間技術(shù)、計(jì)算機(jī)、通信、雷達(dá)、電視及家用電器中的穩(wěn)壓電源已逐步被開關(guān)電源取代。開關(guān)穩(wěn)壓電源的優(yōu)越性主要表現(xiàn)在：功耗小，穩(wěn)壓范圍寬，體積小、重量輕[1] [2]。

傳統(tǒng)的線性電源具有穩(wěn)壓性能好、輸出紋波電壓小、使用可靠等優(yōu)點(diǎn)，但工頻變壓器體積龐大，調(diào)整管工作于線性放大狀態(tài)，導(dǎo)致電源功耗大、效率低、發(fā)熱嚴(yán)重。開關(guān)電源采用功率管作為開關(guān)器件，工作于開關(guān)狀態(tài)，損耗小;工作頻率在幾十到上百千赫茲，濾波電容、電感的數(shù)值較小。線性穩(wěn)壓電源允許電網(wǎng)波動(dòng)范圍為220v×（1±10%）， 對(duì)電網(wǎng)的適應(yīng)能力很強(qiáng)。另外，由于功耗小、機(jī)內(nèi)溫升低，提高了整機(jī)的穩(wěn)定性和可靠性[3]。

2.系統(tǒng)整體概述

開關(guān)電源可分成：機(jī)箱（或機(jī)殼）、電源主電路、電源控制電路三部分。機(jī)箱既可起到固定的作用，也可起到屏蔽的作用;電源主電路負(fù)責(zé)進(jìn)行功率轉(zhuǎn)換，通過適當(dāng)控制電路將市電轉(zhuǎn)換為所需的直流輸出電壓;控制電路根據(jù)實(shí)際需要產(chǎn)生主電路所需的控制脈沖及提供保護(hù)。開關(guān)電源的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示：

圖1 開關(guān)電源的結(jié)構(gòu)框圖

電源主電路通過輸入整流濾波、DC-DC變換、輸出整流濾波將市電轉(zhuǎn)為所需的直流電壓。開關(guān)電源主回路可以分為：輸入整流濾波回路、功率開關(guān)橋、輸出整流濾波三部分。輸入整流濾波回路通過整流模塊將交流電變換成含有脈動(dòng)成分的直流電，通過輸入濾波電容使脈動(dòng)直流電變?yōu)檩^平滑的直流電;功率開關(guān)橋?qū)V波所得直流電變換為高頻方波電壓，通過高頻變壓器傳送至輸出側(cè)。由輸出整流濾波回路將高頻方波電壓濾波為所需直流電壓或電流。

控制電路為主回路提供正常功率變換所需的觸發(fā)脈沖。具有以下功能：控制脈沖產(chǎn)生電路、驅(qū)動(dòng)電路、電壓反饋控制電路、各種保護(hù)電路、輔助電源電路[4] [5]。

3.軟開關(guān)技術(shù)

軟開關(guān)技術(shù)指零電壓開關(guān)（ZVS）和零電流開關(guān)（ZCS）。圖4所示為功率開關(guān)管在軟開關(guān)及硬開關(guān)下的波形：

圖2 軟開關(guān)理想波形和硬開關(guān)波形

軟開關(guān)包括軟開通和軟關(guān)斷。軟開通包括零電流開通及零電壓開通，軟關(guān)斷包括零電流關(guān)斷及零電壓關(guān)斷，可按照驅(qū)動(dòng)信號(hào)時(shí)序來判斷。

零電流關(guān)斷：關(guān)斷命令在t2時(shí)刻或其后給出，開關(guān)器件端電壓由通態(tài)值上升到斷態(tài)值，開關(guān)器件進(jìn)入截止?fàn)顟B(tài)。

電壓關(guān)斷：關(guān)斷命令在t1時(shí)刻給出，開關(guān)器件電流由通態(tài)值下降到斷態(tài)值后，端電壓由通態(tài)值上升到斷態(tài)值，開關(guān)器件進(jìn)入截止?fàn)顟B(tài)。在t2前，開關(guān)器件端電壓必須維持在通態(tài)值（約等于零）。

零電壓開通：開通命令在t2時(shí)刻或其后給出，開關(guān)器件電流由斷態(tài)值上升到通態(tài)值，開關(guān)器件進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)。在t2前，開關(guān)器件端電壓必須下降到通態(tài)值（約等于零），電流上升到通態(tài)值以前維持在零。

零電流開通：開通命令在t1時(shí)刻給出，開關(guān)器件端電壓由斷態(tài)值下降到通態(tài)值以后，電流由斷態(tài)值上升到通態(tài)值，開關(guān)器件進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)。在t2以前開關(guān)器件電流必須維持在斷態(tài)值（約等于零）[6] [7]。

圖3 電源控制電路框圖

4.控制電路

根據(jù)電路功能將控制電路分為幾部分：脈沖產(chǎn)生電路、觸發(fā)電路、電壓反饋控制電路、軟啟動(dòng)電路、保護(hù)電路、輔助電源電路等[8]，控制電路如圖3所示。

脈沖產(chǎn)生電路是控制電路的核心。脈沖產(chǎn)生電路根據(jù)電壓反饋控制電路、保護(hù)電路及軟啟動(dòng)電路等提供的控制信號(hào)產(chǎn)生所需脈沖信號(hào)，該脈沖信號(hào)經(jīng)過觸發(fā)電路的放大驅(qū)動(dòng)開關(guān)元件，使開關(guān)管導(dǎo)通或關(guān)斷。

控制電路輸出的PWM信號(hào)，電平幅值和功率能力均不足以驅(qū)動(dòng)大功率開關(guān)元件，需要選擇合適的驅(qū)動(dòng)電路。驅(qū)動(dòng)電路將控制電路輸出PWM脈沖信號(hào)經(jīng)過電隔離后進(jìn)行功率放大及電壓調(diào)整驅(qū)動(dòng)大功率開關(guān)管，脈沖幅度以及波形關(guān)系到開關(guān)管的開關(guān)過程，直接影響損耗，需合理設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電路，實(shí)現(xiàn)開關(guān)管最佳開通與關(guān)斷[9][10]。

5.系統(tǒng)仿真

5.1 總電路設(shè)計(jì)

利用理想電源代替振蕩器，通過設(shè)置時(shí)鐘周期給定振蕩頻率，仿真時(shí)控制震蕩頻率外接定時(shí)電阻和電容的6、7腳均可不接。簡(jiǎn)化輸出電路，利用兩個(gè)晶體管模擬輸出級(jí)，關(guān)閉控制端用數(shù)字激勵(lì)驅(qū)動(dòng)，內(nèi)部邏輯利用數(shù)字仿真器進(jìn)行仿真。電路參數(shù)選擇和設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮上述簡(jiǎn)化對(duì)系統(tǒng)的影響[11] [12]。

圖4 總電路設(shè)計(jì)圖

5.2 PWM模塊

根據(jù)PWM產(chǎn)生的原理得到仿真模塊，用以產(chǎn)生可調(diào)的PWM信號(hào)。工頻脈沖信號(hào)，通過比較器，經(jīng)積分器產(chǎn)生三角鋸齒波，通過比較取符號(hào)產(chǎn)生一路脈沖信號(hào)，由分頻器產(chǎn)生兩路互補(bǔ)驅(qū)動(dòng)脈沖，輸入調(diào)節(jié)PWM信號(hào)的占空比[13]。

圖5 PWM仿真圖

6.結(jié)論

采用組合式變換器實(shí)現(xiàn)多路輸出、多種保護(hù)。通過Pspice仿真，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)思路的正確，理論性的可實(shí)現(xiàn)。

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篇8

關(guān)鍵詞： 直流開關(guān)電源；開關(guān)電源；設(shè)計(jì)

1 直流穩(wěn)壓電源概述

直流穩(wěn)壓電源在一個(gè)典型系統(tǒng)中擔(dān)當(dāng)著非常重要的角色。從某種程度上可以看成是系統(tǒng)的心臟。電源的系統(tǒng)的電路提供持續(xù)的、穩(wěn)定的能源，使系統(tǒng)免受外部的干擾，并防止系統(tǒng)對(duì)其自身產(chǎn)生的傷害。如果電源內(nèi)部發(fā)生故障，不應(yīng)造成系統(tǒng)的故障，而確保系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行。因此，人們非常重視系統(tǒng)直流電源的設(shè)計(jì)或選用。直流穩(wěn)壓電源通常分為線性穩(wěn)壓和開關(guān)穩(wěn)壓兩種類型。

1.1 線性穩(wěn)亞電源

線性穩(wěn)壓電源是指起電壓調(diào)整功能作用的器件始終工作在線性放大區(qū)的直流穩(wěn)壓電源，期工作原理如圖1。

它由50 工頻變壓器、整流器、濾波器以及串聯(lián)調(diào)整穩(wěn)壓器組成。

線性穩(wěn)壓電源的優(yōu)點(diǎn)是具有優(yōu)良的紋波及動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性。但同時(shí)存在以下缺點(diǎn)：輸入采用50 工頻變壓器，體積龐大且和很重；電壓調(diào)整器件工作在線性放大區(qū)內(nèi)，損耗大，效率低；過載能力差。

線性電源主要應(yīng)用在對(duì)發(fā)熱和效率要求不高的場(chǎng)合，或者要求成本及設(shè)計(jì)周期短的情況。線性電源作為板載電源廣泛應(yīng)用于分布電源系統(tǒng)中，特別是當(dāng)配電電壓低于40V時(shí)。線性電源的輸出電壓只能低于輸入電壓，并且每個(gè)線性電源只能產(chǎn)生一路輸出。線性電源的效率在百分之三十五到百分之五十之間，損耗以熱的形式耗散。

1.2 PWM開關(guān)穩(wěn)壓電源

一般將開關(guān)穩(wěn)壓電源簡(jiǎn)稱開關(guān)電源，開關(guān)電源與線性穩(wěn)壓電源不同，它是起電壓調(diào)整功能作用的器件，始終工作在開關(guān)狀態(tài)。開關(guān)電源主要采用脈寬調(diào)制技術(shù)。

開關(guān)電源的優(yōu)點(diǎn)；

1）功耗小、效率高。電源中開關(guān)器件交替地工作在導(dǎo)通-截止和截止-導(dǎo)通的開關(guān)狀態(tài)，轉(zhuǎn)換速度快，這使得開關(guān)管的功耗很小，電源的效率可以大幅度提高，可達(dá)到百分之九十到百分之九十五。

2）體積小、重量輕。開關(guān)電源效率高，損耗小，則可以省去較大體積的散熱器；隔離變壓用高頻變壓器取代工頻變壓器，可大大減小體積，降低重量；因?yàn)殚_關(guān)頻率高，輸出濾波電容的容量和體積大為減小。

3）穩(wěn)壓范圍寬。開關(guān)電源的輸出電壓由占空比來調(diào)節(jié)，輸入電壓的變化可以通過調(diào)節(jié)占空比的大小來補(bǔ)償，這樣在工頻電網(wǎng)電壓變化較大時(shí)，它仍然能保證有較穩(wěn)定的輸出電壓。

4）電路形式靈活多樣。設(shè)計(jì)者可以發(fā)揮各種類型電路的特長(zhǎng)，設(shè)計(jì)出能滿足不同的應(yīng)用場(chǎng)合的開關(guān)電源。

開關(guān)電源的缺點(diǎn)主要是：存在開關(guān)噪聲大。在開關(guān)電源中，開關(guān)器件工作在開關(guān)狀態(tài)，它產(chǎn)生的交流電壓和電流會(huì)通過電路中的其他元器件產(chǎn)生尖峰干擾和諧振干擾，這些干擾如果不采用一定的措施進(jìn)行抑制、消除和屏蔽，就會(huì)嚴(yán)重影響整機(jī)的正常工作。此外，這些干擾還會(huì)串入工頻電網(wǎng)，使附近的其他電子儀器、設(shè)備、和家用電器收到干擾。因此設(shè)計(jì)開關(guān)電源時(shí)，必須采取合理的措施來抑制其本身產(chǎn)生的干擾。

PWM開關(guān)電源在使用時(shí)比線性電源具有更高的效率和靈活等特點(diǎn)。因此，在便攜式產(chǎn)品、航空和自動(dòng)化產(chǎn)品、儀器儀表以及通訊系統(tǒng)等，要求高效率、體積小、重量輕和多組電源電源輸出的場(chǎng)合，得到了廣泛的應(yīng)用。但是開關(guān)電源的成本高，而且需要開發(fā)周期較長(zhǎng)。

2 開關(guān)電源的設(shè)計(jì)

2.1 開關(guān)電源的工作原理

開關(guān)電源主要采用直流斬波技術(shù)，即降壓變換、升壓變換、變壓器隔離的DC/DC變換電路理論和PWM控制技術(shù)來實(shí)現(xiàn)的。具有輸入、輸出隔離的PWM開關(guān)電源工作原理框圖，如圖2所示。

50Hz單相交流220V電壓或三相交流220V/380V電壓經(jīng)EMI防電磁干擾電源濾波器，直接整流濾波；然后再將濾波后的直流電壓經(jīng)變換電路變換為數(shù)十千赫或數(shù)百千赫的高頻方波或準(zhǔn)方波電壓，通過高頻變壓器隔離并降壓（或升壓）后，再經(jīng)高頻整流、濾波電路；最后輸出直流電壓。通過取樣、比較、放大及控制、驅(qū)動(dòng)電路，控制變換器中功率開關(guān)管的占空比，便能得到穩(wěn)定的輸出電壓。在直流斬波控制中，有定頻調(diào)寬、定寬調(diào)頻和調(diào)頻調(diào)寬3種控制方式。定頻調(diào)寬是保持開關(guān)頻率（開關(guān)周期T）不變，波形如圖3所示。

通過改變導(dǎo)通時(shí)間高。而定寬調(diào)頻則是保持導(dǎo)通時(shí)間T on不變，通過改變開關(guān)頻率，來達(dá)到改變占空比的一種控制方式。由于調(diào)頻控制方式的工作頻率是不固定的，造成濾波器設(shè)計(jì)困難，因此，目前絕大部分的開關(guān)電源均采用PWM控制。

2.2 開關(guān)電源的主要性能指標(biāo)

開關(guān)電源的質(zhì)量好壞主要由其性能指標(biāo)來體現(xiàn)。因此，對(duì)于設(shè)計(jì)者或使用者來講，都必須對(duì)其內(nèi)容有一個(gè)較全面的了解。一般性能指標(biāo)包括電氣指標(biāo)、機(jī)械特性、適用環(huán)境、可靠性、安全性以及生產(chǎn)成本等。這里僅介紹常見的電氣指標(biāo)。

2.2.1 輸入?yún)?shù)

輸入?yún)?shù)包括輸入電壓、交流或直流、頻率、相數(shù)、輸入電流、功率因數(shù)以及諧波含量等。

1）輸入電壓：國(guó)內(nèi)應(yīng)用的民用交流電源電壓三相為380V，單相為220V；國(guó)外的電源需要參出口國(guó)電壓標(biāo)準(zhǔn)。目前開關(guān)電源流行采用國(guó)際通用電壓范圍，即單相交流85～265V，這一范圍覆蓋了全球各種民用電源標(biāo)準(zhǔn)所限定的電壓，但對(duì)電源的設(shè)計(jì)提出了較高的要求。輸入電壓范圍的下限影響變壓器設(shè)計(jì)時(shí)電壓比的計(jì)算，而上限決定了主電路元器件的電壓等級(jí)。輸入電壓變化范圍過寬，使設(shè)計(jì)中必須留過大裕量而造成浪費(fèi)，因此變化范圍應(yīng)在滿足實(shí)際要求的前提下盡量小。

2）輸入頻率：我國(guó)民用和工業(yè)用電的頻率為50Hz，航空、航天及船舶用的電源經(jīng)常采用交流400Hz輸入，這時(shí)的輸入電壓通常為單相或三相115V。

3）輸入相數(shù)：三相輸入的情況下，整流后直流電壓約是單相輸入時(shí)的1.7倍，當(dāng)開關(guān)電源的功為3～5kW時(shí)，可以選單相輸入，以降低主電路器件的電壓等級(jí)，從而可以降低成本；當(dāng)功率大于5kW時(shí)，應(yīng)選三相輸入，以避免引起電網(wǎng)三相間的不平衡，同時(shí)也可以減小主電路中的電流，以降低損耗。

4）輸入電流：輸入電流通常包含額定輸入電流和最大電流2項(xiàng)，是輸入開關(guān)、接線端子、熔斷器和整流橋等元器件的設(shè)計(jì)依據(jù)。

5）輸入功率因數(shù)和諧波：目前，對(duì)保護(hù)電網(wǎng)環(huán)境、降低諧波污染的要求越來越高，許多國(guó)家和地區(qū)都已出臺(tái)相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)用電裝置的輸入諧波電流和功率因數(shù)做出較嚴(yán)格的規(guī)定，因此開關(guān)電源的輸入諧波電流和功率因數(shù)成為重要指標(biāo)，也是設(shè)計(jì)中的一個(gè)重點(diǎn)之一。目前，單相有源功率因數(shù)校正（FPC）技術(shù)已經(jīng)基本成熟，附加的成本也較低，可以很容易地使輸入功率因數(shù)達(dá)到0.99以上，輸入總諧波電流小于5%。

2.2.2 輸出參數(shù)

輸出參數(shù)包括輸出功率、輸出電壓、輸出電流、紋波、穩(wěn)壓精度、穩(wěn)流精度、輸出特性以及效率等。

1）輸出電壓：通常給出額定值和調(diào)節(jié)范圍2項(xiàng)內(nèi)容。輸出電壓上限關(guān)系到變壓器設(shè)計(jì)中電壓比的計(jì)算，過高的上限要求會(huì)導(dǎo)致過大的設(shè)計(jì)裕量和額定點(diǎn)特性變差，因此在滿足實(shí)際要求的前提下，上限應(yīng)盡量靠近額定點(diǎn)。相比之下，下限的限制較寬松。

2）輸出電流：通常給出額定值和一定條件下的過載倍數(shù)，有穩(wěn)流要求的電源還會(huì)指定調(diào)節(jié)范圍。有的電源不允許空載，此時(shí)應(yīng)指定電流下限。

3）穩(wěn)壓、穩(wěn)流精度：通常以正負(fù)誤差帶的形式給出。影響電源穩(wěn)壓、穩(wěn)流精度的因素很多，主要有輸入電壓變化、輸出負(fù)載變化、溫度變化及器件老化等。通常精度可以分成。3項(xiàng)考核：① 輸入電壓調(diào)整率；② 負(fù)載調(diào)整率；③ 時(shí)效偏差。同精度密切相關(guān)的因素是基準(zhǔn)源精度、檢測(cè)元件精度、控制電路中運(yùn)算放大器精度等。④ 電源的輸出特性：與應(yīng)用領(lǐng)域的工藝要求有關(guān)，相互之間的差別很大。設(shè)計(jì)中必須根據(jù)輸出特性的要求，來確定主電路和控制電路的形式。⑤ 紋波：開關(guān)電源的輸出電壓紋波成分較為復(fù)雜，通常按頻帶可以分為3類： 高頻噪聲，即遠(yuǎn)高于開關(guān)頻率 的尖刺；開關(guān)頻率紋波，指開關(guān)頻率 附近的頻率成分； 低頻紋波，頻率低于的 成分，即低頻波動(dòng)。

對(duì)紋波有多種量化方法，常用的有紋波系數(shù)、峰峰電壓值、按3種頻率成分分別計(jì)量幅值以及衡重法。⑥ 效率：是電源的重要指標(biāo)，它通常定義為η=Po/Pi×100%。式中，Pi為輸入有功功率；Po為輸出功率。通常給出在額定輸入電壓和額定輸出電壓、額定輸出電流條件下的效率。對(duì)于開關(guān)電源來說，效率提高就意味著損耗功率的下降，從而降低電源溫升，提高可靠性，節(jié)能的效果明顯，所以應(yīng)盡量提高效率。一般來說，輸出電壓較高的電源的效率比輸出低電壓的電源高。

2.2.3 電磁兼容性能指標(biāo)

電磁兼容也是近年來備受關(guān)注的問題。電子裝置的大量使用，帶來了相互干擾的問題，有時(shí)可能導(dǎo)致致命的后果，如在飛行的飛機(jī)機(jī)艙內(nèi)使用無線電話或便攜式電腦，就有可能干擾機(jī)載電子設(shè)備而造成飛機(jī)失事。電磁兼容性包含2方面的內(nèi)容：

電磁敏感性、電磁干擾分別指電子裝置抵抗外來干擾的能力和自身產(chǎn)生的干擾強(qiáng)度。通過制定標(biāo)準(zhǔn)，使每個(gè)裝置能夠抵抗干擾的強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于各自發(fā)出的干擾強(qiáng)度，則這些裝置在一起工作時(shí)，相互干擾導(dǎo)致工作不正常的可能性就比較小，從而實(shí)現(xiàn)電磁兼容。

因此，標(biāo)準(zhǔn)化對(duì)電磁兼容問題來說十分重要。各國(guó)有關(guān)電磁兼容的標(biāo)準(zhǔn)很多，并且都形成了一定的體系，在開關(guān)電源設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

3 開關(guān)電源的設(shè)計(jì)步驟

開關(guān)電源的設(shè)計(jì)一般采用模塊化的設(shè)計(jì)思想，其設(shè)計(jì)步驟是：

1）首先從明確設(shè)計(jì)性能指標(biāo)開始，然后根據(jù)常規(guī)的設(shè)計(jì)要求選擇一種開關(guān)電源的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、開關(guān)工作頻率確定設(shè)計(jì)的難點(diǎn)，依據(jù)輸出功率的要求選擇半導(dǎo)體器件的型號(hào)；

2）變壓器和電感線圈的參數(shù)計(jì)算，磁性材料設(shè)計(jì)是一個(gè)優(yōu)質(zhì)的開關(guān)電源設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，合理的設(shè)計(jì)對(duì)開關(guān)電源的性能指標(biāo)以及工作可靠性影響極大；

3）設(shè)計(jì)選擇輸出整流器和濾波電容；

4）選擇功率開關(guān)的驅(qū)動(dòng)控制方式，最好選用能實(shí)現(xiàn)PWM控制的集成電路芯片，也可利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)PWM控制；

5）設(shè)計(jì)反饋調(diào)節(jié)電路；

6）根據(jù)設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)過電壓、過電流和緊急保護(hù)電路；

7）根據(jù)熱分析設(shè)計(jì)散熱器；

8）設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)電路的PCB板和電源的結(jié)構(gòu)，組裝、調(diào)試，測(cè)試所有的性能指標(biāo)；

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關(guān)鍵字： MC34063穩(wěn)壓電路； 89C51單片機(jī)； HT7750； 單片機(jī)休眠模式

中圖分類號(hào)： TN710?34； TM92 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2014）07?0160?03

Design and implementation of direct current charger based on single chip

XIA Shu?li

（Xuzhou College of Industrial Technology， Xuzhou 221140， China）

Abstract： A direct current charger is designed， which can transfer the energy of direct current power source to rechargeable battery above 3.6V. According to entering voltage， the system adopts MC34063 and HT7750 to structure the electricity supplying circuit to charge battery. The AD0832 controlled by 89C51 single chip is used to check the output voltage of power source， so as to judge whether to charge up the battery or not. The detecting time can be set according to demands of users， and displayed by the nixie tube. To improve the work efficiency of the single chip， its two modes of work and sleep are detected spasmodically.

Keywords： MC34063 voltage regulator circuit； 89C51 single chip； HT7750； single chip sleep mode

0 引 言

近年來，能源短缺問題日益突出，人們?cè)趽?dān)憂能源枯竭的同時(shí)，對(duì)能源的浪費(fèi)卻大得驚人。例如各種廢棄的電池，尤其是遙控玩具車使用的電池，甚至沒用到其能量的一半就被廢棄掉了，這不僅造成能源的浪費(fèi)，更造成了環(huán)境的污染。因而研制一種收集各種廢舊電池能量的裝置已迫在眉睫。

本文設(shè)計(jì)一種以直流電源變換器為核心的電能收集裝置，該裝置可用于人們?cè)诼猛緸槭謾C(jī)隨時(shí)充電，也可用于礦工照明等。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖

電能收集充電器的核心為直流電源變換器，從直流電源中吸收的電能轉(zhuǎn)移到可充電電池中。電能收集充電器是將輸入的功率盡可能大的輸送到所需充電的設(shè)備中，使得充電器的充電效率盡可能提高。該充電器對(duì)輸入電壓要求低，并且可以最大可能的吸收直流電源中的能量，比一般的充電器節(jié)能。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)框圖

根據(jù)電壓[Ui]取值的大小采用兩種直流電源變換器，當(dāng)電壓為1.1 V

2 硬件電路設(shè)計(jì)

2.1 升壓電路設(shè)計(jì)

升壓電路主要由HT7750組成，HT7750轉(zhuǎn)換器具有高效率和低紋波。該系列具有超低啟動(dòng)電壓、高輸出電壓精度[1]。只需要3個(gè)外部元件即電感、穩(wěn)壓管、電解電容，以提供固定輸出5 V電壓。電路如圖2所示。

圖2 升壓電路

2.2 供電電路設(shè)計(jì)

供電電路是由MC34063芯片構(gòu)成的穩(wěn)壓電路，此芯片是一款可降壓也可升壓型的采用PWM 調(diào)節(jié)方式的開關(guān)穩(wěn)壓電源芯片，MC34063的工作電壓范圍[2]為3～40 V。此電路是把輸入進(jìn)來的電壓進(jìn)行穩(wěn)壓處理達(dá)到所需電壓值，同時(shí)此電壓還可以作為單片機(jī)和ADC0832的工作電壓。電路構(gòu)成如圖3所示。

2.3 控制電路設(shè)計(jì)

采用8051單片機(jī)，它擁有編程靈活、功能強(qiáng)大、而且廉價(jià)的好處，與INTEL公司的8096系列16位單片機(jī)相比，8051更具有明顯的價(jià)格優(yōu)勢(shì)[3]。同時(shí)能夠滿足需要，成為首選。它可以自身休眠來減小功耗，提高效率，它由基準(zhǔn)電源電路輸出穩(wěn)定的5 V電壓供電，主要起到檢控電壓的作用。89C51單片機(jī)控制AD0832來檢測(cè)電源輸出電壓的大小，從而判斷是否對(duì)電池進(jìn)行充電，并且檢測(cè)時(shí)間的長(zhǎng)短可以根據(jù)用戶的需要進(jìn)行設(shè)定，通過數(shù)碼管顯示出來。這里用的ADC是ADC0832芯片，它是一個(gè)串行的ADC，它具有速度和精度都足以滿足此電路，在ADC0832的VCC腳與基準(zhǔn)電路供電的輸出腳間接一個(gè)大電容從而使輸入給ADC0832的電壓更穩(wěn)定。電路構(gòu)成如圖4所示。

圖3 供電電路

2.4 充電電路設(shè)計(jì)

該電路是通過單片機(jī)對(duì)充電電路的控制從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電池的充電，起到開關(guān)作用。并且電路中加入了LED燈，從而顯示充電器是否工作。電路如圖5所示。

3 軟件部分的設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的軟件采用C 語言來編寫，所有代碼在UV2下編譯調(diào)試。軟件程序設(shè)計(jì)主要檢測(cè)電源輸出電壓的大小，從而對(duì)判斷是否對(duì)電池進(jìn)行充電，同時(shí)單片機(jī)通過自身休眠來減小功耗，提高效率。程序主流程圖如圖6所示，休眠時(shí)間控制流程圖如圖7所示。

4 測(cè)試方法與結(jié)果

（1） 當(dāng)輸入電壓[Ui]為10～20 V時(shí)，取電源內(nèi)阻[Rs]為100 Ω，可充電池的內(nèi)阻[Rc]為0.1 Ω，由理論計(jì)算得：

[Ic>（Es-Ec）（Rs+Rc）]

即：

[Ic>（20-3.6）（100+0.1）=163.8 mA]

圖5 充電電路

圖6 主流程圖

圖7 休眠時(shí)間控制流程圖

實(shí)際測(cè)量時(shí)[Ic=]164.6 mA>163.8 mA，滿足了設(shè)計(jì)的要求。測(cè)試數(shù)據(jù)見表1。

本設(shè)計(jì)的工作效率由輸出電壓[U*out]與輸出電流[Iout]的乘積比上輸入的電壓[Uin]與電流[Iin]的乘積。即：

[η=（Uout*Iout）（Uin*Iin）]

（2） 當(dāng)[Ui]從0逐漸升高時(shí)，能啟動(dòng)充電功能的[Ui]為0.28 V；當(dāng)[Ui]為0時(shí)，系統(tǒng)最大反向充電電流僅為0.09 mA。

表1 高壓參數(shù)表

[[Es] /V＼&[Uin] /V＼&[Iin] /mA＼&[Uout] /V＼&[Iout] /mA＼&[η]/%＼&5.8＼&5.07＼&7.89＼&3.54＼&0.203＼&1.80＼&6＼&5.13＼&8.85＼&3.55＼&1.545＼&12.08＼&7＼&5.51＼&15.39＼&3.64＼&9.01＼&38.68＼&8＼&5.71＼&23.6＼&3.75＼&19＼&52.87＼&9＼&5.49＼&46.2＼&3.57＼&34＼&47.86＼&10＼&5.49＼&46.2＼&3.57＼&46.21＼&65.04＼&11＼&5.55＼&55.9＼&3.57＼&57.3＼&65.94＼&12＼&5.54＼&65.6＼&3.58＼&68.5＼&67.48＼&13＼&5.56＼&75.5＼&3.56＼&80.1＼&67.93＼&14＼&5.59＼&85.8＼&3.6＼&92.1＼&69.13＼&15＼&5.61＼&96.6＼&3.6＼&104.6＼&69.49＼&16＼&5.64＼&106.2＼&3.61＼&115.8＼&69.79＼&17＼&5.66＼&116.5＼&3.62＼&127.8＼&70.16＼&18＼&5.69＼&127.7＼&3.63＼&140.8＼&70.34＼&19＼&5.71＼&137.2＼&3.64＼&151.9＼&70.58＼&20＼&5.74＼&147.3＼&3.64＼&164.6＼&70.43＼&]

5 結(jié) 語

本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種基于單片機(jī)的直流電能收集充電器，該充電器在輸入電壓低至1 V的情況下仍能將能量傳遞至3.6 V以上的可充電池中。同時(shí)制作了實(shí)驗(yàn)樣機(jī)并對(duì)實(shí)驗(yàn)樣機(jī)進(jìn)行了測(cè)試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該充電器具有工作電壓范圍寬，效率高，適應(yīng)性強(qiáng)、可靠性好等優(yōu)點(diǎn)。從一定程度上解決了廢棄電池能源的浪費(fèi)及對(duì)環(huán)境的污染。

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關(guān)鍵詞：任務(wù)驅(qū)動(dòng) 電子技術(shù)課 應(yīng)用

由于學(xué)生學(xué)習(xí)能力、個(gè)體素質(zhì)、學(xué)習(xí)意愿等存在差異，導(dǎo)致電子技術(shù)課程教學(xué)一直是授課教師“頭疼”的課程。如何把學(xué)生的興趣吸引到教學(xué)中，讓學(xué)生主動(dòng)有效地完成教學(xué)任務(wù)是筆者一直思考的問題。

一、任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)模式的核心

任務(wù)驅(qū)動(dòng)是一種建立在建構(gòu)主義教學(xué)理論基礎(chǔ)上的教學(xué)方法，屬于探究式教學(xué)模式，適用于培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力和相對(duì)獨(dú)立地分析解決問題的能力。它包括五個(gè)環(huán)節(jié)：提出任務(wù)、分析任務(wù)、自主學(xué)習(xí)、完成任務(wù)、過程評(píng)價(jià)。

任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)模式創(chuàng)新性的以任務(wù)為主線、學(xué)生為主體、教師來引導(dǎo)作為基本內(nèi)涵，學(xué)生作為主體參與到教學(xué)中，教師在教學(xué)中起到組織、引導(dǎo)、控制、促進(jìn)、改善作用。這種模式充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的主動(dòng)性、創(chuàng)造性和學(xué)習(xí)興趣，讓學(xué)生在“動(dòng)”的過程中學(xué)到知識(shí)。

二、任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)模式教學(xué)的過程

第一步：教學(xué)開展前，教師確定主題，提出任務(wù)。第二步：學(xué)生結(jié)合自己意愿和能力，分析任務(wù)并分組。第三步：教師對(duì)核心內(nèi)容進(jìn)行輔導(dǎo)和講解，學(xué)生按照任務(wù)要求借助多媒體設(shè)備、圖書資料等進(jìn)行自主學(xué)習(xí)。第四步：學(xué)生對(duì)任務(wù)內(nèi)容進(jìn)行實(shí)踐性操作，小組分工配合和個(gè)人技能相結(jié)合，教師協(xié)助學(xué)生解決遇到的困難。第五步：每組學(xué)生講解和展示自己完成的項(xiàng)目，學(xué)生互評(píng)，教師進(jìn)行總體評(píng)價(jià)。

三、對(duì)任務(wù)進(jìn)行設(shè)計(jì)的方法

在教學(xué)任務(wù)設(shè)計(jì)的階段，對(duì)學(xué)生現(xiàn)有的知識(shí)結(jié)構(gòu)和水平進(jìn)行評(píng)估，針對(duì)學(xué)生的特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，做到讓學(xué)生有興趣且樂于構(gòu)建知識(shí)體系。

第一，差異化的任務(wù)設(shè)計(jì)。根據(jù)學(xué)生知識(shí)掌握的能力和意愿不同，在設(shè)計(jì)任務(wù)時(shí)應(yīng)相互關(guān)聯(lián)而又存在差異。在保證核心知識(shí)不變的前提下，把握知識(shí)脈絡(luò)，突出重點(diǎn)，抓住關(guān)鍵，做到因材施教。

其具體步驟為，教師通過實(shí)例授課講解任務(wù)用到的新知識(shí)與技巧，學(xué)生根據(jù)實(shí)例做出類似項(xiàng)目，掌握任務(wù)中所包含知識(shí)點(diǎn)和技巧；學(xué)生完全理解和掌握知識(shí)點(diǎn)；學(xué)生自行設(shè)計(jì)或按照自己的思路進(jìn)行探索，提高學(xué)生的積極性和學(xué)習(xí)興趣。

第二，協(xié)作性的任務(wù)設(shè)計(jì)。團(tuán)隊(duì)配合是當(dāng)今社會(huì)大力提倡的能力之一，一個(gè)人的智慧和精力有限。為了使學(xué)生將來工作后快速適應(yīng)崗位和工作氛圍，在任務(wù)設(shè)計(jì)中教師應(yīng)加入?yún)f(xié)作性配合模塊。良好的團(tuán)隊(duì)配合不僅事半功倍，同時(shí)也充分發(fā)揮分析能力和講說能力，使他們?cè)谙嗷ビ懻?、?zhēng)辯中解決問題。

四、任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)模式在課程中的運(yùn)用

以直流穩(wěn)壓電源課程為例。

一是教學(xué)任務(wù)的設(shè)計(jì)。直流穩(wěn)壓電源電路由變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓四部分構(gòu)成，電路中變壓器起到變壓作用。二極管起到整流作用――將交流電轉(zhuǎn)換成脈動(dòng)直流電。電容起到濾波作用。電路的調(diào)整使輸出電壓穩(wěn)定。

二是學(xué)生對(duì)任務(wù)進(jìn)行分析。直流穩(wěn)壓電源的內(nèi)部構(gòu)造是什么？每個(gè)元器件的作用是什么？是如何實(shí)現(xiàn)直流穩(wěn)壓的？

三是內(nèi)容講解和學(xué)生自主學(xué)習(xí)為核心。教師將核心內(nèi)容二極管及其整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路，進(jìn)行講解。學(xué)生根據(jù)任務(wù)要求自行查閱相關(guān)資料，試析解決問題。

四是完成任務(wù)。學(xué)生對(duì)直流穩(wěn)壓電路進(jìn)行實(shí)踐性操作，組裝和調(diào)試電路。調(diào)試內(nèi)容主要有調(diào)整、測(cè)試電源輸出電壓、空載電流、負(fù)載電流、電壓調(diào)整率、電流調(diào)整率和紋波電壓等。教師在一旁指導(dǎo)并協(xié)助學(xué)生解決出現(xiàn)的問題。

五是評(píng)價(jià)總結(jié)。做到“三評(píng)”，即小組自評(píng)、每組互評(píng)、教師講評(píng)。對(duì)于掌握慢、基礎(chǔ)不扎實(shí)的學(xué)生要加強(qiáng)小結(jié)和知識(shí)點(diǎn)回顧；對(duì)于掌握快、能力更好的學(xué)生要引導(dǎo)他們繼續(xù)探索更深層次的知識(shí)，這樣將使每個(gè)學(xué)生都有收獲和成就感，真正實(shí)現(xiàn)了分層教學(xué)和因材施教。

任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)模式是對(duì)現(xiàn)有教學(xué)模式的一種改進(jìn)和創(chuàng)新，實(shí)施它的目的在于培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)、觀察、動(dòng)手、研究和分析問題的、協(xié)作和互助、交際和交流能力以及生活和生存的能力。學(xué)與做相結(jié)合的模式體現(xiàn)了中等職業(yè)教育的特點(diǎn)與特征，是促進(jìn)中等職業(yè)學(xué)校學(xué)生全面發(fā)展的一種有效教學(xué)方法。

參考文獻(xiàn)：

[1]白梅.信息時(shí)代的教與學(xué)[J].網(wǎng)絡(luò)科技時(shí)代：信息技術(shù)教育，2001（8）.