基于单片机的程控直流稳压电源的设计

基于单片机的数控直流稳压电源的设计

郝薏菲

（渭南师范学院物理与电气工程学院电气工程及其自动化2010级1班）

摘要：本篇论文所研究的是一种数控直流稳压电源,数控直流稳压电源就是能用数字来控制电源输出电压的大小，而且能使输出的直流电压能保持稳定、精确的直流电压源。该电源的功能由硬件和软件两方面来实现，利用D/A转换电路、辅助电源电路、稳压电路等电路组成数控稳压电源电路，详述了电源的基本电路结构和控制策略。其输出电压在1.3-9.9V之间连续可调，其输出电压大小以0.1V 步进，输出电压的大小调节是通过“+”、“—”两个键操作的，而且可以根据实际要求组成具有不同的输出电压值的稳压源电路。在软件方面使用选用AY89C51单片机进行语言编程。通过控制稳压电路部分的基准电压的输出与调整，同时实现高精度的输出电压。

关键词：直流稳压电源；整流；数控；D/A转换

引言

在当代这样一个经济与科技迅速发展的社会中，电源起到了至关重要的作用。电源技术尤其是数控电源技术是一门实践性很强的工程技术，服务于各行各业。当今的电源技术不仅融合了电子、电气、控制理论、系统集成、材料等诸多学科领域。随着电力电子技术的迅速发展，直流电源的应用也非常广泛，直流电源的好坏直接影响着电气设备或控制系统的工作性能。电子设备都需要良好而又稳定的电源，而外部提供的能源大多数为交流电源，电源设备就承担着把交流电源转换为电子设备所需要的各种类别的直流电源的任务，转换后的直流电源应该具有良好的稳定性，当电网或负载变化时，它能保持稳定的输出电压。传统的多功能直流稳压电源的功能具有以下不足：简单、难以控制、可靠性较低、干扰大、精度低、体积大、复杂度高。而基于单片机控制的直流稳压电源能较好地解决以上传统稳压电源的不足。

数控电源既能方便的输入和选择预设的电压值又具有较高精确度和稳定性，而且可以任意设定输出电压或电流，可以由面板上的键盘来控制单片机实现所有功能，给电路实验带来极大的方便从而提高了工作效率，也保护了电子设备。

1.数控稳压电源的基本概念和原理

1.1 电源的概念及分类

稳压电源：是可以为负载提供稳定的交流电源或直流电源的装置。稳压电源的分类方法繁多，按输出电源的类型分为直流稳压电源和交流稳压电源；按稳压电路与负载的连接方式分为串联稳压电源和并联稳压电源；按调整管的工作状态分为线性稳压电源和开关稳压电源；按电路类型分为简单稳压电源和反馈型稳压电源。在弄清楚各个类别电源特点的基础上从中选取出最佳的方案。

1.2数控电源特点的分析

（1）有易于采用先进的控制方法和智能控制策略，能使电源模块的智能化程度更高，性能更加完美。

（2）可以使控制更加灵活，系统升级更方便，甚至可以在线修改控制的算法，而不必要去改动硬件的线路。

（3）有益于控制系统的可靠性的提高，易于标准化，可针对不同的系统，不同型号的产品采用统一的控制板，而只是对控制软件做一些调整即可。

（4）系统维护更加方便，一旦出现了故障，可以很方便地通过接口进行调试，故障的查询，历史记录的查询，故障的诊断，软件的修复，甚至可以控制参数的在线修改和调试。

（5）功耗小，效率高；体积小，重量轻；稳压范围宽，实现方法多；滤波效率大为提高；电路形式灵活多样。

2系统方案任务和内容

2.1系统主要功能及任务

本系统的主要功能如下：

1、输出直流电压调节范围1.3-9.9V；

2、输出直流电压能步进调节，步进值为0.1V；

3、由“+”“-”两键分别控制输出电压步进增和减；

4、输出电压类型可选：直流电压具体数值。

2.2方案内容

采用单片机和数模转换的方案。利用单片机控制，完成整个数控部分的功能从而实现稳压电源的输出电压调节。可以通过按钮来控制单片机，经过单片机通过D/A输出稳压电源的基准电压，再通过放大器和输出电压调整管输出可调电压。利用AT89C52型单片机能够很好的完成这些工作，AT89C52作为一个智能化的可编程器件，便于系统功能的扩展。DAC0808作为一个智能化的可编程器件，通过改变DAC0808的输入数字量来改变输出的电压值，间接地改变了输出电

压的大小。此系统的优点在于系统规模较小，价格低，功能强，可靠性高，应用灵活，外围电路简单，所以选此方案。

3.系统部分的功能设计

系统的硬件设计主要由AT89C52的控制模块、稳压输出模块、显示电路、模数转换模块、供电模块、按键模块这几部分组成。其中AT89C52是系统的核心，主要起控制作用；稳压输出模块有：双极输出、功率放大和采样电路，这部分电路将数控部分送来的电压控制字数据转换成稳定电压输出，输出的直流电压经A/D转换送入到AT89C51中去处理显示；按键处理模块完成对电压输出的步进调节控作用；显示模块对经A/D转换后的电压信号经过主控AT89C52显示；供电模块对本方案各个模块提供供电作用。为了可以使系统具备检测实际输出电压值的大小，故将输出电压经过DAC0808进行模数转换，间接用单片机实时对电压进行采样，然后进行数据处理及显示。采用软件方法来解决数据的预置以及电压的步进控制，使系统硬件更加简洁，各类功能易于实现。

3.1稳压输出模块

3.1.1采用LM317可调式三端稳压器电源

LM317可调式三端稳压器是应用最为广泛的电源集成电路之一，不仅具有固定式三端稳压电路的最简单的形式，还具备输出电压可调的特性，不过它只能连续调正电压。除此之外，还具有调压范围宽，稳压性能较好，噪声低，纹

工频交流脉动直流 直流负载

波抑制比高的优点。稳压电源的输出电压的公式为：V o=1.25(1+R2/R1).

三端稳压器，主要有两种，一种输出电压是固定的，称为固定输出三端稳压器，另一种输出电压是可调的，称为可调输出三端稳压器，其基本原理相同，均采用串联型稳压电路。在线性集成稳压器中，由于三端稳压器只有三个引出端子，具有外接元件少，使用方便，性能稳定，价格低廉等优点。但在使用时必须注意，要确保在最大负载电流时调整管不进入饱和，又不至于功耗偏大。

3.1.2 直流稳压电源设计思路

（1）电网供电电压交流220V(有效值)50Hz，要获得低压直流输出，首先必须采用电源变压器将电网电压降低获得所需要交流电压。

（2）降压后的交流电压，通过整流电路变成单向直流电，但其幅度变化大（即脉动大）。

（3）脉动大的直流电压须经过滤波电路变成平滑，脉动小的直流电，即将交流成份滤掉，保留其直流成份。

（4）滤波后的直流电压，再通过稳压电路稳压，便可得到基本不受外界影响的稳定直流电压输出，供给负载RL。

3.1.3直流供电电源制作原理

电源工作原理：降压→整流→滤波→稳压→输出。

降压：由于输入的市用电压为220V，远大于我们所需电压幅值，必须把电压降低，直接用一个变压器即可达到降压的目的.

整流:降压后的电压仍为交流电压，故要把交流电压整为直流电压，利用整流桥，整流桥内部实际上就是四个大功率的二极管

滤波:经整流后的直流并不是稳定的直流，是一个周期性的振荡曲线。要减落这种振荡幅度，最简单的滤波方法就是用电容，利用电容的充放电特性。

稳压：滤波后的电压输入三端稳压芯片便可将稳定的电压输出。