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1、基于单片机 AT89S52 程控开关稳压电源设计开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源。由于拥有较高的效率和较高的功率密度，开关电源在现代电子系统中的使用越来越普及。开关电源高频化、模块化和智能化是其发展方向。其中，步进可调、实时显示是开关电源智能化研究方向之一。现设计开关电源，技术指标为：输出电压 30V 至 36V 可调，最大输出电流 2A，有过流保护功能，能对输出电压进行键盘设定和步进调整、步进值 1V，并能实时显示输出电压和电流的开关稳压电源。1 总体设计方案总体设计方案采用 AT89S52 单片机为控制核心，对普通的开关电源控制部分
2、进行优化设计，并通过软件编程实现了对开关电源的智能控制。设计中采用隔离变压器将市电变压后通过整流滤波送至 DC-DC 升压变换器，经过一系列的控制整合电路之后可实现设计要求。系统总体框图如图 11 所示。11 DC-DC 主回路拓扑主回路拓扑采用 UC3842 和 MAX4080 构成 DC-DC 转换电路。UC3842是一块功能齐全、较为典型的单端电流型 PWM 控制集成电路，内包含误差放大器、电流检测比较器、PWM 锁存器、振荡器、内部基准电源和欠压锁定等单元。电流控制型升压 DC-DC 转换电路，外接元器件少、控制灵活、成本低，输出功率容易做到 100W 以上。当然，DC-DC 转换电路
3、也可以采用成品模块，若用 PI 公司生产的 DPA-Switch 设计开关电源具有集成度高、外围电路简单、发热量少、性能指标优良。由 UC3842 设计的 DC-DC 升压电路直接用误差信号控制电感峰值电流，间接地控制 PWM 脉冲宽度，达到控制输出端电压的目的。开关管以 UC3842 设定的频率周期开闭，使电感 L 储存能量并释放能量。当开关管导通时，电感充电，把能量储存在 L 中。当开关截止时，L 产生反向感应电压，通过二极管把储存的电能释放到输出电容器中。输出电压由传递的能量多少来控制，而传递能量的多少由通过电感电流的峰值来控制。具体设计电路如图 1.2 所示。12 保护电路保护电路在大
4、电流的情况下容易损坏芯片，所以需要对大电流的情况给予电路保护。设计中采用单片机控制继电器的通断来控制电路中的电流，对输出电路电流采样，采样值与额定值比较，反馈比较电路如图 13 所示，当电流大于 25A 时，则产生信号使单片机进入中断处理程序，使继电器起动，实现 DC-DC 电路的断电，从而达到保护电路的作用。单片机控制电路如图 14 所示。该方案中单片机控制继电器的吸合时间短，而且易于实现。13 数字设定及显示电路数字设定及显示电路采用 AT89S52 单片机和集成芯片 CD4051 实现程控和步进，用单片机控制键盘实现输出电压的初始设定，可以实现电压的步进1V，步减 1V。使用液晶显示输出
5、电压和电流，可拨动转换开关来选择显示电压电流模式。14 程序设计程序设计在设计好相关电路的基础上，通过编程由单片机对开关电源进行智能控制。系统由单片机 AT89S52 控制，电源系统具有“和“步进功能，步进幅度为 1V。同时 AT89S52 结合继电器等电路实现了电路过流保护功能，并且能实时显示开关电源的输出电压和电流。程序总流程图和中断流程图如图 1(5，6)所示。2 提高效率提高效率如何提高开关电源的效率显得尤为重要。在提高开关电源的效率上采取了如下措施。21 DC-DC 转换电路中电感在很大程度上影响系统的效率。市场上很难买到符合要求的电感，在绕制时对电感磁芯和漆包线的要求非常高，应将输
6、出电压纹波降到最小。22 DC-DC 转换电路中开关管采用 MOS 管取代双极性晶体管，串联栅极电阻将衰减由 MOS 输入电容、栅一源电路引线电感所产生的高频寄生振荡。可有效提高转换效率，若选用几个 MOS 管 IRF530 并联，可进一步提高效率。23 续流二极管选择肖特基二极管，其开启时间短、管压降小，可使电感存储能量大，有利于提高电源转换效率。24 二极管、电感和 MOS 管的栅极最好尽可能地靠近焊接，这样可以减少损耗，有利于提高系统的效率。3 测试数据和分析测试数据和分析31 电压调整率电压调整率 SU电压调整率 SU 指 U2 在指定范围内变化时，输出电压 U0 的变化率。用自耦调压
7、器调节 U2 从 15V 到 21V 之间变化，在输出电流为 2A 时候，测量出输出电压，从而得到电压调整率 SU。32 负载调整率负载调整率 SI负载调整率 SI 指 I0 在指定范围内变化时，输出电压 U0 的变化率。改变负载电阻，使输出电流在 02A 以内变化时，得到负载调整率数据如下。33 DC-DC 变换器效率变换器效率效率 =P0PIN，其中 P0=U0I0，PIN=UINIIN。用毫伏表在 DC-DC 模块端口直接读出输入和输出电压电流各值，可得变换器效率。34 纹波电流纹波电流在开关电源设计中，MOS 管源极接上 1k 的电阻，电源滤波处加无极性电容，滤除高频纹波。电流纹波实测
8、数据如下。基于 AT89S52 的开关稳压电源具有良好智能控制和步进功能，测试数据表明电源系统具有较高的电压调整率和负载调整率，并具有很高的效率，电源在最大输出功率下能连续安全工作足够长的时间。当然可通过对 MOS 管及相关元器件选择、电路优化设计，或选择 DC-DC 成品模块可进一步提高电源性能。基于单片机的数控直流稳压电源的设计与实现基于单片机的数控直流稳压电源的设计与实现1 引言直流稳压电源是电子技术常用的设备之一，广泛的应用于教学、科研等领域。传统的多功能功能简单、难控制、可靠性低、干扰大、精度低且体积大、复杂度高。普通直流稳压电源品种很多但均存在以下问题：输出电压是通过粗调（波段开关
9、)及细调(电位器)来调节。这样，当输出电压需要精确输出，或需要在一个小范围内改变时（如 1.02103V)，困难就较大。另外，随着使用时间的增加，波段开关及电位器难免接触不良，对输出会有影响。常常通过硬件对过载进行限流或截流型保护，电路构成复杂，稳压精度也不高。本文设计了一种以单片机为核心的智能化高精度简易直流电源，克服了传统直流电压源的缺点，具有很高的应用价值。2 系统硬件设计2.1 系统总体结构本系统是以 AT89S51 单片机为核心控制器，具有电压可预置、可步进调整、输出的电压信号和预置的电压信号可同时显示的数控直流电源，其硬件原理方框图如图 1 所示。系统 由 AT889S51 控制电
10、路、键盘电路、电源电路、D/A 电路、功放电路、短路保护及报警电路、 稳压输出电路、LED 显示电路八部分组成。系统通过“开关”、“+”、“-”三个按键来控制预置电压的升降，并通过数码管显示。AT89S51 单片机送出相应的数字信号，在 D/A 转换之 后输出电流，经集成运放 LM358 转换、三极管放大、RC 网络滤波，最终稳定。同时由 LED 数码管显示输出电压；由数字电压表测量实测值。2.2 数控部分主要由 AT89S51 最小系统控制，它要完成键盘控制、预置电压显示控制、短路保护控制 及报警控制等功能。AT89S51 最小系统如图 2 所示。2.2.1 键盘接口电路键盘接口电路如图 3
11、 所示。键盘设计由三个按键控制即：“开关”键、“+”键、“-”键，并外接三个上拉电阻控制键盘去抖。此三键分别连接到单片机的 P1.0、P1.1、P1.2 接口进行控制。2.2.2 预置电压显示电路预置电压显示电路如图 4 所示。本设计选用译码驱动器74F244，用来驱动 LED 数码管 显示预置电压，分别由单片机P2.0P2.7 接口控制。LED 共阴极控制端由 P1.4P1.6 接口 控制，并用三极管 8050 来控制 LED 的显示。2.3 电源部分2.3.1 主电源电路电源部分输入 220V、50Hz 交流电，输出全机所需的三种电压：+5V、+15V、-5V，主要 供数控部分和 D/A
12、转换芯片使用；+15V 作为运放的正电源，同时也是稳压输出电路的主电 源。该电源模块部分拓展了-5V 负电压，同时作为运放的负电源，如图 5 所示。2.3.2 稳压输出部分稳压输出部分是将控制部分送来的电压控制字数据转换成稳定的电压输出。它由转化器（DAC0808）、集成运放 LM358、晶体三极管、基准电压源（+15V）、过流检测电路组成。稳压输出模块包括过流检测电路，当电源过流时，过流检测电路输出为低电平其，送到 CPU 的 INT0 申请中断，CPU 接收后，延迟 5ms。3 系统软件设计软件控制程序由主程序和过流保护程序两部分，其主要实现步进加减、D/A 转换、键盘 扫描、LED 显示
13、、电流报警等功能。3.1 主程序首先初始化系统，即 AT89S51 单片机系统的初始化，再对系统时间进行设置，调用按键处理子程序，判断是否有按键按下，若有就调用显示处理程序，显示处理程序在数码管上 显示预置电压，由单片机控制的信号经 D/A 转换后，通过检测电路判断是否短路，若短路则 启动中断保护。否则，实现稳压输出。主流程图如图 6 所示。3.2 过流保护程序从数模转换电路转换出的信号，一路经过流检测电路，把检测到的信号，送入单片机最小系统进行处理，若过流，则蜂鸣器鸣叫。过流保护程序流程图如图 7 所示。图 6 主程序流程图 4 结束语本设计以单片机为核心设计一种智能稳压电源，不但电路简单，
14、结构紧凑，价格低廉，性能卓越。所研制的智能稳压电源可利用单片机设置周密的保护监测系统，确保电源运行可靠。输出电压采用数字显示，输人采用键盘方式，电源的外表美观，操作使用方便，具有较高的使用价值。数字可调式高压直流稳压电源的设计引言 高压电源是核辐射探测仪器中不可缺少的一部分,供给核辐射探测器件(如:正比计数管、GM 计数管、光电倍增管以及半导体探测器等)高压,配合其它仪器做能谱分析或放射性强度测量之用。此外,高压直流电源也广泛应用于各行各业,农业领域也有应用,例如农业环境静电除尘,静电喷雾杀虫,农业物料静电喷涂包裹,农产品加工中的静电植绒、农业生物静电效应研究、静电杀菌、农业种子静电处理等等。
15、目前产生高压电源的方法大致分为两种:一种是模拟方法,另一种是数字方法。前者的稳压电路、调节电路和显示电路均采用模拟电路控制,而后者则是通过数字电路进行自动控制。传统的高压电源一般通过调整十圈电位器和波段开关预置所需电压,电压值由电压表头指示,这种手工控制和指示方式有很多缺点:调整麻烦,不能很快获得所需电压,指针读数不精确,也不能在大负载和其他异常情况下自动监测和自身保护。另外,实验室中的仪器或设备,有些同学难免会乱动旋钮和开关,造成下次开机时因电压过高而损坏仪器。本文所介绍的数字系统采用键盘输入、程序控制、数码显示,可以很好的解决以上问题。1 硬件电路的设计根据设计要求,采用数模结合, 智能控
16、制方案完成数字式高压直流稳压电源的设计。系统可分为数字和模拟两部分,数字部分发挥单片机智能控制功能,并结合显示模块、按键控制模块、APD 转换模块、DPA 转换模块,使其完成对系统的智能控制,达到能自动控制电源输出电压的大小,实时测量电压并显示。模拟部分包括波形产生电路,倍压整流电路,取样电路,控制电路及外围元件组成。系统控制采用单片机完成,单片机结合软件编程完成 LED 显示、DPA 转换、APD 转换、键盘控制、实时电压测量等。单片机采用 Atmal 公司的AT89C52 芯片,软件编程应用汇编语言。方案的原理与系统框图如图 1 所示。电路由两个 PNP 型三极管构成推挽型开关电路,波形发生电路产生两个幅度相等、相位相反的方波,分别加在两个开关管的基极,使得两个三极管轮流导通。当开关管导通的瞬间在 Q、C、T 组成的回路中产生一个很大的电流,根据楞次定律,由于电感两端电流不能突变,使变压器次极产生感应电压,这样初级的能量通过变压器传送到了次极,由于变压器是升压型,这样次极电压高于初级,经倍压整流达到
