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1、智能稳压电源设计 / 摘 要本设计的开关电源由脉冲宽度调制器（PWM）和双极型三极管构成，介绍了基于AT89C51单片机的数字化控制的可调开关稳压电源，系统以UC3842、LM2576为核心，其中固定输出部分分别为5V、15V，可调部分由高性能单片机为控制核心，通过调节LM2576-ADJ端，实现输出电压的数字化可调，输入采用键盘方式，输出电压采用LCD显示，实现指标纹波系数Um5mU，稳定度V0/ V01001，步进0.1，该系统稳定性好、精度高、成本低、效率高、其性能远远优于传统的线性可调稳压电源，大大改善了传统的稳压电源的性能，简单易用，非常适合一般的教学和科研使用。关键词:开关电源；稳
2、压；51MCU；A/D；D/AABSTRACTThe design of the switching power supply from the pulse width modulator (PWM) and bipolar transistor structure, introduced the AT89C51 microcontroller based digital control of adjustable switching power supply, system UC3842, LM2576 as the core, some of which were fixed output
3、 5V, 15V, adjustable to control in part by high-performance microcontroller core, by adjusting the LM2576-ADJ-side, to achieve the digital output voltage adjustable, the input mode with the keyboard, the output voltage with LCD display, to achieve targets ripple factor Um 5mU, stability V0 / V0 100%
4、 1%, step 0.1, the system has good stability, high accuracy, low cost, high efficiency, its performance is far superior to the traditional linear adjustable power supply, greatly improved the performance of traditional power supply, easy to use, suited for general use in teaching and research.Keywor
5、d:switching power supply；regulators；51MCU；A/D；D/A目 录摘要IABSTRACTII第一章前言11.1 研究的目的和意义11.2 稳压电源的分类11.2.1 线性电源分类21.2.2 开关电源的分类21.3 稳压电源的主要指标31.3.1 特性指标31.3.2 技术指标41.4稳压电源的发展51.5 研究主要容7第二章开关稳压电源的原理82.1 开关稳压电源的工作原理82.1.1开关式稳压电源的基本原理框图82.1.2开关电源的控制方式82.2 开关电源常见电路92.3 开关电源器件122.3.1 开关晶体管122.3.2 PWM控制器13第三章智
6、能稳压电源的硬件设计153.1 稳压电源方案论证153.2 系统工作原理153.3 整流滤波电路163.4 PWM控制电路173.4.1 PWM控制电路设计173.4.2 UC3842简介193.5 稳压输出电路213.5.1 稳压输出电路设计213.5.2 LM2576开关稳压集成电路223.6 可调输出电路233.6.1 可调输出电路设计233.6.2 运算放大器LM358243.6.3 DAC0832模块电路253.7 MCU控制电路263.7.1 MCU控制电路设计263.7.2 AT89C51简介273.7.3锁存器74LS573293.8 AD转换电路293.8.1 AD转换电路设
7、计293.8.2 AD转换电路原理293.9 LCD液晶显示电路303.9.1 LCD液晶显示电路设计313.10 按键电路设计323.10.1 键盘原理323.10.2 键盘与单片机接口电路32第四章系统软件设计344.1 主体流程图344.2 键盘扫描与键值显示354.3 液晶初始化394.4 输出采样函数404.5 误差调整414.6 延时函数42结束语43致44参考文献45附录一程序清单47附录二智能稳压电源电路设计图55附录三智能开关电源使用说明书56第一章 前言1.1 研究的目的和意义电源是给所有电子设备电路系统提供能源的部件，是必不可少的。目前使用的稳压电源大部分是线性电源，利用
8、分立器件组成，其体积大，效率低，可靠性差，操作使用起来不方便，自我的保护功能不够，因而发生故障的几率高。随着电子技术的飞速发展，各种电子、电器设备对稳压电源的性能要求日益提高，稳压电源不断朝着小型化、高效率、低成本、高可靠性、低电磁干扰、模块化和智能化方向发展，以单片机系统为核心而设计制造出来的新一代智能型稳压电源不但电路简单，结构紧凑，价格低廉，性能卓越，而且由于单片机具有计算和控制能力，利用它对采样数据进行各种计算，从而可排除和减少由于干扰信号和模拟电路引起的误差，提高稳压电源输出电压和控制电流精度，降低了模拟电路的要求1。开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关晶体管开通和关断的时间比率
9、，维持稳定输出电压的一种电源，开关电源一般由脉冲宽度调制（PWM）控制IC和MOSFET构成。开关电源和线性电源相比，二者的成本都随着输出功率的增加而增长，但二者增长速率各异。线性电源成本在某一输出功率点上，反而高于开关电源，这一点称为成本反转点。随着电力电子技术的发展和创新，使得开关电源技术也在不断地创新，这一成本反转点日益向低输出电力端移动，这为开关电源提供了广阔的发展空间。1.2 稳压电源的分类目前稳压电源的分类方法繁多，按输出电源的类型分有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有串联稳压电源和并联稳压电源；按调整管的工作状态分有线性稳压电源和开关稳压电源；按电路类型分
10、有简单稳压电源和反馈型稳压电源对于品种繁多的稳压电源可以从不同角度去分。下面以线性电源和开关电源做介绍。1.2.1线性电源分类线性电源一般可分为串联型和并联型，按稳压方式分，有参数稳压电源和反馈调整型电源。参数稳压电源电路简单，主要是利用元件的非线性实现稳压。比如，一只电阻和一只稳压二极管即可构成参数稳压器。反馈调整型稳压电源具有负反馈闭环，是闭环自动调整系统，它的优点是技术成熟，性能优良、稳定，设计简单与制造。缺点是体积大，效率低2。1.2.2开关电源的分类开关电源可分为AC/DC和DC/DC两大类，DC/DC变换器现已实现模块化，且设计技术与生产工艺在国外均已技术成熟，性能优良、稳定，并已
11、得到用户的认可，但是AC/DC的模块化，因其自身的特性使得在模块化的进程中，遇到较为复杂的技术和工艺制造问题。以下分别对两类开关电源的结构和特性作以下阐述。1.DC/DC变换DC/DC变换是将固定的直流电压变换成可变的直流电压，也称为直流斩波。DC/DC变换类型是开关电源变换的基本类型，它通过控制开关通、断时间的比例，用电抗器与电容器上蓄积的能量对开关波形进行微分平滑处理，从而更有效地调整脉冲的宽带与频率。斩波器的工作方式有两种，一是脉宽调制方式，二是频率调制方式。其具体的电路由以下几类：（1）Buck电路降压斩波器，其输出平均电压Uo小于输入电压Ui，极性一样。（2）Boost电路升压斩波器
12、，其输出平均电压Uo大于输入电压Ui，极性一样。（3）Buck-Boost电路降压或升压斩波器，其输出平均电压Uo大于或小于输入电压Ui，极性相反，电感传输。（4）Cuk电路降压或升压斩波器，其输出平均电压Uo 大于或小于输入电压Ui,极性相反，电容传输。当今软开关技术使得DC/DC发生了质的飞跃，美国VICOR公司设计制造的多种ECI软开关DC/DC变换器，其最大输出功率有300W、600W、800W等，相应的功率密度为（6、2、10、17）W/cm3，效率为（80-90）%。日本NemicLambda公司最新推出的一种采用软开关技术的高频开关电源模块RM系列，其开关频率为（200-300）
13、kHz，功率密度已达到27 W/cm3，采用同步整流器（MOS-FET代替肖特基二极管），是整个电路效率提高到90%左右3。2.AC/DC变换AC/DC变换是将交流变换为直流，其功率流向可以是双向的，功率流由电源流向负载的称为“整流”，功率流由负载返回电源的称为“有源逆变”。AC/DC变换器输入为50/60Hz的交流电，因必须经整流、滤波，因此体积相对较大的滤波电容器是必不可少的，同时因遇到安全标准（如UL、CCEE等）与EMC指令的限制（如IEC、FCC、CSA），交流输入侧必须加EMC滤波与使用符合安全标准的元件，这样就限制AC/DC电源体积的小型化，另外，由于部的高频、高压、大电流开关动
14、作，使得解决EMC电磁兼容问题难度加大，也就对部高密度安装电路设计提出了很高的要求，由于同样的原因，高电压、大电流开关使得电源工作消耗增大，限制了AC/DC变换器模块化的进程，因此必须采用电源系统优化设计方法才能使其工作效率达到一定的满意程度。AC/DC变换按电路的接线方式可分为，半波电路、全波电路。按电源相数可分为单项、三相、多相。按电路工作象限又可分为一象限、二象限、三象限、四象限。1.3 稳压电源的主要指标直流稳压电源的指标有两类：一类是特性指标；另一类是技术指标或质量指标2。1.3.1特性指标（1）最大输出电流：它主要取决于主调整管的最大允许消散功率和最大允许工作电流。（2）输出电压和
15、电压调节围按照负载的要求来决定。（3）效率稳压电源本身就是个变换器，在能量转换时有能量损耗，这就存在转换效率问题。（4）保护特性在稳压电源中，当负载出现过载或短路时，会使调整管损坏，因此，电源中须有快速响应的过流、短路保护电路。1.3.2 技术指标电压调整率（Su）：当市电电网变化时（10的变化时在规定允许围），输出直流电压也相应变化。而稳压电源就应尽量减小这种变化。电压稳定度表征电源对市电电网变化的抑制能力。表征电源对市电电网变化的控制能力也用电压调整率Su表示。其电压调整率Su的定义：当电网变化10时输出电压相对变化量得百分比。 (1-1)式 (1-1)中Su值越小，表示稳压性能越好。(2)阻（rn）：当负载电流变化时，电源的输出电压也会发生变化，变化数值越小越好。阻正是表征电源对负载电流变化的抑制能力。电源阻rn的定义：当市电电网电压不变化情况下，电源输出电压变化量UO与输出电流变化量IO之比，即 （1-2）显然，rn越小，抑制能力越强。（3）电流调整率（SI） 电流调整率是指输入电压Ui恒定的情况下，负载电流IL从零变到最大时，输出电压UO的相对变化量的百分数，即
