直流稳压电源电路设计
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直流稳压电源电路设计范文第1篇
【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2016）04-0163-02
在电力电子技术的不断发展与技术革新下，开关型直流稳压电源以其自身的工作表现与其可靠性成为我国电力系统中广泛使用的一种设备。在实际应用中，开关型直流稳压电源自重轻，工作内故障低，工作效率高，且其性价比占优势，并具有功耗晓得良好表现。相比于其他开关型电源，开关型稳压电源应用范围广，竞争力强，特别是对于粒子加速器等电源应用范围来说，开关型稳压电源具有着良好的专业性与稳定性。通过对于开关型稳压电源的技术标准研读与相关的影响因素分析，目前此类技术研究区域人员都是采用移相控制桥来对DC/DC变换小信号模式进行开关型稳压电源的电路设计。
1.对于动态小信号模型的相关阐述
对于动态小信号模型来说，不同的模型选取进而得到的设计结果都会存在差异。所以，在模型的选取上，应根据其实际情况进行分析与配置。对于开关电源来说，其本质是作为一个非线性的控制对象在进行工作，如果要对其进行成功的设计与分析，那么在进行指导建模时，应以近似建立在其稳态时的小信号扰动模型为依据。这一思路一方面取决于小信号扰动模式稳态时具有与设计目标相近的工作表现；另一方面也是由于这样的模型对于大范围扰动时的拟态不够精准，会造成相应结论的误差或偏差。基于此，以小信号扰动模型来进行开关型稳压电源的电路设计是保证其最终设计结果满足设计要求的必要条件。
2.开关型稳压电源的相关性能指标
2.1性能指标之稳定性。通过相关数据与实践结果研究表明，在不同的开关型稳压电源系统设计下，会产生不同程度的鲁棒性。而在暂态特性方面，其表现也会相应提高。但对于直流新稳压电源来说，其系统下对于增益余量的要求是大于或等于40dB，对于相位余量的要求则是大于或等于30dB。
2.2性能指标之瞬间响应指标。当开关电源处于非稳定状态下，由于其所受的干扰，输出量会出现相应的抖动现象。且其抖动量会随着其干扰而变化，当干扰停止时，则其最终也会回到稳定值，基于此，在对开关型稳压电源进行这方面的性能指标确定时，是以过冲幅度与动态恢复时间的长短来衡量其系统的动态特性的。在此定义下，瞬态响应指标内容主要是表现为，如果穿越频率越高，则其系统恢复到动态平衡点的时间就越短，另一方面，系统在干扰情况下所表现的过冲幅度与其相位余量呈相关性。
2.3性能指标之电源精度。在电源精度方面，其控制要求严格，一般其最终的电源精度误差需要控制在设计目标的1‰以下，且其纹波不得在1‰以上。考虑到纹波自身的分类有高频与低频两种，而这两种纹波是基于开头频率表现的。如高频纹波就是受到开头频率的影响，必须通过滤波器进行控制。而低频纹波则是受到电网波动的影响，必须通过系统的负反馈来进行控制。
3.关于开关型稳压电源的电路设计
3.1关于系统下的补偿网络与相关相关设计应用。目前来说，对于开关型直流稳压电源系统来说，其补偿网络是通过PI或者PID的算法来设计与制作的。也就是说，PI调节器的主要作用是对抗高频纹波影响，也就是提高系统对于高频干扰能力的抵抗性，但对于PI调节器来说，动态性差的缺点是无法忽视的。目前来说，实际应用中通过引入微分算法后可以有效提高系统的响应速度。但其缺点也显而易见：一方面是由于零点的大量引入直接造成系统对于高频信号的敏感度大幅度提高，放大器在此情况下，很容易产生堵塞现象；另一方面则是当开关纹波的放大倍数得到增大时，放大器也会随之进入非线性区，这结果只会造成整个系统的不稳定。目前来说，对于这些缺陷是以超前滞后的方法来进行补偿的。
3.2关于开关型稳压电源的电路设计原理
3.2.1理想性技术指标如下：（1）输入交流：电压220V（50―60Hz）；（2）输出直流：电压5V，输出电流3A；输入交流电压在180―250V区间变化时，输出电压相对变化量应小于2%；（4）输出电阻R0
3.2.2关于开关型稳压电源的基本工作原理。当线性自流稳压电源处于低频率工作状态下时，那么调整管的工作由于其体积大，则其效率相应低，但当其调整管工作处于开关状态下时，那么其的工作表现就为体积小，效率高。
3.3开关型稳压电源的电路设计探究。从以上论述可以看出，开关型直流稳压电源系统其低功耗的特点是由于晶体管位于开关工作状态下时，对于功率调整管的功耗要求低。特别是对于理想状态下的晶体管来说，当其处于一种截止状态时，晶体管所经过的电流为0，相应的功耗也就为0；另一方面，由于开关型稳压电源系统的穿越频率较高，所以对于电路的动态响应速度得以提高，而且整个系统的响应速度不受低通滤波器的影响；另外，相对于直流470V的电压来说，并环穿越频率远未达到这一频率，输出只为48V，特别是其电压稳定性方式，经过测试，其低频纹波稳定率都在0.996以上，完全满足了设计要求。
4.结语
综上所述，在进行开关型稳压电源的电路设计时，小信号的模型选择是关键点。为了进一步提高开关型稳压电源系统的稳定性，超前滞后网络补偿原理有效地弥补了精度电源的纹波限制高的问题。通过实践也表明，开关型稳压电源的适用性非常强，必将为人们生活提供更好的服务。
参考文献：
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[3]王滔.开关型稳压电源[J].科技风，2012，（11）.
直流稳压电源电路设计范文第2篇
关键词：直流稳压电源 线性电源 开关电源 基本类型
一、线性直流稳压电源
（一）晶体管串联式直流稳压电源。其在线性放大状态工作，具备反应快，电压稳定度高，负载稳定度高，输出纹波电压小，噪声较小等特点。针对电路技术而言，其控制电路使用元件较少。针对调整管的开关特性，滤波器的高频性能等要求较少，因此可靠性较高。其最大缺点是工作效率较低。只能通过降低调整管上的压降，减少调整管上的损耗来提高效率。具体解决策略为：一是PNP和NPN晶体管互补：串联式稳压电源输出电源电流较大时，通常调整管都要接成共集电极的达林顿组合管。因为在晶体管电参数相同情况下在保持电流放大倍数相等的情况下，互补连接的组合调整管的集射极压降减少了，因而电源的效率得到提高；二是偏置法：一般共集电极组合管集射间的压降一定程度上取决偏置电流。采用偏置连接法当输出电流一定时可以有效的提高电源效率；三是开关稳压器作前置予调节：在输入-输出电压差比较大，输出电流也比较大的场合，采用开关稳压器作串联式稳压器的前置予调节也是提高电源效率的有效办法。开关予调节还可以设置在电源变压器的原边。
（二）集成线性稳压器。集成稳压器在早期市场上应用较多，产量较大，主要分为半导体单片式集成稳压器、混合式集成稳压器两类。两类集成稳压器的电路形式、封装、电压、电流规格各不相同。集成稳压器分为定电压、可调、跟踪、浮动集成稳压器多种。然而无论何种形式，其大都由基准电压源、比较放大器、调整元件即功率晶体三极管和某种形式的限流电路组成。部分集成稳压器内部还有逻辑关闭电路和热截止电路。集成稳压器与由分立元件组成的稳压器比较，集成稳压器的优点非常明显，成本低，体积小，使用方便，性能好，可靠性高。
（三）恒流源网络稳压电源。恒流网络稳压是串联稳压电源的基本特点之一，其能够有效提高电源稳定性，在集成稳压器中应用较为广泛。分立元件组成的串联稳压器大都应用了恒流技术。应用晶体管场效应管与恒流二极管等元件能够实现恒流。恒流二极管在分立元件的串联稳压器中应用较为便利。
二、开关直流稳压电源
开关直流稳压电源主要指功率调整元件以“开、关”方式工作的直流稳压电源。早期的磁放大器开关直流稳压电源是利用铁芯的“饱和”、“非饱和”两种状态进行“开、关”控制，是一种低频磁放大器。此期间出现的可控硅相控整流稳压电源也属于开关直流稳压电源。之后，高频开关功率变换技术得以迅猛发展，出现了变换器方式的高频开关直流稳压电源。
（一）去除工频变压器。去除工频电源变压器而采用直接从电网整流输入方式，是开关电源减少体积和重量的重要举措之一。去除工频变压器已成为当代先进开关电源的基本特点。无工频变压器的开关电源与各种有工频变压器的直流稳压电源相比，其具有体积小、重量轻、效率高等优点。开关电源的电路形式已实现多种多样。从调制技术来看，其包括脉宽调制型、频率调制型、混合调制型几类，其中脉宽调制占绝大多数。目前出现了完全无变压器的开关电源，即连高频变换器都不需要。这种电源的最大特点是体积还可比现在的无工频变压器开关电源小的多，而且没有绕制的变压器等器件，能够集成电路工艺制作。
（二）提高开关电源频率。现代开关电源的最显著特点是开关频率不断提高，无论是晶体管开关电源、可控硅开关电源、场效应管开关电源，均在实现向高频化方向发展。随着功率IGBT和MOSFET的出现，开关电源的工作频率已从早期典型的20KHz逐步提高到兆赫范围甚至G赫范围。
（三）控制电路实现集成。早期开关电源的控制电路由分立元件构成，电路设计和调试维修都较为复杂，不利于开关电源的推广应用。为了适应开关电源的迅速发展，集成化的开关电源控制电路被研制成功，而且功能日益完善。开关电源控制电路集成化，极大地简化了开关电源的设计，提高了开关电源的电性能和可靠性，并且具有体积小、成本低等优点。
（四）关键元器件高频化。为适应开关电源快速发展需要，开关电源应用的主要元器件也在快速发展，高频化是其基本目标。开关电源中的开关元件-功率晶体管、可控硅、场效应管等均在提高工作频率上发挥着重要作用。特别是功率管IGBT复合管，MOSFET场效应管的出现，最为引人注目，其不仅把开关频率提高到1MHz-lGHz，并且具有开关特性好、驱动功率小、不存在二次击穿、避免热奔等特殊优点。此外，大电流肖特基势垒的出现极大地改善了低电压电流开关电源的整流效率，其具有开关速度快、反向恢复时间短，正向压降地等优点。在滤波过程中，电容器等器件也要在材料、结构工艺诸方面进行研制，以适应开关电源高频化需求。
（五）实现全数字化控制。开关电源的控制已从模拟控制，模数混合控制，发展为全数字控制阶段。全数字控制是未来的发展趋势所在，并且已在许多功率变换设备中得到广泛应用。然而，过去数字控制在DC/DC变换器中应用较少。近年来，开关电源的高性能全数字控制芯片已经逐步开发应用，欧美已有多家公司开发并制造出开关变换器的数字控制芯片及软件。全数字控制数字信号与混合模数信号相比能够标定更小量，芯片价格较低；针对电流检测误差能够实现精确数字校正，电压检测更为精准；能够实现快速灵活的控制设计等。
直流稳压电源电路设计范文第3篇
【关键词】数控;直流稳压电源;Proteus;设计与仿真;教学案例
1 引言
Proteus软件是英国LabCenter Electronics公司开发的EDA工具软件，由ISIS和ARES两个部分构成，其中Proteus ISIS软件包含了革命性的VSM（虚拟仿真技术），用户可以对模拟电路、数字电路、模拟数字混合电路，以及基于微控制器的系统连同所有的周围电子器件一起仿真[1-2]。在电子类专业核心课程的教学中，除了引导学生掌握好基础理论知识外，教师更需要加强对学生实践动手能力的培养，才能促进学生电路设计能力以及实践创新能力提高，也才能满足社会对所培养人才的专业能力需求。而将Proteus仿真软件技术应用于电子类专业核心课程的教学活动中，如模拟电子技术、数字电子技术、单片机技术以及嵌入式系统等课程的教学，不仅能够促进教师形象生动地完成教学任务，还可以提高学生的实践动手能力，如开展创新性设计实验、毕业设计、电子设计竞赛[2]。采用Proteus进行虚拟仿真设计实验可以根据需要随时对原理电路图进行修改，并立即获得仿真结果。一边设计一边实验，调试时随时可以修改电路，要比用万能板焊接元件搭建硬件平台更为方便，避免了传统设计中元器件的浪费，节约了时间和经费，提高了设计的效率和质量[3]。本文探讨的数控直流稳压电源的设计和仿真，涉及电路理论、模拟电子技术、数字电子技术、单片机技术、EDA技术等多方面知识，是电子电路设计与仿真教学的典型案例。
2 电路的硬件设计
2.1 设计方案分析
数控直流稳压电源设计是一个具有综合性的设计项目，要求具有一定的电压输出范围，输出电压能步进可调，能实时数字显示输出电压。
根据任务要求，首先该电路主体是一个电源，属于模拟电路设计，其次需要实时显示输出电压，需要译码显示电路，属于数字电路知识，还有数字到模拟的转换，需要数模转换电路，整个转换过程需要相应的时序控制，需要微控制器有序控制电压的转换、输出、显示。因此设计方案很多，本文给出一种简单实用的方案，在此方案中主要由以下几个部分组成（如图1）：
控制器部分：为了能有序控制电源的步进输出及显示，本设计选用学生熟悉又比较常用的8051系列单片机AT89C52。单片机的作用除了有效控制电压的数控输出及显示外，还可进行功能扩展。
电压输出部分：本设计对电源的输出电压电流没有太高的要求，当前已有集成三端稳压器一般能满足要求，而且这类芯片内部都有过流和过热的保护电路。例如型号为LM317集成三端稳压器，其额定电流可达1.5A，输出电压的调节范围为1.2～37V，内部有过热和过流保护电路，价格也不贵，所以采用这种芯片为主体来组成所要求的系统是比较合理的。
电压调节部分：为了能实现电源输出步进变化，结合集成三端稳压器的特点，选择模拟开关和电阻网网络构成D/A转换电路，将单片机与三端稳压器联接，实现数字信号到模拟信号的转换。控制单片机输出的数字信号即可改变三端稳压器输出电压，实现电压的数控调节。
电压显示部分：该部分选用常用的数字电路中的译码显示电路，为了节约单片机的IO端口，显示方式采用动态显示。
图1 整体电路设计方案原理图
2.2 各单元电路硬件设计
根据上面的设计思路，为了能快速方便的实现该设计方案，采用常用的一种仿真设计软件Proteus完成该电路的设计与仿真。Proteus软件包含了丰富的元器件库，能够很方便地调用设计方案中需要的各种元器件连接成电路，并进行仿真测试。
2.2.1 单片机控制电路
单片机是数控电源的核心，它通过软件的运行来控制整个电路的工作，从而完成设定的功能。本设计中控制电路选用AT89C52单片机，它是由美国ATMEL公司生产的低电压、高性能8位CMOS单片机，片内含8K字节的FLASH或PEROM和256字节的RAM，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，与标准MCS-51指令系统及8052产品引脚兼容[4]。AT89C52接收来自按键的信息，并对按键输入的信息进行处理，从而控制输出电压的变化，并将变化的结果输出到显示电路上。
2.2.2 电压输出电路
该电路主要由集成三端稳压器LM317作为核心器件稳定输出电压，该芯片内部有过流和过热保护电路，电容C1、C3滤除交流杂波，二极管D1为负载电容的存储电荷提供一条放电通路[4]。LM317的稳压输出电路如下图2所示。
图2 LM317稳压输出电路
图2中输出电压满足下列关系，
由于调整端的电流IADJ小于100uA，大多数情况应用时可以忽略，因此输出电压近似为 ，通过调节可调电阻R2可以很方便地改变输出电压。
2.2.3 电压调节电路
从上面的LM317输出电压公式得知只要改变可调电阻R2的大小可以很方便地改变输出电压的大小，如果把R2设计成一个线性电阻网络，通过模拟开关进行切换，就可以实现数控输出电压的要求[5]。线性电阻调节网络如图3所示，电路中选用8个电阻值依次倍增的精密电阻，模拟开关选择常见的继电器，通过按键输入控制单片机P1口输出的数字量控制继电器的闭合与断开，实现一种类似于数字量到模拟量的转换网络，来改变接入LM317调整端电阻的大小，从而改变输出电压大小。
图3 线性电阻调节网络
2.2.4 电压显示电路
译码显示电路选用4位数码管的动态显示方式（如图4所示）。将单片机的P2.0和P2.1口控制数码管的段选和位选的选通，P0口实现对数码管段选和位选的数据传送。P0口既要输出位选数据还要输出段选数据，因此采用分时传送方式，分别用两个锁存器74HC573保存对应的位选数据和段选数据;两个锁存器的工作分别通过单片机的P2.0和P2.1口来控制。
图4 译码显示电路
2.2.5 声光指示电路
为了能指示输出电压的最大值、最小值，分别添加红、绿LED指示灯;为了能指示按键的增减，添加蜂鸣器，按键每按下一次，就发出报警声一次。
3 电路的软件设计
直流稳压电源系统是以单片机为核心控制电压的调节与显示，因此需要编写相应软件程序控制单片机有序工作。
根据以上电源系统的硬件特点和实现功能，软件程序的结构可分为主程序和若干子程序[6]。主程序主要完成：系统初始化、数码管显示、按键是否按下，并跳转到相应功能的子程序中去。主程序流程图如图5所示。子程序包括：系统初始化子程序、显示数据处理子程序、数码管显示子程序、按键中断子程序等。
图5 主程序流程图
4 电路的整体设计与仿真分析
单片机系统的仿真是Proteus软件的一大特色。首先在Proteus中将上面硬件设计的各单元电路连接成一个完整的数控直流稳压电源仿真电路（如图6所示）;然后创建源代码程序文件，并编辑该电源系统的程序源代码;接着将源代码编译生成为目标代码，将目标代码添加到图6中的单片机元件的属性中，相当于在实际电路中对单片机下载目标程序;最后进行电路的调试仿真[7]。
图6 整体设计仿真电路图
图6所示电路的仿真结果如下：当电路上电工作后，由于电阻网络中没有电阻接入LM317的调整端，数码管上显示出电压为1.25V。当电压增加按键按下时，单片机的外部中断0产生中断，蜂鸣器报警，电压计数值增加1，接入的电阻网络中的电阻值增加一个单位，相应的输出电压增加0.1V;保存数码管结果的计数器值加1，P2.0端口选通译码显示电路的位选锁存器，送入相应的位选数据;P2.1端口选通译码显示电路的段选锁存器，送入段选数据;数码管上显示结果值增加0.1。当电压增大到15V时，红灯亮，显示电压值不变化，输出电压值也不再增加;当电压减小到1.25V时，绿灯亮，显示电压值不变，输出电压也不再减小。
在仿真电路中增加虚拟测试仪器，如图6中在稳压输出端Vout添加直流电压表或者电压探针，可以在仿真中实时观测输出电压的变化数据[3]。
电路仿真输出的理想结果是：电压输出大小从1.25V到15V变化，变化步进单位为0.1V;但实际上仿真结果是：数码管上显示结果与LM317输出端接的电压探针测量的电压值有一点误差。仿真测试数据如表1所示。
表1 仿真测试数据对比表
显示值 测量值 误差 显示值 测量值 误差 显示值 测量值 误差
1.35 1.356 -0.006 5.55 5.527 0.023 11.55 11.475 0.075
1.55 1.554 -0.004 5.95 5.924 0.026 11.95 11.871 0.079
1.95 1.951 -0.001 6.55 6.520 0.030 12.55 12.465 0.085
2.35 2.349 0.001 6.95 6.916 0.034 12.95 12.861 0.089
2.55 2.548 0.002 7.55 7.511 0.039 13.35 13.257 0.093
2.95 2.946 0.004 7.95 7.908 0.042 13.55 13.455 0.095
3.35 3.343 0.007 8.55 8.503 0.047 13.95 13.850 0.100
3.55 3.541 0.009 8.95 8.900 0.050 14.35 14.247 0.103
3.95 3.939 0.011 9.55 9.494 0.056 14.55 14.444 0.106
4.35 4.335 0.015 9.95 9.891 0.059 14.75 14.642 0.108
4.55 4.535 0.015 10.55 10.485 0.065 14.85 14.741 0.109
4.95 4.932 0.018 10.95 10.881 0.069 14.95 14.840 0.110
从仿真结果上看，随着电压的增加，数码管输出的理想结果与电压探针输出的结果误差将逐渐增加，最大相对误差为0.11V，即数码管上显示电压值为14.95V时，电压探针实时测量电压值为14.840V。仿真结果说明该电路在精度要求不是很高的场合足以适合应用。
分析误差的原因：（1）仿真软件中的电路元件毕竟是模拟元件，不是真实电路，即使真实电路也会有一定的误差;（2）显示结果是直接将控制继电器的数字信号通过单片机软件显示出来，而电压探针测量的是LM317输出端的电压值，两种的显示位数、精度不同。当然实际输出端的结果还取决于连接的电阻网络中的电阻值的合理选取。通过仿真不但可以观察输出结果，还可以在仿真软件中很容易修改电路并分析结果。
5 小结
本文利用Proteus软件实现了一种数控稳压直流电源的设计与仿真，无论设计过程还是仿真测试结果都达到了满意的效果。该电路的设计与仿真作为电子类专业的综合课程设计典型教学案例，在教学过程中应用Proteus仿真软件对电路的设计方案及结果进行实时的仿真测试与分析，一方面仿真设计操作简单，搭建电路、测试结果方便，修改设计快捷;另一方面在教学中增加了学生电路设计上的感性认识，便于对电路设计理论的理解，提高了学生的兴趣。总之，利用Proteus仿真软件能较好地完成设计任务，将之应用到相关课程教学中是一种新的教
学方法，有助于教师的教学和学生的自主学习。
参考文献：
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直流稳压电源电路设计范文第4篇
【关键词】单片机；直流稳压；数模转换
一、数字式可调稳压电源原理介绍
1.方案分析与选择
方案一：数控部分用单片机带动数模转换芯片提供线性稳压电压的参考电压。
优点：对于单片机，系统工作在开环状态，对数模转换的精度要求较高，设计成本低。
缺点：功耗较大，LED数码管输出显示不是系统的精确输出电压，须对它进行软件补偿。
方案二：数控部分用AVR单片机的PWM组成开关电源，再利用AVR的AD转换对输出电压进行实时转换，利用软件进行电压调整以达到稳压。
优点：硬件简单，稳压的大部分工作由软件完成，对单片机的运行速度要求很高，利用手头的ATmaga16L单片机最高8MHz工作频率很难达到速度要求。对软件要求较高，功耗小。
缺点：输出纹波电压较大，对软件的要求很高。
方案二简单的电路结构起初对设计者很吸引，但是后来了解到AVR单片机的PWM的精度用于开关电源比较勉强，而且开关电源有个通病：纹波电压大，考虑到设计目标对电源的功耗要求不是很严，同时为了保证纹波足够小也鉴于自身对于51单片机和线性电源较为熟练，故选择方案一。
2.总体设计原理
本设计采用AT89S52单片机作为整机的控制单元，利用4×4键盘输入数字量，通过控制单元输出数字信号，再经过D/A转换器（DA0832）输出模拟量，最后经过运算放大器隔离放大，控制输出功率管的基极，随着输出功率管的基极电压的变化，间接地改变输出电压的大小。
二、数字式可调稳压电源硬件电路设计
本系统的硬件电路设计主要围着AT89S 52单片机作为整机的控制单元用PROTEL 99SE设计软件来布线的，其中还用到了模数转换芯片DAC0832、外部存储芯片24C01、放大器芯片LM324、4×4矩阵式键盘、数码管等其他器件。总体框图考虑到各个元件的电气特性，例如元器件之间的干扰问题，接地问题，布线问题等，本系统将硬件电路设计分为数字部分和模拟部分。
（一）稳压电源数字部分电路
稳压电源数字部分电路即单片机接口电路主要包括：DAC0832数模转换电路、EEPROM接口电路、键盘接口电路、扬声器接口电路、复位电路、晶振电路及数码管显示部分电路。
1.单片机接口总电路
单片机AT89S52与器件的接口总电路如图1所示，下面将各部分电路介绍，AT89S52的P0、P2.5-P2.7接数码管输出显示部分电路，其中P0口用来输出字段码；P2.5-P2.7用来输出数码管选通位信号；P2.0、P2.2分别接外部存储芯片24C01的数据线（SDA）和时钟线（SCL）；P2.3接扬声器电路，为执行内部程序指令，EA/VPP必须接VCC。
AT89S52的P1口与数模转换芯片DAC0832相连接，用来输出数字量信号；RST为复位脚，用来输入复位信号，同时它还与P1.5-P1.7一起用作ISP下载端口；P3口用做键盘信号输入端口，XTAL1、XTAL2接晶振电路。
2.单片机电路接口电路
主要有：24C01与单片机AT89S52接口电路、4×4矩阵键盘接口电路、扬声器电路、AT89S52单片机复位电路及外部晶振电路、数码管显示部分电路。下面简单介绍一下存储芯片。
稳压电源设计中利用它存储电压输出值，实现掉电保存当前电压值的功能。它的引脚1、2、3、4、7接地；8脚接+5V；5脚与6脚分别接单片机的P2.0、P2.2的同时接5.1K上拉电阻后再接+5V（因连接总线的器件的输出端必须是集电极或漏极开路，以具备线“与”功能）。
3.数字部分电路PCB设计
本系统中，数字部分电路PCB采用Pro-tel99se软件进行设计。如图2所示：
（二）稳压电源模拟部分电路
稳压电源模拟部分电路主要包括电源部分电路，由运放LM324、达林顿管TIP127等构成的输出电压控制单元电路。另外，模拟部分电路属于高压部分，稳压管和达林顿管发热量比较大，要带散热片；同时须将它与5V低压工作的数字部分电路分开，这样可有效地防止元件的损坏，这也是系统为什么将电路设计分为数字部分和模拟部分的原因。
1.电源部分电路
在系统设计中考虑到单片机及其他器件的电源供电问题，采用一个变压器将220V交流电降压再经电桥整流，获得25V左右的平稳电压，然后用稳压管78L24、78L12、78L05进行三次稳压，分别获得24V、12V和5V的稳定电压，24V提供的是运算放大器LM324和达林顿管TIP127的工作电压，5V是AT89S52单片机和DAC0832的工作电压。图3所示。
2.输出电压控制单元电路
系统中，矩阵键盘输入数字信号经AT89S52处理后输出给DAC0832，数字信号经过数模转换后输出的是电流量，因此必须将电流量接电阻后接反馈放大电路以实现稳压输出。本设计的模拟部分利用了LM324作为放大器，采用二级放大电路，第一级为同相比例放大电路，第二级为闭环反馈放大电路。
本设计实际用到的数字式可调稳压电源模拟部分输出电压控制单元电路，其中用电位器和微调电阻作为校准电压值硬件补偿；用达林管TIP127作为调整管，由于其工作时发热量较大，须外加散热装置。
三、数字式可调稳压电源软件设计
本系统软件设计要实现的功能是：键盘对单片机输入数据，单片机对获得的数据进行处理，处理后的数据送4位共阳数码管，再送到8位数模转换芯片（DAC0832），以实现数字量对电压的控制。系统中的主程序主要完成键盘扫描、判断、处理和数码显示。
1.编程语言及输入
C语言在单片机的应用中，由于其逻辑性强，可读性好，比汇编语言灵活简练，目前越来越多的人从普遍使用汇编语言到逐渐使用C语言开发，市场上几种常见的单片机均有其C语言开发环境。因此，在本系统中，考虑到汇编语言的这些缺点，采用了C语言作为软件设计语言。
2.软件补偿编程
由于系统采用DAC0832进行模数转换线性稳定度不够好，因此系统实际输出电压值与输出显示值存在误差，必须用软件补偿的办法来消除误差。为此通过测试多组实际输出电压值与输出显示值对比，然后进行软件补偿，所以程序中调用软件补偿函数对输出电压值的补偿，从而消除误差。
四、结束语
本系统的不足之处就是不能对输出电压进行实时采样，为了能够使系统具备检测实际输出电压值的大小，系统通过加入模数转换模块（ADC0809芯片）进行模数转换，间接用单片机实时对电压采样，然后进行数据处理及显示。这样一来使系统输出误差更小，效果更好，这也是系统将来的一种功能扩展。
单片机实现的数字式可调稳压电源由于原理简单、稳定性好、精度高、成本低、易实现等诸多优点而受到越来越广泛的重视。其性能优于传统的可调直流稳压电源，操作方便，非常适合一般教学和科研使用。
参考文献
[1]王兆安，黄俊.电力电子技术[M].北京：机械工业出版社，2006.
直流稳压电源电路设计范文第5篇
关键词：Atmega16单片机；DA转换器；开关稳压芯片；BUCK电路
数控直流电压源，就是输出电压可控的直流电压源。如今，电子设备己成为人们日常工作和生活中必不可少的一部分，而电源恰恰是电子设备的心脏，为电子设备提供所必需的能量，起着万分关键的作用。电源系统对安全性、可靠性、便捷性以及实用性的要求正变得越来越高，数控直流电压源也因此逐渐受到人们的青睐。传统可调电源往往通过电位器来达到目的，虽然这样的电源有很大的输出功率，但很难做到精确调整，效率也不高。而数控直流电压源输出精确可调，亦有较高的输出功率以及转换效率，且更加轻便。本文的目的就是研究和实现高效低耗的数控直流电压源。
1数控直流电压源基本组成及工作原理
本文所设计的数控直流电压源的基本组成结构框图如图1所示，系统中，MCU选用AVR单片机Atmega16，它内部资源丰富，功耗低，可以保证系统稳定、可靠运行。DA转换器选用TLC5615，其基准源由基准源芯片REF5020产生。模拟电路模块包括开关稳压芯片LM2596_ADJ，运放芯片TL082，开关型电压转换芯片LMC7660以及功率电感等器件，共同构成一个BUCK电路。输出电压、电流经采样电路采入MCU并由液晶LCD5110进行显示。按键作为输入设备，对输出电压进行设置。
本设计工作原理是将单片机与DA转换器进行SPI通信，使DA输出可调的控制电压，送到运放TL082反相端。而以开关稳压芯片LM2596_ADJ为核心的BUCK电路上电后即输出电压，经分压后送到运放同相端，此时TL082作为比较器使用以比较上述两个电压。运放输出信号经二极管IN4148送入LM2596-ADJ的反馈脚（FB端）控制输出电压，由于LM2596-ADJ内部有1.235V基准电压以及比较器，当FB脚处电压小于基准时，会抬高输出电压；反之，则会降低，最终达到稳定从而达到数控的功能。接上负载后，输出电压、电流经采样点路送入MCU，就能在LCD5110上显示输出电压与输出电流。当采得电流值大于额定值，则将软件关闭LM2596_ADJ的使能端，进行过流保护。
2系统硬件电路设计
2.1 单片机最小系统电路设计
单片机最小系统是利用最少的器件而使单片机工作的电路组织形式。 最小系统电路原理图如图2，包括单片机、振荡电路、复位电路及供电电路。
2.2 DA转换器及其基准源电路设计
DA转换器及其基准源电路设计如图3所示， REF5020电路简单，在其2脚（Vin）与4脚（Gnd）之间加上18V以下直流电压，再在6脚（Vout）接小电容即可得到基准电压。TLC5615为10位DA转换器，其1～4脚可与单片机标准SPI口PB4～7相连，通过收到的10位数字码控制输出电压。它的5脚与8脚加上供电电压，6脚（REFIN）接来自基准源的2.048V电压，就能在7脚获取DA的输出电压。
2.3 稳压电路及其后级滤波电路设计
LM2596系列是降压型开关稳压芯片，其电路为一标准BUCK电路。稳压电路及其后级滤波电路设计如图4所示，输入电压从其1脚（IN）与3脚（GND）接入，输入电压为40V以下直流电压。开关信号由其2脚（OUT）输出，加到电感与吸纳二极管上。5脚（ON/OFF）为芯片使能端，低电平有效。4脚（FB）为反馈端，接入反馈信号以控制输出电压。图中上半部分为5.0V稳压输出，为单片机供电。下半部分为主稳压电路，输出可数控的电压。PCB设计要点，输出电感、电容以及后级滤波电路参数设计可按实际设计要求参考芯片技术手册。
2.4 负电压产生电路设计
由于需为运放提供双电源，故需产生一负电压，可利用开关型电压转换芯片LMC7660。负电压产生电路设计如图5，在芯片8脚（V+）与3脚（GND）加入一正直流电压，并在2脚与4脚之间串上一10～22μF电容，即可在5脚得到对应正电压的负电压。
2.5 比较电路设计
比较电路设计如图6所示，本部分电路的核心思想是将输出电压（经分压后）与DA输出的控制电压进行比较，若输出电压小，则抬高输出电压；反之，则降低，使两个电压达到动态平衡以达到数控目的。本电路中，运放与反相端之间的电容，与反馈端的电阻构成一个类似积分器的结构，当平衡时，正负偏移量相等，故系统输出将很稳定。
3系统软件设计
系统软件总流程图如图7所示，本部分设计包括单片机与DAC的SPI通信子程序、AD采样子程序、掉电保持子程序、液晶显示子程序以及键盘扫描子程序，从而达到控制DA输出电压、获取实时电压电流、掉电保持、实时显示以及键盘控制等多项功能，具体见下文分析。
3.1 单片机SPI通信程序设计
AVR单片机Atmega16的标准SPI口为PB4～PB7，当直接使用时，只需配置若干相关寄存器即可进行数据的主从机传输，且由于本程序无需从DA传数据到单片机，故实际上MISO（PB6）口是不需工作的。工作时，需要配置SPI相关寄存器，即SPCR寄存器以及确定主机模式、时钟频率等。当使能端（PB4）有效，将一个字节数据赋给数据寄存器SPDR，就可传送一个字节的数据到TLC5615，完成后状态寄存器SPSR中的SPI完成标志位置位，在下次传送时需软件清零，完成后PB4拉高以停止SPI数据传输。
3.2 AD采样程序设计
Atmega16单片机内部集成了一个8通道10位的AD转换器。使用时，首先需要配置AD模式寄存器ADMUX以确定AD的参考电压选取、采样通道、放大倍数等。下面要配置ADC控制和状态寄存器ADCSRA寄存器以决定分频率，AD中断是否使能，AD是否启动等。另外，若要使用AD中断，还要配置全局中断寄存器SREG。完成后就会开始进行AD转换，转换得到的10位数字码存在两个寄存器ADCH与ADCL，在程序中取出两个寄存器内容后进行一定的转换即可。
3.3 掉电保持程序设计
Atmega16内部具有512字节EEPROM，地址范围为0～511。EEPROM的读写方便，ROM的每个地址可存储一个字节。每当用于控制的10位数字码变化，就将其按高低8位拆分，存入ROM中，当开机时再取出相应地址里的内容，重组10位数字码，即可完成掉电保持功能。
3.4 液晶显示程序设计
LCD5110是84*48点阵液晶显示屏，它采用串行接口与MCU进行通信且支持多种串行通信协议。液晶显示字符的原理就是将每个6*8的点阵进行选择性点亮，使其显示出相应字符的形状。本设计需显示电压、电流，当得到AD采样结果后，将数据按位拆分，并显示在不同位置即可。
4结论
通过测试，本文所设计的数控直流电压源性能稳定可靠，设计电路实用、简单，效率高，带负载能力较强，该系统有如下特点：
（1）本系统输出电压在0～24V可调，步进为0.1V，输出电流最大可达3A，输出电压值、电流值由液晶LCD5110显示。
（2）最大输出功率45W以上，电源效率在80%以上，纹波不大于100mV。
（3）具有掉电保持、过流保护、常用电压预置等多种功能。
本数控直流电压源设计方案巧妙、电路及控制原理简单，输出可调且具有不错的带负载能力、很高的转换效率，可应用于供电电压在24V以下的各类电子设备供电。
参考文献：
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[3]陈学清，黄世震.一种新型数控直流稳压电源的设计[J].通信电源技术2006，23（2）：17-20.
[4]路秋生.开关电源技术与典型应用[M].北京：电子工业出版社，2009.
作者简介：
沈瀚祺，男，（1991～）浙江桐乡人，杭州电子科技大学电子信息学院本科生，研究方向：数字图像处理与DSP芯片设计。
