智能稳压电源设计毕业设计

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；稳压；

2、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 5

3、v, 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% 1

4、%, 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.keyword:

5、 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 研究主要内容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

6、三章 智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

7、换电路设计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 键盘扫描及键值显示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 谢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

8、部分是线性电源，利用分立器件组成，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

9、开通和关断的时间比率，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

10、压电源；按电路类型分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，且设计技术及生产工艺在国内外均已技术

11、成熟，性能优良、稳定，并已得到用户的认可，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及频率。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，极性相同。（2

12、）boost电路升压斩波器，其输出平均电压uo大于输入电压ui，极性相同。（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

13、关频率为（200-300）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）及emc指令的限制（如iec、fcc、csa），交流输入侧必须加emc滤波及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，由于内

14、部的高频、高压、大电流开关动作，使得解决emc电磁兼容问题难度加大，也就对内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

15、大允许工作电流。（2）输出电压和电压调节范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范围内），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

16、)中su值越小，表示稳压性能越好。(2)内阻（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。内阻正是表征电源对负载电流变化的抑制能力。电源内阻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 （1-3）从（1-3）可以看出，si越小，说明电流的调整率越好。（4）纹波系数（so） 电源输出电压中，存在着纹波电压，它是输出电压中包含的交流分量。如果纹波电压太大，

17、对音响设备可能产生杂音，对电视就可能产生图像扭动、滚动干扰等。输出电压中的交流分量的大小，常用纹波系数so表示，即 （1-4）式中umn输出电压中交流分量基波最大值；uo输出电压中的直流分量。由式（1-4）可知，so越小说明纹波干扰越小。（5）温度系数 温度系数是用来表示输出电压温度的稳定性。在输入电压ui和输出电流io不变的情况下，由于环境温度t变化引起输出电压uo的漂移量uo，称为温度系数st，即 （1-5）越小，说明电源输出电压随温度变化而产生的漂移量越小，电源工作就越稳定。1.4稳压电源的发展随着电子技术的高速发展，电子系统的应用领域越来越广泛，电子设备的种类也越来越多，电子设备与人们

18、的工作、生活的关系日益密切。任何电子设备都离不开可靠的电源，它们对电源的要求也越来越高。电子设备的小型化和低成本化使电源以轻、薄、小和高效率为发展方向。 传统的晶体管串联调整稳压电源是连续控制的线性稳压电源。这种传统稳压电源技术比较成熟，并且已有大量集成化的线性稳压电源模块，具有稳定性能好、输出纹波电压小、使用可靠等优点。但其通常都需要体积大且笨重的工频变压器与体积和重量都很大的滤波器。由于调整管工作在线性放大状态，为了保证输出电压稳定，其集电极与发射极之间必须承受较大的电压差，导致调整管功耗较大，电源效率很低，一般只有45左右4。另外，由于调整管上消耗较大的功率，所以需要采用大功率调整管并装

19、有体积很大的散热器，很难满足现代电子设备发展的要求。20世纪50年代，美国宇航局以小型化、重量轻为目标，为搭载火箭开发了开关电源。在近半个多世纪的发展过程中，开关电源因具有体积小、重量轻、效率高、发热量低、性能稳定等优点而逐渐取代传统技术制造的连续工作电源，并广泛应用于电子整机与设备中。20世纪80年代，计算机全面实现了开关电源化，率先完成计算机的电源换代。20世纪90年代，开关电源在电子、电器设备、家电领域得到了广泛的应用，开关电源技术进入快速发展期。 开关型稳压电源采用功率半导体器件作为开关，通过控制开关的占空比调整输出电压。以功率晶体管（gtr）为例，当开关管饱和导通时，集电极和发射极两

20、端的压降接近零；当开关管截止时，其集电极电流为零。所以其功耗小，效率可高达7095。而功耗小，散热器也随之减小。开关型稳压电源直接对电网电压进行整流、滤波、调整，然后由开关调整管进行稳压，不需要电源变压器。此外，开关工作频率为几十千赫，滤波电容器、电感器数值较小。因此开关电源具有重量轻、体积小等优点。另外，由于功耗小，机内温升低，提高了整机的稳定性和可靠性。而且其对电网的适应能力也有较大的提高，一般串联稳压电源允许电网波动范围22010，而开关型稳压电源在电网电压在110260伏范围内变化时，都可获得稳定的输出电压。开关电源的高频化是电源技术发展的创新技术，高频化带来的效益是使开关电源装置空前

21、地小型化，并使开关电源进入更广泛的领域，特别是在高新技术领域的应用，推动了高新技术产品的小型化、轻便化。另外开关电源的发展与应用在节约资源及保护环境方面都具有深远的意义。目前市场上开关电源中功率管多采用双极型晶体管，开关频率可达几十千赫；采用mosfet的开关电源转换频率可达几百千赫。为提高开关频率，必须采用高速开关器件。对于兆赫以上开关频率的电源可利用谐振电路，这种工作方式称为谐振开关方式。它可以极大地提高开关速度，理论上开关损耗为零，噪声也很小，这是提高开关电源工作频率的一种方式。1.5 研究主要内容设计一个具有设置功能、步进功能和显示功能的开关稳压电源，其指标为：输出电压：5v 15v输

22、出电流：io2a纹波系数：vm5mv稳定度：vo/vo1001任意可预置输出，步进0.1 v第二章 开关稳压电源的原理2.1 开关稳压电源的工作原理2.1.1开关式稳压电源的基本原理框图交流电压经整流电路及滤波电路整流滤波后，变成含有一定脉动成份的直流电压，该电压进人高频变换器被转换成所需电压值的方波，最后再将这个方波电压经整流滤波变为所需要的直流电压。开关电源的调整管工作在饱和和截止区。控制电路为一脉冲宽度调制器，它主要由取样器、比较器、振荡器、脉宽调制及基准电压等电路构成。这部分电路目前已集成化，制成了各种开关电源用集成电路。控制电路用来调整高频开关元件的开关时间比例，以达到稳定输出电压的

23、目的。开关式稳压电源的基本电路框图如图2-1所示：图2-1 开关电源基本电路框图2.1.2开关电源的控制方式开关式稳压电源接控制方式分为调宽式和调频式两种，在实际的应用中，调宽式使用得较多，在目前开发和使用的开关电源集成电路中，绝大多数也为脉宽调制型。因此下面就主要介绍调宽式开关稳压电源5。图2-2调宽式开关稳压电源的基本原理对于单极性矩形脉冲来说，其直流平均电压uo取决于矩形脉冲的宽度，脉冲越宽，其直流平均电压值就越高。直流平均电压。可由公式计算，即uo=umt1/t式中um为矩形脉冲最大电压值；t为矩形脉冲周期；t1为矩形脉冲宽度。从上式可以看出，当um 与t不变时，直流平均电压uo将与脉

24、冲宽度t1成正比。这样，只要我们设法使脉冲宽度随稳压电源输出电压的增高而变窄，就可以达到稳定电压的目的。2.2 开关电源常见电路1降压（串联）式开关电源降压式开关电源的典型电路如图2-3所示。当开关管vt1 导通时，二极管vd1 截止，输人的整流电压经vt1和l向充电，这一电流使电感中的储能增加。当开关管vt1截止时，电感感应出左负右正的电压，经负载rl和续流二极管vd1释放电感中存储的能量，维持输出直流电压不变。电路输出直流电压的高低由加在vt1基极上的脉冲宽度确定6。图2-3 降压式开关电源这种电路使用元件少，它同下面介绍的另外两种电路一样，只需要利用电感、电容和二极管即可实现。 2升压（

25、并联）式开关电源 升压式开关电源的稳压电路如图2-4所示。当开关管 vt1 导通时，电感储存能量。当开关管vt1 截止时，电感感应出左负右正的电压，该电压叠加在输人电压上，经二极管vd1向负载供电，使输出电压大于输人电压，形成升压式开关电源。图2-4 升压式开关电源3自激式开关稳压电源自激式开关稳压电源的典型电路如2-5所示。这是一种利用间歇振荡电路组成的开关电源，也是目前广泛使用的基本电源之一。图2-5自激式开关电源当接入电源后在r1给开关管vt1提供启动电流，使vt1开始导通，其集电极电流ic在l1中线性增长，在l2 中感应出使vt1 基极为正，发射极为负的正反馈电压，使vt1 很快饱和。

26、与此同时，感应电压给c1充电，随着c1充电电压的增高，vt1基极电位逐渐变低，致使vt1退出饱和区，ic 开始减小，在l2 中感应出使vt1 基极为负、发射极为正的电压，使vt1 迅速截止，这时二极管vd1导通，高频变压器初级绕组中的储能释放给负载。在vt1截止时，l2中没有感应电压，直流供电输人电压又经r1给c1反向充电，逐渐提高vt1基极电位，使其重新导通，再次翻转达到饱和状态，电路就这样重复振荡下去。这里就像单端反激式开关电源那样，由变压器的次级绕组向负载输出所需要的电压。自激式开关电源中的开关管起着开关及振荡的双重作从，也省去了控制电路。电路中由于负载位于变压器的次级且工作在反激状态，

27、具有输人和输出相互隔离的优点。这种电路不仅适用于大功率电源，亦适用于小功率电源。4推挽式开关电源推挽式开关电源的典型电路如图2-6所示。它属于双端式变换电路，高频变压器的磁芯工作在磁滞回线的两侧。电路使用两个开关管vt1和vt2，两个开关管在外激励方波信号的控制下交替的导通与截止，在变压器次级统组得到方波电压，经整流滤波变为所需要的直流电压。图2-6 推挽式开关电源 这种电路的优点是两个开关管容易驱动，主要缺点是开关管的耐压要达到两倍电路峰值电压。电路的输出功率较大，一般在100-500范围内。5反转式开关电源 反转式开关电源的典型电路如图2-7所示。这种电路又称为升降压式开关电源。无论开关管

28、vt1之前的脉动直流电压高于或低于输出端的稳定电压，电路均能正常工作。图2-7 反转式开关电源当开关管vt1导通时，电感l 储存能量，二极管vd1 截止，负载rl靠电容c上次的充电电荷供电。当开关管vt1截止时，电感中的电流继续流通，并感应出上负下正的电压，经二极管vd1向负载供电，同时给电容充电。2.3 开关电源器件2.3.1 开关晶体管开关晶体管内部含有两个pn结，外部通常为三个引出电极的半导体器件。它对电信号有放大和开关等作用，应用十分广泛。输入级和输出级都采用晶体管的逻辑电路，叫做晶体管-晶体管逻辑电路，书刊和实用中都简称为ttl电路，它属于半导体集成电路的一种，其中用得最普遍的是tt

29、l与非门。ttl与非门是将若干个晶体管和电阻元件组成的电路系统集中制造在一块很小的硅片上，封装成一个独立的元件。半导体三极管是电路中应用最广泛的器件之一，在电路中用“v”或“vt”（旧文字符号为“q”、“gb”等）表示。 半导体三极管主要分为两大类：双极性晶体管（bjt）和场效应晶体管（fet）。晶体管有三个极；双极性晶体管的三个极，分别由n型跟p型组成发射极（emitter）、基极 (base) 和集电极（collector）；场效应晶体管的三个极，分别是源极（source）、栅极（gate）和漏极（drain）。晶体管因为有三种极性，所以也有三种的使用方式，分别是发射极接地（又称共射放大、

30、ce组态）、基极接地、集电极接地。最常用的用途应该是属于讯号放大这一方面，其次是阻抗匹配、讯号转换等，晶体管在电路中是个很重要的组件，许多精密的组件主要都是由晶体管制成的。 三极管的导通，三极管处于放大状态还是开关状态要看给三极管基极加的直流偏置，随这个电流变化，三极管工作状态由截止-线性区-饱和状态变化而变， 如果三极管ib（直流偏置点）一定时，三极管工作在线性区，此时ic电流的变化只随着ib的交流信号变化，ib继续升高，三极管进入饱和状态，此时三极管的ic不再变化，三极管将工作在开关状态。2.3.2 pwm控制器1.pwm控制器发展20多年来，集成开关电源沿着集成化方向发展，首先是对开关电

31、源的核心单元控制电路实现集成化。1977年国外首先研制成脉宽调制（pwm）控制器集成电路，美国摩托罗拉公司、硅通用公司、尤尼德公司等相继推出一批pwm芯片，典型产品有mc3520,sg3524,芯片。90年代以来，国外又研制出开关频率达1mhz的高速pwm、pfm90（脉冲频率调制）芯片，典型产品有uc1825、uc1864。一般时间控制法有三种，即脉冲宽度控制（调宽pwm）、脉冲频率控制（pfm）和混合式控制（调频调宽）。用的比较多的还是pwm, 近几年变频调速技术获得不断的进步和发展特别是在家用电器行业方面的应用。低廉、节能、高效、静音以及高可靠性的变频产品成为趋势，各种新型的pwm控制芯

32、片不断涌现。数字化的pwm控制芯片相对模拟pwm控制芯片(如tl494,sg3525,uc3844等)，因其抗干扰、抗温漂等方面的优点成为主流产品7。2.pwm与微处理技术典型pwm调速控制芯片特点随着微处理器技术的发展，其与pwm技术相结合，形成了各类特色的控制方案，主要可分为以下几类：(1)采用单一的通用微处理器(单片机)来产生spwm。该方案只须采用单个芯片，功能强、灵活、易于保密，但所有的pwm信号的产生均需占用cpu大量的工作时间，软件开发周期长，通用性差，不利于产品的更新换代。(2)采用专用大规模集成电路产生spwm信号。如mullard公司的hef4752,无须微处理器配合，属于

33、纯硬件实现方法，使用简单，省去编写软件的麻烦，开发周期短，但欠灵活性，难以实现更多的功能。(3)采用微处理器和专用大规模集成电路相结合的方式，可以兼具灵活、简单、易于开发、功能勿、一展的特点，如siemens公司的sel4520,mitel公司的sa4828等，但成本较高。(4)采用专用调速控制芯片。此类芯片内部集成有pwm发生器、a/d转换器、eprom/eeprom或快速可擦写存储器flashmemory等适用于电动泪l调速的外围硬件设备，大大减少cpu的十预时间，保证cpu可以实现更多复杂的控制功能。这类芯片很多，如东芝公司的八位单片机tmp88ck49/cm49,motorola公司的

34、八位单片机mc68hc708mp16,intel公司的16位微处理器8xc196mc。特别是高速运算能力dsp核的嵌入常见的如ti公司的tm5320f24x系列、ad公司的admcf32x系列，使得此类芯片完全可以实现高性能的控制算法，如磁场定向控制、无速度传感器矢量控制等8。第三章 智能稳压电源的硬件设计3.1 稳压电源方案论证方案一：采用线性电源做为主电路，技术成熟，性能优良、稳定设计与制造简单，输出纹波电压低，电磁干扰低。但内部功耗大，转换效率低，一般只有45；体积大，重量重，不便于微型化和小型化；必须具有较大的输入和输出滤波电容；输出电压动态范围小，线性调整率低；输出电压不能高于输入电

35、压9。方案二：采用开关电源作为主电路，效率高，体积小，能够处理较高的电源密度，拓扑学结构可用于传递单个或多个输出电压。经过比较筛选和论文要求参数指标，本设计采用开关电源做为智能稳压电源的主电路。3.2 系统工作原理系统工作原理: 220v交流电压经过整流，滤波后输出310v直流电压，通过在控制极（可控硅）上加上pwm脉冲信号来完成功率极的饱和和截止，通过开关变压器传到次级，再通过变压比将电压降低为一个-18v/+18v的工作电压供各个电路工作。振荡脉冲的负半周到来，电源调整管的基极或可控硅的控制极电压低于原来的设置电压，电源调整管截止，310v电源被关断，开关变压器次级没电压，这时各电路所需的

36、工作电压就靠次级电路整流后的滤波电容放电来维持。接着通过滤波稳压电路分别得到-15v/+15v和-5v/+5v两组固定输出电压，可调输出电路是通过键盘输入，经过单片机进行数据处理后控制da转换器输出对应的电压信号，因为lm2576-adj输出vo=（1+vadj）*1.23。将此电压加在lm2576可调端便可实现可调输出。由于本系统da变换电路用的是电流型da芯片,所以需要经过lm358进行i-v变换。系统工作结构框图如图3-1所示：220v输入整流滤波pwm调制过流保护功率推动电路(mosfet)开关变压器滤波稳压5v/15v固定输出电压调整可调输出输出检测单片机键盘输入显示可调输出部分图3

37、-1智能稳压电源系统原理图本智能稳压电源系统主要由at89c51单片机、整流滤波电路、pwm控制电路、稳压输出电路、可调输出电路、键盘输入电路和显示电路等部分组成。3.3 整流滤波电路整流就是把交流电变成脉动的直流电的过程，整流的基本器件是二极管，利用二极管的单向导电性即可把交流电转换成脉动的直流电，桥式整流电路如图3-2所示。图3-2桥式整流电路滤波是为了降低输出电压的脉动分量，得到较为平滑的直流电源，常有的滤波电路有电容滤波、rc（lc）型的滤波形式。电容是一个能储存电荷的元件。有了电荷，两极板之间就有电压uc=q/c。在电容量不变时，要改变两端电压就必须改变两端电荷，而电荷改变的速度，取

38、决于充放电时间常数。时间常数越大，电荷改变得越慢，则电压变化也越慢，即交流分量越小，也就“滤除”了交流分量，经过滤波后，输出电压的纹波减小，直流成分得到提高。3.4 pwm控制电路3.4.1 pwm控制电路设计本设计pwm控制电路主要由uc3842和一些基本元件组成，220v交流电压经过上述桥式整流电路整流，滤波后输出310v直流电压，经过uc3842调整及稳压滤波后得到一个稳定的-18v/+18v的工作电压。电路图如3-3所示：图3-3 pwm控制电路图从图3-3可以看出，反馈采样电压不是取自输出电压，而是取自变压器t原边侧的vcc,vcc的波动直接反应了电感电流的变化，所以有较快的响应速度

39、。vcc的波动通过r413，r409和r403组成的分压电路，输送到e/a误差放大器反相输入端，调整输出脉冲宽度。所以，这个电压控制环可以获得较高的电压调整率。电压调整率可达到10-4 量级。同样，负载的变化带来电感电流的变化，误差放大器也起到改善负载调整率的作用5。当开关管v出现过电流时，电阻r404上测得的过电流信号，输送到电流测定比较器的同相输入端，只要r404的电压达到1v，电流测定比较器动作，通过pwm锁存器使开关管关断，实现过流保护功能。当vin低于16v时，整个电路耗电紧1ma,即电路的启动电压为16v，启动电流为1ma，此时，处于待机状态。而电路的关断阀值为10v。启动电压和关

40、断阀值电压相差6v，是为了防止电路在阀值电压附近工作时，反复出现启动/关断的跳动。当电路一旦恢复正常工作，由辅助绕组进行对uc3842的供电。芯片正常工作时的电流为11ma15ma。振荡器的振荡频率由引脚8和引脚4之间的电阻器r402，引脚4到地的电容器c404来决定。引脚8在芯片内部接在电压基准的5v电压上，5v电压要通过r402对c404充电。fosc约为40khz。当uc3842用来驱动功率mos管时，开关频率可高达500khz，一般用在250khz左右，开关稳压电源工作更稳定。电阻器r413和电容器c411构成软启动电路，当c411上的充电电压达到启动电压时，电路启动，启动电流紧为1m

41、a。输出级为图腾柱式输出电路，输出晶体管的平均电流为200ma，最大可以输出1a的峰值电流。若要使输出关断，可以将引脚3上的电压升到1v以上，通过电流测定比较器将输出关断。或者将引脚1上的电压降到1v以下，实现输出关断。以上两种关断输出的方法都是使电流测定比较器输出高电平，pwm锁存器复位，关断输出端直到下一个周期的时钟脉冲将pwm锁存器重新置位。所以，实现了逐个脉冲的电流限制。3.4.2 uc3842简介为了精确控制开关电路的电压输出，系统采用脉宽调制的控制方式调节开关管的工作状态。脉宽调制产生电路通过uc3842 和外围电路实现。通过采样反馈电路改变开关占空比，来控制开关管的导通与关闭的脉

42、宽，从而使输出电压稳定10。pwm控制器采用 uc3842集成电路，uc3842是一种性能优良的电流控制型脉宽调制器。假如由于某种原因使输出电压升高时，脉宽调制器就会改变驱动信号的脉冲宽度，亦即占空比d，使斩波后的平均值电压下降，从而达到稳压目的，反之亦然。uc3842可以直接驱动mos管、igbt等，适合于制2080w小功率开关电源。由于器件设计巧妙，由主电源电压直接启动，构成电路所需元件少，非常符合电路设计中“简洁至上”的原则。pwm 电路控制功率推动电路，进而驱动开关变压器进行电压转换，转换后的电压经电压反馈电路矫正得到稳定的输出电压；电压取样电路将采集的电压信息送至单片机，从而显示当前

43、电压值。采用pwm控制的优点是: 简化了硬件电路,降低了硬件成本; 在pwm 控制过程中, 单片机可实时检测adc 端口上电流的大小, 并根据电流大小与设定值进行比较, 以决定pwm占空比的调整方向， 单片机利用adc 的端口和pwm的寄存器可以任意设定电流的大小。uc3842 采用固定工作频率脉冲宽度可控调制方式，共有8 个引脚，引脚图如图3-4：图3-4 uc3842引脚图uc3842内部主要包括：5v 基准电压源、振荡器、误差放大器、过流检测电压比较器、pwm锁存器、输入欠压锁定电路。具有8脚封装的uc3842芯片各引脚功能如下：脚1 为误差放大器输出，用于环路补偿；脚2是误差放大器的反

44、相输入，通常通过一个电阻分压器连至开关电源输出，起电压反馈作用；脚3为电流取样引脚，脉宽调制器使用此信息终止输出开关的导通，保护开关管不致过流损坏；脚4用于定时，通过时间电阻rt连接至参考输出引脚8以及时间电容ct连接至地，使振荡器频率和最大输出占空比可调，振荡频率为f=1.8/（rt ct），工作频率可达500khz；脚5 是控制电路和电源的公共地；脚6 是输出驱动开关管的方波引脚，为图腾柱式输出，可直接驱动功率管mosfet的栅极；脚7是控制集成电路的正电源（vcc）；脚8是参考输出引脚，它通过电阻rt向电容ct提供充电电流。uc3842还包括过压、欠压保护电路，当供电电源电压低于10v时

45、，芯片停止工作。3.5 稳压输出电路3.5.1 稳压输出电路设计根据论文要求需要得到两组固定输出分别为15v/+15v和-5v/+5v，由于两组输出原理完全相同，在这里只介绍15v/+15v。该电路是通过pwm控制电路产生的-18v/+18v传送给两片lm2576开关稳压集成电路从而达到稳压的目的，输出两组稳定电压。电路图如3-5所示：图3-5 稳压输出电路图从电路图3-5可以看出，该电路输入电容c201、c202一般应大于100uf,安装时要求尽量靠近lm2576输入引脚，其耐压值应与最大输入电压匹配。此处选用耐压值为25v/100uf或35v/100uf的极性电解电容。输出电容c203、c

46、204输出电容值根据：c13300vin/voutl计算。vin为最大输入电压，vout是lm2576的输出电压。l是经计算并查表选出的电感l2o1、l202的值，输出电容选择25v/100uf极性电解电容。二级管d201、d202的额定电流值应大于负载电流的1.2倍，考虑到负载短路的情况，二级管的额定电流值应大于lm2576的最大电流限制，二极管反向电压应大于最大输入电压1.25倍，所以此处选用sb540。本设计的稳压输出电路选用的是lm2576实现稳压输出，由lm2576特性可知，lm2576有3.3v、5v、12v、15v四种固定输出可选择，输出电流为3a，因此可直接满足论文输出电压和输

47、出电流指标；纹波系数大小主要是由输出电容c203、c204和lm2576决定，输出电容越大，纹波系数就越小，本设计把输出电容值选择为1000uf，那么纹波就会小于5mv；输出电压稳定度通过试验得知空载时输出电压分别为5v、15v，满载时输出电压分别为5v、15v，稳定度小于1，所以都满足论文指标。3.5.2 lm2576开关稳压集成电路1.lm2576的特性:(1)有3.3v、5v、12v、15v和可调电压输出多种系列11；（2）输出电压可调范围1.23v37v (hv型号的可达57v)，负载电压的输出容差最大为4；（3）最少只需要4个外围组件，3a的输出大电流应用电路（4）较寛的输入电压范围

48、，hv型号甚至可达40v60v；（5）内部振荡器产生52khz固定频率；（6）可用ttl电平关闭输出，低功耗待机模式，典型待机电流为50a；（7）buck式降压器，较高的转换效率；（8）过热和过流保护；（9）可实现buck-boost式正-负电压转换器。2.lm2576引脚功能说明:（1）n输入电压端，为减小输入瞬间电压和给调节器提供开关电流，此接脚应接旁路电容cin；（2）put稳压输出端，输出高电压为（vinvsat），输出低电压为-0.5v。（3）sd电路地；（4）feedback反馈端；电子（5）on/off控制端，高电平有效，待机静态电流仅为75a3.6 可调输出电路3.6.1 可调

49、输出电路设计本设计的可调范围在-5v到+5v，电路主要由运算放大器lm358和lm2576开关稳压集成电路组成。电路图如3-6所示:图3-6 可调输出电路本设计歩进要求0.1，只需要100个点就可满足-5v到5v的可调，而dac0832有256个点完全满足设计要求；可预置输出可通过键盘直接输入，由图3-6可看出，当用户从键盘输入需要设定的电压值后，由单片机at89c51输出并控制dac0832进行da转换。由于dac0832是电流型da芯片，所以需要对其进行iv变换，此电路中iv变换通过lm358实现，然后将其相应输出电压加至lm2576-adj的可调端（4脚），变可得到相应输出电压。ad转换

50、中可能出现误差，为了使系统更加稳定，该部分电路采用闭环控制方式，对输出进行实时监测。3.6.2 运算放大器lm358lm358内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器， 适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。它的使用范围包括传感放大器、直流增益 模组,音频放大器、工业控制、dc增益部件和其他所可用单电源供电的使用运算放大器的场合12。lm358的封装形式有塑封8引线双列直插式和贴片式。其引脚图引脚功能如图3-7所示：图3-7 lm258引脚图引脚功能图lm358主要特性(features)如下： l 内部频率补偿

51、。 l 直流电压增益高(约100db)。 l 单位增益频带宽(约1mhz)。 l 电源电压范围宽：单电源(330v)；双电源(1.5一15v)。 l 低功耗电流，适合于电池供电。 l 低输入偏流。 l 低输入失调电压和失调电流。 l 共模输入电压范围宽，包括接地。 l 差模输入电压范围宽，等于电源电压范围。 l 输出电压摆幅大（0至vcc-1.5v) 。 主要参数如下：l 输入偏置电流45 nal 输入失调电流50 nal 输入失调电压2.9mvl 输入共模电压最大值vcc1.5 vl 共模抑制比80dbl 电源抑制比100db3.6.3 dac0832模块电路d/a转化器的作用是将数字量转化

52、成模拟信号，经放大及驱动加到执行机构上，对被控制对象实施控制。直流稳压电源的数模转换采用通用芯片dac0832。dac0832的原理框图如图3-8所示。dac0832主要由8位输入寄存器、8位dac寄存器、8位d/a转换器以及输入控制电路四部分组成。8 位输入寄存器用于存放主机送来的数字量，使输入数字量得到缓冲和锁存，由加以控制；8位dac寄存器用于存放待转换的数字量，由加以控制；8位d/a转换器输出与数字量成正比的模拟电流；由与门、非与门组成的输入控制电路来控制2个寄存器的选通或锁存状态13。图3-8 dac0832原理框图当wr2和xfer同时有效时，8位dac寄存器端为高电平“1”，此时

53、dac寄存器的输出端q跟随输入端d也就是输入寄存器q端的电平变化；反之，当端为低电平“0”时，第一级8位输入寄存器q端的状态则锁存到第二级8位dac寄存器中，以便第三级8位dac转换器进行d/a转换9。一般情况下为了简化接口电路，使第二级8位dac寄存器的输入端到输出端直通，只有第一级8位输入寄存器置成可选通、可锁存的单缓冲输入方式。 特殊情况下可采用双缓冲输入方式，即把两个寄存器都分别接成受控方式。3.7 mcu控制电路3.7.1 mcu控制电路设计主要由at89c51和锁存器74ls573组成，其中p0口作为液晶显示器lcd1602的数据口，p1口作为ad0801及dac0832的数据口，

54、此时p1口采用分时复用技术。当进行da转换时，将数据输入74ls573，并将其锁存，以保证ad转换输出不影响da转换。mcu的p2口作为液晶ad0801和74ls573的控制端口，p3口作为用户键盘输入端口。电路图如3-9所示3-9 mcu控制电路图3.7.2 at89c51简介at89c51是美国atmel公司生产的低电压，高性能cmos 8位单片机12。at89c51是一种带4k字节闪烁可编程可擦除只读存储器（fperomfalsh programmable and erasable read only memory）的低电压，高性能cmos8位微处理器，俗称单片机。该器件采用atmel高

55、密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的mcs-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位cpu和闪烁存储器组合在单个芯片中，atmel的at89c51是一种高效微控制器，at8920c51是他的精简版，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案此外，at89c51有pdip、pqfp/tqfp及plcc等三种封装形式，以适应不同产品的需求。at89c51引脚图如图3-10所示:图3-10 at89c51引脚图at89c51主要性能参数：l 与mcs-51兼容 l 4k字节可编程闪烁存储器l 寿命：1000写/擦循环 l 数据保留时间：10年 l 全静态工作：0hz-24mhz l

56、 三级程序存储器锁定 l 1288位内部ram l 32可编程i/o线 l 两个16位定时器/计数器 l 5个中断源 l 可编程串行通道 l 片内振荡器和时钟电路 3.7.3锁存器74ls573原理：74ls573 的八个锁存器都是透明的d 型锁存器，当使能（g）为高时，q 输出将随数据（d）输入而变。当使能为低时，输出将锁存在已建立的数据电平上。输出控制不影响锁存器的内部工作，即老数据可以保持，甚至当输出被关闭时，新的数据也可以置入13。3.8 ad转换电路3.8.1 ad转换电路设计ad 转换转换由于采用的是8位并行ad转换芯片ad0801，所以只需将其数据口与mcu的p1口进行连接即可。控制端分别连接单片机p2.4、p2.5，其接口电路如图3-11所示图3-11 ad转换电路图3.8.2 ad转换电路原理在我们所测控的信号中均是连续变化的物理量，通常需要用计算机对这些信号进行处理，则需要将其转换成数字量，a/d转换器就是为了将连续变化的模拟量转换成计算机能接受的数字量。根据a/d转换器的工作原理，常用的a/d转换器可分为两种，双积分式a/d转换器和逐次逼近式a/d转换器。1. 双积分a/d转换器工作原理双积分a/d转换器采用间接测量的方法，它将被测电压转换成时间常数t，双积