直流稳压电路的设计范文

导语：如何才能写好一篇直流稳压电路的设计，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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关键词：Multisim 直流稳压电源

中图分类号：G719.21 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）02（a）-0181-04

Study of Circuit Design with Multisim Based on the Series

DC Regulated Power Supply

Li Yuelan

（Ningxia Vocational Technical College of Industry and Commerce，Yinchuan Ningxia，750001，China）

Abstract：This article is to analyse the series DC regulated power supply with multisim，there are lot of advantages with multisim，The first，quick and easy to build the circuit；The second，it can make theory touch with practice and make students improved comprehension greatly to theory.The third， it can make teaching steps be had the working process of the complete，the same to say， designing―welding―assembling―debugging，it is important basis for students to design circuit.

Key Words：Multisim；Series DC Regulated Power Supply

本文撰写的背景是，《电子产品组装与调试》是《电子技术》这门课程在工学结合课程模式下所产生的一门新课程，在新模式下所产生的《电子产品组装与调试》课程与以往的《电子技术》课程相比优点在于：瓦解以前学科式章节模式，重新组合教学内容，使得教学内容以工作过程为导向，项目为载体；整个课程内容重点体现能力训练、工作经历相结合的教育模式；注重角色的变化，体现了学生为主体，教师为指导的角色扮演。高等职业教育开设《电子产品组装与调试》课程培养的学生应该具备改造、设计电路；焊接、组装电子产品；调试、维护产品的能力。现如今《电子产品组装与调试》课程内容设计和组织课堂过程发现，这门专业核心课程整个内容注重学生组装与调试能力突出，而改造、设计电路能力欠缺，甚至没有。对于大专层次的学生，如果改造、设计电路能力不加重视，从而培养出来的学生与中专层次的学生就没有了区别。为此，在《电子产品组装与调试》课程中采用Multisim软件，对每一电子产品原理图的仿真分析可以提高学生对电路原理的理解，开拓学生电路设计的思路及其培养学生对电子产品设计的能力。

1 Multisim简介

Multisim源于加拿大后期被美国NI公司（美国国家仪器公司）收购，其具有数千种电路元器件供实验选用，虚拟测试仪器仪表种类齐全，可以设计、测试和演示各种电子电路。实现计算机仿真设计与虚拟实验，与传统的电子电路设计与试验方法比较，具有设计与实验可以同步进行，可以边设计边实验，修改调试方便；实验中不消耗实际元器件，实验成本低，实验速度快，效率高，设计和实验成功的电路可以直接在产品中使用等特点。其解决理论教学与实际动手实验相脱节的这一老大难问题，并很好的将设计环节展现在教学中。

2 串联直流稳压电源电路整体设计分析

串联型稳压电路以稳压管稳压电路为基础，利用晶体管的电路放大作用，增加负载电流；在电路中引入电压负反馈使输出电压稳定；并且通过改变的反馈网络参数使输出电压可调。本文以具有放大环节串联型稳压电路为例进行分析，如图1所示。

2.1 稳压设计原理

当由于某种原因（如电网电压波动或负载电阻的变化等）使输出电压U0升高（降低）时，取样电路将这一变化趋势送到集成运放的反向输入端，并与同相输入端电位UZ进行比较放大；集成运放的输出电压，即调整管的基极电位降低（升高）；因为电路采用的射极输出形式，所以输出电压UO必然降低（升高），从而使UO得到稳定。

2.2 输出电压的可调范围

在理想运放条件下，净输入电压为零，即，则电位器滑到最上端时，输出电压最小，为：

，则电位器滑到最下端时，输出电压最大，为：

2.3 调整管的选择

根据电路中元件选择，变压器二次侧电压有效值39.239 V，桥式整流及电容滤波电路得到V。调整管一般为大功率管，因而选用原则与功率放大电路中的功放管相同，主要考虑其极限参数，

，

。

3 串联直流稳压电源电路模块设计分析

串联直流稳压电源电路如图1所示，电路主要由整流滤波模块，同相比例运算电路模块，电压串联负反馈电路模块，射极输出器模块组成。

3.1 桥式整流电容滤波电路

桥式整流电路工作原理如图2所示，设变压器二次侧电压为当为正半周时，电流由2点流出经1点到R1，再经4点到达3点，负载R1上的电压当为负半周时，电流由3点流出经1点到R1，再经4点到达2点，负载R1的电压。输出电压的平均值为。

桥式整流电容滤波电路工作原理如图3所示，当二次侧电压处于正半周并且数值大于电容两端电压时，电流一路经负载R1，另一路对电容C充电，理想情况下，当上升到峰值后开始下降，电容通过负载R1放电，其电压开始下降，趋势与基本相同，但由于电容按指数规律放电，所以当下降到一定数值后，的下降速度小于，使得大于，从而导致二极管截止，电容C继续通过R1放电，按指数规律缓慢下降。当的负半周与以上原理相同。由图3中波形图可以看出，经滤波后的输出电压不仅变得平滑，而且平均值也得到提高。为了获得较好的滤波效果，在实际电路中，应选择滤波电容的容量满足的条件，此时电容的耐压值应大于。

3.2 同相比例运算电路

同相比例运算电路工作原理如图4所示，左图中根据理想集成运放工作在线性区时，满足“虚短”和“虚断”的概念，

，

右图中，由基本原理可推到出

3.3 电压串联负反馈电路

同相比例运算电路和电压串联负反馈电路是一体，但此电路承担两种功能，工作原理如图4所示，左图中由于R1是输入端与输出端的连接元件，所以R1是反馈网络。其是从输出电压取样，通过反馈网络得到反馈电压，然后与输入电压相比较，求得差值作为净输入电压进行放大，故此反馈类型是电压串联负反馈。由可得此反馈类型仅仅决定于，而与负载电阻无关，因此，可以将电路的输出看成为电压控制的电压源，且输出电阻为零。右图中电阻是反馈电阻并且类型是电压串联负反馈，由：

可得是控制的电压源，稳定输出电压。

3.4 射极输出器电路

共集电极放大电路工作原理如图5所示，共集电极放大电路是从发射极输出的，所以简称射极输出器，此电路的电压放大倍数。

因此，小于1但近似等于1，即略小于，电路没有电压放大作用，此外，跟随变化，故电路又称为射极跟随器。

3.5 采样-电压比较-稳压-放大电路

采样-电压比较-稳压-放大模块也就是以上同相比例运算电路构成的电压串联负反馈电路、射极输出器电路综合体模块。主要采用集成运放构成了深度电压负反馈，输出电阻趋近于零，因而输出电压相当稳定。输出电压如图6所示，输出电压通过三极管构成的射极输出器将其稳定，其稳压电源可通过电阻R3调节其输出电压范围，最大约为30 V，最小10 V。

4 结语

由上述仿真结果可知，先是具有放大环节的可调稳压电源电路整体设计思路作以分析，然后对电路的每一模块进行详细的分析，电路的元器件其取值都将影响稳压电源性能，从变压、整流、滤波、电压比较、稳压到最终输出电压的可调，体现了电路整个设计思想和工作原理，结论与理论相一致。

现如今各高职院校在教学中，仿真软件应用有两种形式：Multisim以一门单独EDA即电子自动化设计课程展开教学；《电子技术》课程在实验部分有所应用，（教材中以独立实验的特点编写，但真正很少实现）。问题所在：软件和实体没有有效的结合起来，理论中电路原理教学没有应用到仿真软件，不能快速有效提高学生理解能力；Multisim实验教学形同虚设，在理论教学和实验教学中由于软件的配备、时间的分配等问题的存在不能够实现仿真教学；《电子产品组装与调试》作为一门基于工学结合的课程，现还是试探和完善阶段，Multisim的应用还是个空白。

如果在教学中采用Multisim软件，如以上串联直流稳压电源电路的分析过程，可以解决以上的问题。仿真软件Multisim的引入，能够快捷方便的搭建电路，预测电路的结果；大大缩减理论知识的教学时间，较短的时间将理论融会贯通，提高学生对电路工作原理的认识与理解的能力；使整个教学环节有一个完整的工作过程，即设计―焊接―组装―调试的过程，更加完善工了学结合课程模式；为电路的改造和设计奠定基础，为学生将来的可持续发展奠定基础。

参考文献

[1] 童诗白，华成英.模拟电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，2006.

[2] 张新喜，许军.Multisim 10电路仿真及应用[M].北京：机械工业出版社，2010.

[3] 戴树春.电子产品装配与调试[M].北京：机械工业出版社，2012.

[4] 刘晓书，.电子产品装配与调试[M].北京：科学出版社，2011.

[5] 罗国强，罗伟.实用模拟电子技术项目教程[M].北京：科学出版社，2009.

[6] 朱向阳，罗国强.实用数字电子技术项目教程[M].北京：科学出版社，2009.

[7] 王国玉，李中显.电子产品设计与制作[M].北京：科学出版社，2010.

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【关键词】Multisim 双电源 仿真分析

LM117/LM317 是美国国家半导体公司的三端可调正稳压器集成电路，LM117/LM317 的输出电压范围是1.2V至37V，负载电流最大为1.5A。它的使用非常简单，仅需两个外接电阻来设置输出电压。此外它的线性调整率和负载调整率也比标准的固定稳压器好。LM117/LM317 内置有过载保护、安全区保护等多种保护电路。通常LM117/LM317 不需要外接电容，使用输出电容能改变瞬态响应。调整端使用滤波电容能得到比标准三端稳压器高的多的纹波抑制比。利用LM117/LM317设计出正负连续可调的双电源，通过实验测试和软件仿真，基本上可以满足绝大多数运算放大器所需要的电压幅度。

一、MultiSim仿真软件简介

MultiSim是一款将电子电路设计及其测试分析相集成的电路设计仿真软件。它具备信号源、基本元器件、模拟数字集成电路、指示器件、控制部件、机电部件等各类元器件，可以对各类电路进行仿真，并且提供十多种虚拟仪器（如示波器、万用表、信号发生器、波特图图示仪、功率表等），以及18种仿真分析功能（如直流工作点分析、交流分析、瞬态分析、傅里叶分析、噪声分析、直流扫描分析等）。由于元件库中有若干个与实际元件相对应的现实性仿真元件模型，配合强大的仿真分析，使结果更精确、更可靠。

二、直流稳压电源的理论基础与电路设计原理分析

（一）直流稳压电源的理论基础

电子设备都需要稳定的直流电源供电，如基本放大电路中的集电极电源、运算放大器的双电源等。这样，就需要将市电电网的交流电，变换为直流电。对于小功率的直流电源，它一般由电源变压、整流电路、滤波电路和稳压电路组成。如图1所示：

（二）直流稳压电源电路设计的基本原理

电源变压器的作用时将220V的电网电压变换成所需要的交流电压值。

整流电路的作用是将交流降压电路输出的大小、方向都变化的电压较低的交流电转换成单向脉动直流电。单相整流电路的类型有半波整流、桥式全波整流、中心抽头全波整流等。

滤波电路的主要任务是将整流后的单向脉动直流电压中的纹波（单向脉动直流电中含的交流成分）滤除掉，使单向脉动电压变成平滑的直流电压。滤波电路的主要元件是电容和电感，以电容滤波电路最常用，其特点是电路简单，输出脉动较小，输出电压平均值增大，但输出电压随负载变化较大。采用电容滤波时，输出电压的脉动程度与电容器的放电时间常数τ有关系，τ大一些，脉动就小一些，多采用大容量的电解电容。电容的耐压值应大于它实际工作时所承受的最大电压，耐压值一般取所接工作电路电压的1.5-2倍。为了降低输出直流电压的纹波系数（输出电压中交流分量占额定输出直流电压的百分比），正、负电源的滤波电路均采用一个1000μF/50V的电解电容。

滤波电路的输出电压虽已变得平滑，但输出电压随负载变化较大，后面需接稳压电路。稳压电路的作用是当交流电源电压波动、负载及温度变化时，维持输出稳定的直流电压。稳压电路的类型有分立元件稳压和集成稳压器稳压，分立元件稳压时，电路稳定性不好，而集成稳压器稳压具有体积小、电路简单、稳压精度高，可靠性高等优点，被广泛采用。选择集成稳压器时应先确定稳压器的类型，是固定式还是可调式，是正压输出还是负压输出，然后根据其额定电压和额定电流选择具体型号。

三、LM317、LM337正负连续可调的双电源的仿真分析

运行Multisim10，在绘图编辑器中选择变压器、整流二极管、电阻、电容、电位器、三端可调稳压块LM317、LM337等元件，组成LM317、LM337正负连续可调的双电源电路。

调整电位器R5、R6，可以连续调节输出电压的大小。

其仿真的电路用波形如下图所示。

四、结束语

应用Multisim10仿真软件进行仿真教学，设计的双直流稳压电源的电路具有结构简单、电源利用效率高、输出电压噪声小、稳定精度高、可靠性高等特点，可以满足高精度形状测量仪的电感测头信号处理电路中运算放大器的高稳定性的双电源需求，增强整个测量系统的工作稳定性，最大限度地减小电源引起的测量误差，提高测量精度。在课堂上使模拟电子技术教学更形象、灵活，更贴近工程实际，达到帮助学生理解原理，更好地掌握所学的知识的目的。尤其适用于综合设计性实验项目，可有效克服传统实验与实验室开放的局限。通过对双直流稳压电源的分析设计、仿真测试可以看出，利用Multisim的虚拟电子实验平台，能实时直观地反映电路设计的仿真结果，验证电路正确性，可缩短设计周期，提高设计成功率。

学生可据所学知识和能力，自选实验内容，自行设计电路方案，进行电路分析，从而掌握电子电路的设计与仿真分析过程，对提高学生动手能力和分析问题、解决问题的能力、综合设计能力和创新能力，具有重要的意义。

参考文献：

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关键词：电子负载；恒流控制；负载调整率

1 概述

电子负载具有体积小，调节方便，工作方式灵活，性能稳定，精度高等优点，被广泛应用于电源类产品和各类电子元器件的试验、测试、检定和老化环节。该方案基于盛群AD型单片机，设计了一种智能电子负载，与其他同类设计相比，具有直流稳压电源负载调整率自动测试功能。

系统原理整个智能电子负载系统由单片机、恒流控制电路、功率负载器件、电压电流检测电路、过压保护、供电电源等构成，系统原理框图如图1所示。

电子负载工作在定电流模式时，被测直流稳压电源输出的电流不变（以被测电源能提供相应电流为前提）。测试直流稳压电源负载调整率时，连接好测试电路，按键选定电源负载调整率测试功能，输入被测电源的额定电流、电压值，即可自动测试被测电源的负载调整率。

2 硬件电路设计

设计恒流电路使流过功率负载器件的电流值与数/模转换器的输出电压成线性关系。单片机控制数/模转换器输出电压，使恒流控制电路控制功率负载器件流过所需电流。电压电流检测电路把被测电源的输出电压和电流线性地转化成适合盛群单片机内部集成12位模/数转换器测量的量程，单片机切换多通道模/数转换器测量电压和电流检测电路的输出电压，完成测量被测电源输出电压和电流的功能。恒流及电压电流检测电路如图2 所示，其中Q1 是功率负载器件，用于吸收被测电源输出的功率。

图2中数/模转换器输出的电压经过电压跟随器U1B输入运算放大器U3 的同相输入端，运算放大器U3 通过采样电阻R6，差分放大器U4 等建立了深度负反馈，将运算放大器看做理想的放大器，由“虚短”、“虚断”可得：

UDAC=IR6A

式中：UDAC是数/模转换器输出的电压；I 是流过功率负载器件的电流；A 是由差分放大器U4 及R4 ，R5 等所组成电路的放大倍数，差分放大器U4 选用的型号为INA2134。从式（1）中可以看出，流过功率负载器件的电流与数/模转换器输出的电压成线性关系，因此可以通过单片机控制功率负载器件的电流。通过模/数转换器分别测量图2中ADC1 ，ADC2 处的电压，可以得到被测负载电源输出的电压和电流.

被测电源输出电压U 与ADC1 处的电压UADC1 之间关系式为：

被测电源输出电流I 与ADC2 处的电压UADC2 之间关系式为：

UADC2=IR6A

3 系统程序设计

系统程序采用模块编程，主程序调用各模块的方式实现。主要由定电流、被测电源输出电压检测、被测电源输出电流检测、负载调整率自动测试、按键检测、显示驱动等模块组成。

整个系统有两个工作模式：定电流工作模式和负载调整率自动测试模式。

定电流工作模式同时显示被测电源输出的电压和电流，系统上电后单片机首先进行各模块的初始化，最后在主循环中不断地检测各个标志位，以判断工作模式，通过检测按键来改变标志位。

直流稳压电源负载调整率S 表达式为：

式中：U 表示直流稳压电源设定的额定电压值；Uo 表示空载输出的电压值；Um表示满载时的输出电压值。

直流稳压电源负载调整率自动测试功能在定电流的基础上进行编程实现，负载调整率自动测试流程图如图3所示。

4 结语

以盛群单片机HT45XX为主控芯片设计了一种新型智能电子负载，使运算放大器工作在深度负反馈条件下实现功率负载恒流，该单片机自带12位ADC转换器，选用12 位串行数/模转换器，设计过压过流保护电路，通过软件编程实现直流稳压电源负载调整率自动测试功能。实际设计与制作表明，该方案满足设计要求。

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关键词：直流，稳压电源，设计

Abstract: power supply is designed in this paper is composed of two parts, respectively, step voltage output power group and the positive and negative double power group. AT89S52 microcontroller as the core of the design of the control device, with the help of DAC series of digital-analog conversion chip, LM317 and LM337 regulator and CD4051 as the transform of the output voltage. DC regulated power supply design has certain protective function, and can be conveniently on the voltage display, each with 0.1V step increasing or decreasing voltage, enough to satisfy many experimental situations.

Keywords: DC, DC power supply, design

中图分类号：S611 文献标识码：A文章编号：

一、引言

直流稳压电源是电子及电气中常用的设备之一。传统的直流稳压电源功能简单、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：当输出电压需要精确输出，困难较大。另外，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。现设计精度简易直流电源，克服了传统直流电压源的缺点，具有较高的应用价值。

二、本系统功能特点

(1)一组电源最大输出电流可达2.5A，输出电压从0.0V～＋12.0V以0.1V步进连续可调（递增或递减），在输出电压在小于＋3V时，短路保护；当输出电压为＋3V～＋12V时输出电流超过2.5A时保护。另一组电源最大输出电流为1A，输出电压为：0.0V、±3.0V、±4.5V、±5.0V、±6.0V、±12.0V、±15.0V、±24.0V八种电压依次可调。

(2)输出端无论是过流还是短路，保护电路的动作都是以切断输出回路的方式工作，且当输出短路不再存在或负载足够轻时电路会自动恢复正常工作状态。保护动作时兼有声光报警信号。

(3)电路能够将两组电源的输出电压幅值实时直观地显示出来。

本文以AT89S52单片机为本设计的核心控制器件，借助于DAC系列数模转换芯片将数字量转换成模拟量，并通过I/U的转换以电压的形式输出；运用LM317与LM337结合的方式作为稳压器，用CD4051作为输出电压的变换。

三、系统硬件的设计与实现

系统硬件的结构框图如下图所示。主要由单片机、两组电源、显示、检测与保护电路、报警电路及键盘输入电路组成。

3.1、步进电压输出电源组工作原理

在这部分电路中主要的器件有单片机AT89S52、D/A转换器DAC0832、运放OP07和电流放大所用三极管。其电路原理框图如下图所示。

工作原理：首先给各芯片正常工作的条件，先利用单片机产生一组8位二进制代码并从P0口输出，可以通过按键来调整单片机输出二进制代码的加1和减1。8位二进制范围在00000000～11111111有效,再用此组二进制码送到DAC0832的数据输入端（DI0～DI7）,本系统是因D/A转换简单，故采用直通方式工作。与单片机电路连接如下图所示。

在电流/电压转换之后用运算放大电路进行了4倍的电压放大电路。电路连接如下图所示。

3.2、常用正负双电源组工作原理

该电源组输出正负对称的直流电压，电压值为8组实验最为常用的电源：0.0V、±3.0V、±4.5V、±5.0V、±6.0V、±12.0V、±15.0V、±24.0V。为了确保用电安全，电路在开机状态下必须能有0V的输出功能。电路原理图如下图所示。

图中二极管D1、D3的作用是输入开路时，防止C13、C23通过LM317、LM337放电。D2、D4的作用是输出端短路时，防止C12、C22向稳压器的调整端放电。在LM317稳压电路中，它的基准电压为＋1.25V，输出电流可达1.5A。图中R1、R2为泄放电阻，其输出电压的改变通变换调整端的电阻予以实现。

3.3、保护电路工作原理

保护环节的硬件电路主要由取样电路、A/D转换电路、单片机、保护控制与报警电路四部分构成。构成框图如下图所示。

它能在输出端短路或是负载过重导致的过流现象存在时动作，以切断输出回路保护电源本身不致损坏。其取样电路采用阻值极小的大功率电阻，这里取值为0.1Ω，如下图所示。

串联电阻R2、R3的作用为了防止输出端短路是的高电压反馈到A/D转换器的模拟量输入端而导致其损坏。当输出端连接上负载时，在取样电阻就会有电流流过，并产生一定的压降，并作为取样信号送到A/D转换电路进行模数转换。

3.4、显示电路工作原理

显示电路运用了最为常用的1/3位A/D转换集成电路ICL7107，由于该芯片要求正负双电源供电。以ICL7107本身38脚产生振荡信号作为资源，用一个六非门集成电路CD4069（或74LS04）与电阻电容构成负压产生电路。而芯片参考电压（36脚）仍用TL431提供。如下图所示。

3.5、数控部分

数控部分是稳压电源实现数字化控制的核心。以AT89S51单片机为控制核，采用DAC模块实现稳压电路的输出控制，并由ADC模块实现输出电压的测量，利用键盘和显示模块实现人机交互。键盘模块采用4×4 矩阵键盘，实现输出电压的数字化设定和步进调整。而DAC模块和ADC模块都采用串行控制芯片，减少了单片机IO口的使用。

四、系统软件设计

本系统的软件用C语言编写而成。包含主程序、D/A转换程序、A/D转换程序、保护动作程序几个模块组成。主程序流程图如下图所示。

由于设计使用的51系列单片机没有SPI接口，故采用软件模拟SPI的操作方法实现串行控制。在ADC采样时，对输出电压进行多次采样(如100次)，取其平均值作为采样结果，否则采样过于频繁，测量不准确。而预设DAC输出时，根据设定值预设一个DAC控制字，使输出接近设定值。在微调DAC输出时，只需对DAC控制字进行增1或减1操作即可。在键盘扫描时，如果按下的是数字键，则储存数字; 如果按下的是单位键，则组合之前按下的各数字键，使之成为一个数值，作为新的设定值; 如果按下的是步长键，则可设置步长值; 如果按下的是步进键，则对DAC设定值按所设置的步长增或减，使输出电压步进变化。

五、结果分析

（1）由于选择A/D与D/A转换器精度远高过指标要求的精度，且电路中所用的电阻均采用精密电阻，所以可以保证设定值和实际测量值的精度要求经过测试，误差最大为0.06V。

（2）输出端并联大容量的电容滤波与优质高频吸收电容（突波电容）,进一步降低输出电压的纹波系数。

六、结束语

本文介绍的电源以AT89S52单片机为核心控制器件，此电源不仅拥有完善的过流保护功能、直观的电压显示、良好的稳定性和较大的输出电流，而且能同时输出常用正负双电源和以0.1V步进递增或递减电压，足以满足众多实验场合的需求。

参考文献

[1] 王春梅.实验室简易数控直流稳压电源的设计[J].化工自动化及仪表.2011(01)

[2] 刘楚湘,杜勇,尤双枫.基于单片机的数控直流稳压电源设计[J].新疆师范大学学报(自然科学版).2007(01)

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[关键词]稳压 连续可调 电源设计

一、几种设计方案及分析

(1)晶体管串联式直流稳压电路。该类电路中,输出电压UO经取样电路取样后得到取样电压,取样电压与基准电压进行比较得到误差电压,该误差电压对调整管的工作状态进行调整,从而使输出电压发生变化,该变化与由于供电电压UI发生变化引起的输出电压的变化正好相反,从而保证输出电压UO为恒定值(稳压值)。在基准电压处设计辅助电源,用于控制输出电压能够从0 V开始调节。

分析:单纯的串联式直流稳压电源电路很简单,但增加辅助电源后,电路比较复杂,由于都采用分立元件,电路的可靠性难以保证。

(2)采用三端集成稳压器电路。一般采用输出电压可调且内部有过载保护的三端集成稳压器,输出电压调整范围较宽,设计电压补偿电路可实现输出电压从0 V起连续可调,因要求电路具有很强的带负载能力,可用软启动电路以适应所带负载的启动性能。

分析:该电路所用器件较少,成本低且组装方便、可靠性高。在实际中,如果对电路的要求不太高,多采用此设计方案。

(3)用单片机制作的可调直流稳压电源。电路可通过AT89CS51单片机控制继电器改变电阻网络的阻值,从而改变调压元件的参数,使用软启动电路,获得3～26V,驱动能力可达1.5A,同时可以显示电源电压值和输出电流值的大小。

分析:该电源稳定性好、精度高,并且能够输出±26V范围内的可调直流电压,且其性能优于传统的可调直流稳压电源,但是电路比较复杂,成本较高,使用于要求较高的场合。

二、实现方案

1.原理分析

①采样电路:分别由滑动变阻器R5与电阻R4组成电阻分压器,将输出的直流电压的V0一部分取出送到比较放大器,放大后控制调整环节,取样电压VE为:

在正常情况下,取样电压可近似等于基准电压则有:

改变取样电路的分压比,就可以调节V0的大小。即调节滑动变阻器R5的大小,改变输出。

②基准电压:基准电压是一个稳定度较高的直流电压,利用发光二极管(绿色)的正向电压特性,起“稳压”作用。当二极管的正向电流ILED2变化不大时,其正向压降VLED2≈1.9V比较稳定。用以作为调整比较的标准,R3是稳压管的限流电阻。LED2兼做电源指示。

③比较放大电路:比较放大器是一个直流放大器,由VT3构成。将取样电压VE与其准电压VLED2进行比较,二者的差值经T3放大后,控制(VT1、VT2)的调整管,用以稳压输出。

④调整电路:调整电路是稳压电源的核心环节,输出电压的稳定是通过调整管的调节作用来实现的。稳定电路输出的最大电流也主要取决于调整电路。所以调整管使用的参数不应超过器件的极限数据。

由电网电压的波动或负载电流发生变化而使输出电压V0发生变化时,则有T1的自动调节,其稳压过程:

当V0VEVB3IB3IC3VCE3(VBE2)IB1IC1VCE1V0

从而使V0基本不变。

⑤过载保护电路:串联调整型的稳压电源和负载是串联的,当负载电源过大或短路时,大的负载电流和短路电流全部流过调整管,此时负载端的压降小,几乎全部的整流电压Vc加在调整管的c和e的极之间。使调整管的βVce0、ICM、PCM超过正常值。调整管会很快烧坏。R2和LED1组成的过载及短路保护电路,因串联调整型的稳压电源调整管和负载是串联的,当输出过载(输出电流过大),电阻R2上的压降VR2增加到一定值后LED1导通,使调整管VT1、VT2的基极电流不再增大,限制了输出电流的增加,起到限流保护作用。

附加功能:

(1)充电功能

本基础电路的输出端(可看作C3两端)即可实现对电池等的充电功能。通过调节滑动变阻器R5的阻值,可实现对不同型号电池的充电功能。

(2)放大部分

将电压放大,由于放大器最大输出电压的限制,故采用两个放大器,两放大器输出电压大小相等、符号相反。

(3)D/A转换电路(数模转换器)

D/A数模转换电路一般采用DAC0832集成芯片

输入用脉冲触发。具体在本文后面有介绍。

2.电路图(略)

三、电路参数设计

1.主要技术指标。(1)输入电压:AC: 0～220V。(2)输出直流稳压(Io=1.5A):Uo=26V。(3)输出直流电流:额定值150mA,最大值300mA。(4)具有过载,短路保护,故障消除后自动恢复。(5)充电稳定电流:60mA(±10%),充电时间10-12小时。(6)工作温度范围:TA=0～50℃。

2.极限参数。可视具体情况而定。

3.电路参数(略)

四、问题及展望

1.输出电压Vo达不到要求的26V。在电路后增加两个运放组成放大装置来解决问题。同时增加电阻,这样输出电压和输出电流就都达到了实验要求。

2.为使设计更加实用,要使得输出的电压更方便于他人,欲加装DAC芯片使模拟信号转变为数字信号,设计中也有涉及。

3.数码管显示数值停留在0不发生变化,这是因为放大电路中运放等的延迟作用!在延迟作用下,输出电压要经过一定时间的缓慢增加,然而DAC芯片却在刚有电压时触发灯就亮了,即数码显示管数值定在00不再发生变化。将DAC的触发电平换成脉冲触发,就能使数码管“动”起来。

4.但是DAC电路中仍有不足,是显示数码管显示的是十六位进制的数转化为二进制的数,有待进一步的研究和设计。

参考文献:

篇6

【关键词】稳压电源；斩波电路；单片机；PWM；IGBT

直流稳压电源是一种常见的电子设备，被广泛的应用与各个领域。目前市面上使用的直流电源大部分是线性电源，而线性直流稳压电源由分立器件组成，存在体积大、效率低、可靠性差、操作不便、故障率高等缺点。随着电子技术的迅猛发展，各种电子设备对电源性能的要求越来越高。稳压电源日益朝着小型化、高效率、模块化、智能化方向发展。

本文介绍了一种以单片机系统为核心的新型可调直流稳压电源的设计，他主要由斩波电路和AT89S52单片机控制系统构成。它具有体积小、重量轻（体积和重量只有线性电源的20～30%）、效率高（一般为60～70%，而线性电源只有30～40%）、自身抗干扰性强、输出电压范围宽、模块化等优点。而且价格低廉，操作简单。具有较高的应用价值。

1.系统的总体设计

该系统由两部分组成，即主电路和控制电路。如图1 所示，主电路由整流滤波电路、IGBT斩波电路、滤波电路组成；控制电路由控制电源、AT89S52单片机系统、IGBT驱动电路、ADC模数转换电路、8279键盘显示电路、检测保护电路组成。

主电路中整流滤波电路采用常用的三相桥不可控整流器，将电网的三相交流电压转换成直流，再经电容滤波得到平滑的直流电压。稳压电路是由大功率器件IGBT实现的降压斩波电路。

控制电路以AT89S52单片机为逻辑控制器，用于控制逻辑的实现。键盘和显示电路作为人机交互，用于显示和设定系统数据。ADC0809模数转换电路将系统实时电压反馈给单片机，由单片机进行处理。检测保护电路的作用是保护ADC0809检测电路，由于系统输出电压较高，不能直接接入ADC0809检测电路，需要通过检测保护电路将系统输出电压转换到ADC0809能够检测的范围才能接入电压检测电路。

2.控制电路设计

2.1 控制系统的核心—AT89S52

AT89S52作为该系统的核心，其主要作用为产生并输出PWM波，他根据系统设定电压，调整PWM波的占空比，PWM波作为IGBT驱动电路的输入信号，从而调整输出电压，通过ADC转换电路获得实际输出电压，并与系统反馈的电压值进行比较，对占空比进行微调，是系统达到所需的输出电压。另外，它还用于键盘数据的读取和显示数据的刷新。

2.2 人机交互——键盘显示电路设计

本系统设计了键盘和数码管显示功能，用于设定和显示系统数据。键盘和数码管采用仪表中常用的驱动芯片8279进行控制。8270芯片为一种可编程键盘与显示接口芯片，该芯片编程简单，能够自动扫描，并且与单片机接口方便，已经成为设计单片机应用系统的优选器件之一。以8279为控制芯片的键盘和数码管显示电路如图2 所示，鉴于本系统所需显示和设定的数值较少，故采用4个8段数码管来显示系统数据。键盘为4X4扫描式键盘，16个按键中，10个按键为0～9的数字按键，另外6个按键为功能选择和设定按键。

8279以A0来区分信息特征，当A0=0时，单片机读出为数据；当A0=1时，单片机读出数据位芯片状态字，写入数据为控制命令。8279内部有两个数据缓冲区，即一个16字节的显示数据缓冲区和一个8字节的键盘数据缓冲区，显示数据时，只需要将需要显示的数据写入显示缓冲区即可。当有按钮闭合时，8279会自动去抖，并扫描键值，最后将键值存入键盘数据缓冲区，单片机只需要从数据缓冲区中读取数据即可得到键值，编程简单。

2.3 ADC0809模数转换电路设计

ADC0809是较为常用的一款逐次逼近式A/D模数转换芯片，它是带有微处理机兼容的控制逻辑的CMOS组件，具有8位A/D转换器和8路多路开关，可以和单片机直接接口。ADC0809的组成包括：

一个8路模拟开关；

一个地址锁存与译码器；

一个A/D转换器；

一个三态输出锁存器。

多路开关可分时选通8个模拟通道，芯片允许8路模拟量分时输入，共用A/D转换器进行转换。三态输出锁器用于锁存A/D转换完的数字量，OE为低电平时，说明A/D转换器正在进行模拟量的转换，只有当OE端为高电平时，锁存器读取转换完的数据。

2.4 IGBT驱动电路设计

日本富士公司推出的厚膜驱动集成电路EXB841是专门的IGBT驱动芯片，适合驱动1200V/300A 以下的IGBT模块。EXB841为高速型驱动模块，具有隔离强度高、反应速度快、能够过流保护等优点，市场占有率较高。该驱动电路如图3所示，EXB841的15引脚外加PWM控制信号，当触发脉冲信号施加于14和15引脚时，在GE两端产生约16V的IGBT开通电压；当触发控制脉冲撤销时，在GE两端产生-5.1V的IGBT关断电压。

3.系统的软件设计

整个系统程序采用模块化设计方法，主要包括系统初始化模块、模拟电压读取模块、显示模块、按键处理模块、PWM脉宽调制模块和看门狗模块等。

看门狗模块分为初始化子程序和喂狗子程序两部分，初始化子程序用于启用看门狗功能和初始化看门狗定时器，本系统设看门狗定时器时间为2S，若2S时间内，没有执行喂狗程序，则看门狗电路发出复位信号，系统程序自动复位。

开机后，首先调用初始化子程序，初始化系统，此时系统按照默认参数，计算PWM占空比，并由定时器0和定时器1生成1KHZ的PWM波，由P2.3输出。由定时器2产生一个10MS的定时器中断，中断程序中读取实际电压，然后与设定电压比较，根据误差调整PWM波的占空比，使实际值逐渐趋近设定值。然后刷新输出，由数码管显示系统实时电压。

当有按键按下时，系统进入外部中断子程序，此时在外部中断子程序中调用按键处理子程序，来实现系统电压值的设定。

PWM波的调制程序是系统软件的关键所在，它的功能好坏直接影响系统的稳定性。它由定时器0和定时器1通过中断生成。定时器0和定时器1都工作在定时方式1，定时时间到出发相应中断。由定时器1控制PWM波周期，定时器0控制PWM波的占空比。当定时器1产生中断时，置位PWM输出口P2.3，同时启动定时器0。当定时器0中断发生时，中断程序复位P2.3，同时关闭定时器0。这样只需要调整定时器0的定时时间即可调整PWM波形的占空比。

定时器2产生一个10MS的中断，该中断程序用于调整PWM波的占空比，其流程图如图5所示，首先读取实际电压，然后与设定电压作比较，根据误差改变定时器0的定时时间，调整公式如下：

其中：为本次中断定时器0的初始设定值；

为上次中断时0的初始设定值；

为比例系数；

为设定电压与反馈电压的差值。

经过实际调试，当k取1.5时，系统能够达到较好的稳压效果。

4.结束语

通过系统调试，程序没有出现错误，得到的输出电压稳定可靠，采用键盘和数码管显示作为人机交互，操作简单方便，智能化相对来说比较高。用户反映良好。

基于单片机控制的直流稳压电源采用了先进的单片机控制技术、完善的保护电路及专用高性能基准稳压源元件，具有稳压精度高、纹波干扰小、安全可靠等特性，故可广泛应用于国防、科技、生产等领域。

参考文献

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篇7

【关键词】电流脉宽调制;PWM;Pspice

1.概述

电源是电子设备的心脏部分，其质量的好坏直接影响电子设备的可靠性，电子设备故障60%来自电源，开关稳压电源的调整工作在开关状态，主要优越性是高达70%-95%变换效率。

目前，空间技术、计算机、通信、雷达、电视及家用电器中的稳压电源已逐步被开关电源取代。开关稳压电源的优越性主要表现在：功耗小，稳压范围宽，体积小、重量轻[1] [2]。

传统的线性电源具有稳压性能好、输出纹波电压小、使用可靠等优点，但工频变压器体积庞大，调整管工作于线性放大状态，导致电源功耗大、效率低、发热严重。开关电源采用功率管作为开关器件，工作于开关状态，损耗小;工作频率在几十到上百千赫兹，滤波电容、电感的数值较小。线性稳压电源允许电网波动范围为220v×（1±10%）， 对电网的适应能力很强。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[3]。

2.系统整体概述

开关电源可分成：机箱（或机壳）、电源主电路、电源控制电路三部分。机箱既可起到固定的作用，也可起到屏蔽的作用;电源主电路负责进行功率转换，通过适当控制电路将市电转换为所需的直流输出电压;控制电路根据实际需要产生主电路所需的控制脉冲及提供保护。开关电源的结构框图如图1所示：

图1 开关电源的结构框图

电源主电路通过输入整流滤波、DC-DC变换、输出整流滤波将市电转为所需的直流电压。开关电源主回路可以分为：输入整流滤波回路、功率开关桥、输出整流滤波三部分。输入整流滤波回路通过整流模块将交流电变换成含有脉动成分的直流电，通过输入滤波电容使脉动直流电变为较平滑的直流电;功率开关桥将滤波所得直流电变换为高频方波电压，通过高频变压器传送至输出侧。由输出整流滤波回路将高频方波电压滤波为所需直流电压或电流。

控制电路为主回路提供正常功率变换所需的触发脉冲。具有以下功能：控制脉冲产生电路、驱动电路、电压反馈控制电路、各种保护电路、辅助电源电路[4] [5]。

3.软开关技术

软开关技术指零电压开关（ZVS）和零电流开关（ZCS）。图4所示为功率开关管在软开关及硬开关下的波形：

图2 软开关理想波形和硬开关波形

软开关包括软开通和软关断。软开通包括零电流开通及零电压开通，软关断包括零电流关断及零电压关断，可按照驱动信号时序来判断。

零电流关断：关断命令在t2时刻或其后给出，开关器件端电压由通态值上升到断态值，开关器件进入截止状态。

电压关断：关断命令在t1时刻给出，开关器件电流由通态值下降到断态值后，端电压由通态值上升到断态值，开关器件进入截止状态。在t2前，开关器件端电压必须维持在通态值（约等于零）。

零电压开通：开通命令在t2时刻或其后给出，开关器件电流由断态值上升到通态值，开关器件进入导通状态。在t2前，开关器件端电压必须下降到通态值（约等于零），电流上升到通态值以前维持在零。

零电流开通：开通命令在t1时刻给出，开关器件端电压由断态值下降到通态值以后，电流由断态值上升到通态值，开关器件进入导通状态。在t2以前开关器件电流必须维持在断态值（约等于零）[6] [7]。

图3 电源控制电路框图

4.控制电路

根据电路功能将控制电路分为几部分：脉冲产生电路、触发电路、电压反馈控制电路、软启动电路、保护电路、辅助电源电路等[8]，控制电路如图3所示。

脉冲产生电路是控制电路的核心。脉冲产生电路根据电压反馈控制电路、保护电路及软启动电路等提供的控制信号产生所需脉冲信号，该脉冲信号经过触发电路的放大驱动开关元件，使开关管导通或关断。

控制电路输出的PWM信号，电平幅值和功率能力均不足以驱动大功率开关元件，需要选择合适的驱动电路。驱动电路将控制电路输出PWM脉冲信号经过电隔离后进行功率放大及电压调整驱动大功率开关管，脉冲幅度以及波形关系到开关管的开关过程，直接影响损耗，需合理设计驱动电路，实现开关管最佳开通与关断[9][10]。

5.系统仿真

5.1 总电路设计

利用理想电源代替振荡器，通过设置时钟周期给定振荡频率，仿真时控制震荡频率外接定时电阻和电容的6、7脚均可不接。简化输出电路，利用两个晶体管模拟输出级，关闭控制端用数字激励驱动，内部逻辑利用数字仿真器进行仿真。电路参数选择和设计时，应考虑上述简化对系统的影响[11] [12]。

图4 总电路设计图

5.2 PWM模块

根据PWM产生的原理得到仿真模块，用以产生可调的PWM信号。工频脉冲信号，通过比较器，经积分器产生三角锯齿波，通过比较取符号产生一路脉冲信号，由分频器产生两路互补驱动脉冲，输入调节PWM信号的占空比[13]。

图5 PWM仿真图

6.结论

采用组合式变换器实现多路输出、多种保护。通过Pspice仿真，验证了设计思路的正确，理论性的可实现。

参考文献

[1]丁道宏，陈东伟.电力电子技术应用（第四版）[M].航空工业出版社，2004.

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[13]汪阳.智能高频开关电源的研究[D].武汉大学硕士学位论文，2002.

篇8

关键词： 直流开关电源；开关电源；设计

1 直流稳压电源概述

直流稳压电源在一个典型系统中担当着非常重要的角色。从某种程度上可以看成是系统的心脏。电源的系统的电路提供持续的、稳定的能源，使系统免受外部的干扰，并防止系统对其自身产生的伤害。如果电源内部发生故障，不应造成系统的故障，而确保系统安全可靠运行。因此，人们非常重视系统直流电源的设计或选用。直流稳压电源通常分为线性稳压和开关稳压两种类型。

1.1 线性稳亚电源

线性稳压电源是指起电压调整功能作用的器件始终工作在线性放大区的直流稳压电源，期工作原理如图1。

它由50 工频变压器、整流器、滤波器以及串联调整稳压器组成。

线性稳压电源的优点是具有优良的纹波及动态响应特性。但同时存在以下缺点：输入采用50 工频变压器，体积庞大且和很重；电压调整器件工作在线性放大区内，损耗大，效率低；过载能力差。

线性电源主要应用在对发热和效率要求不高的场合，或者要求成本及设计周期短的情况。线性电源作为板载电源广泛应用于分布电源系统中，特别是当配电电压低于40V时。线性电源的输出电压只能低于输入电压，并且每个线性电源只能产生一路输出。线性电源的效率在百分之三十五到百分之五十之间，损耗以热的形式耗散。

1.2 PWM开关稳压电源

一般将开关稳压电源简称开关电源，开关电源与线性稳压电源不同，它是起电压调整功能作用的器件，始终工作在开关状态。开关电源主要采用脉宽调制技术。

开关电源的优点；

1）功耗小、效率高。电源中开关器件交替地工作在导通-截止和截止-导通的开关状态，转换速度快，这使得开关管的功耗很小，电源的效率可以大幅度提高，可达到百分之九十到百分之九十五。

2）体积小、重量轻。开关电源效率高，损耗小，则可以省去较大体积的散热器；隔离变压用高频变压器取代工频变压器，可大大减小体积，降低重量；因为开关频率高，输出滤波电容的容量和体积大为减小。

3）稳压范围宽。开关电源的输出电压由占空比来调节，输入电压的变化可以通过调节占空比的大小来补偿，这样在工频电网电压变化较大时，它仍然能保证有较稳定的输出电压。

4）电路形式灵活多样。设计者可以发挥各种类型电路的特长，设计出能满足不同的应用场合的开关电源。

开关电源的缺点主要是：存在开关噪声大。在开关电源中，开关器件工作在开关状态，它产生的交流电压和电流会通过电路中的其他元器件产生尖峰干扰和谐振干扰，这些干扰如果不采用一定的措施进行抑制、消除和屏蔽，就会严重影响整机的正常工作。此外，这些干扰还会串入工频电网，使附近的其他电子仪器、设备、和家用电器收到干扰。因此设计开关电源时，必须采取合理的措施来抑制其本身产生的干扰。

PWM开关电源在使用时比线性电源具有更高的效率和灵活等特点。因此，在便携式产品、航空和自动化产品、仪器仪表以及通讯系统等，要求高效率、体积小、重量轻和多组电源电源输出的场合，得到了广泛的应用。但是开关电源的成本高，而且需要开发周期较长。

2 开关电源的设计

2.1 开关电源的工作原理

开关电源主要采用直流斩波技术，即降压变换、升压变换、变压器隔离的DC/DC变换电路理论和PWM控制技术来实现的。具有输入、输出隔离的PWM开关电源工作原理框图，如图2所示。

50Hz单相交流220V电压或三相交流220V/380V电压经EMI防电磁干扰电源滤波器，直接整流滤波；然后再将滤波后的直流电压经变换电路变换为数十千赫或数百千赫的高频方波或准方波电压，通过高频变压器隔离并降压（或升压）后，再经高频整流、滤波电路；最后输出直流电压。通过取样、比较、放大及控制、驱动电路，控制变换器中功率开关管的占空比，便能得到稳定的输出电压。在直流斩波控制中，有定频调宽、定宽调频和调频调宽3种控制方式。定频调宽是保持开关频率（开关周期T）不变，波形如图3所示。

通过改变导通时间高。而定宽调频则是保持导通时间T on不变，通过改变开关频率，来达到改变占空比的一种控制方式。由于调频控制方式的工作频率是不固定的，造成滤波器设计困难，因此，目前绝大部分的开关电源均采用PWM控制。

2.2 开关电源的主要性能指标

开关电源的质量好坏主要由其性能指标来体现。因此，对于设计者或使用者来讲，都必须对其内容有一个较全面的了解。一般性能指标包括电气指标、机械特性、适用环境、可靠性、安全性以及生产成本等。这里仅介绍常见的电气指标。

2.2.1 输入参数

输入参数包括输入电压、交流或直流、频率、相数、输入电流、功率因数以及谐波含量等。

1）输入电压：国内应用的民用交流电源电压三相为380V，单相为220V；国外的电源需要参出口国电压标准。目前开关电源流行采用国际通用电压范围，即单相交流85～265V，这一范围覆盖了全球各种民用电源标准所限定的电压，但对电源的设计提出了较高的要求。输入电压范围的下限影响变压器设计时电压比的计算，而上限决定了主电路元器件的电压等级。输入电压变化范围过宽，使设计中必须留过大裕量而造成浪费，因此变化范围应在满足实际要求的前提下尽量小。

2）输入频率：我国民用和工业用电的频率为50Hz，航空、航天及船舶用的电源经常采用交流400Hz输入，这时的输入电压通常为单相或三相115V。

3）输入相数：三相输入的情况下，整流后直流电压约是单相输入时的1.7倍，当开关电源的功为3～5kW时，可以选单相输入，以降低主电路器件的电压等级，从而可以降低成本；当功率大于5kW时，应选三相输入，以避免引起电网三相间的不平衡，同时也可以减小主电路中的电流，以降低损耗。

4）输入电流：输入电流通常包含额定输入电流和最大电流2项，是输入开关、接线端子、熔断器和整流桥等元器件的设计依据。

5）输入功率因数和谐波：目前，对保护电网环境、降低谐波污染的要求越来越高，许多国家和地区都已出台相应的标准，对用电装置的输入谐波电流和功率因数做出较严格的规定，因此开关电源的输入谐波电流和功率因数成为重要指标，也是设计中的一个重点之一。目前，单相有源功率因数校正（FPC）技术已经基本成熟，附加的成本也较低，可以很容易地使输入功率因数达到0.99以上，输入总谐波电流小于5%。

2.2.2 输出参数

输出参数包括输出功率、输出电压、输出电流、纹波、稳压精度、稳流精度、输出特性以及效率等。

1）输出电压：通常给出额定值和调节范围2项内容。输出电压上限关系到变压器设计中电压比的计算，过高的上限要求会导致过大的设计裕量和额定点特性变差，因此在满足实际要求的前提下，上限应尽量靠近额定点。相比之下，下限的限制较宽松。

2）输出电流：通常给出额定值和一定条件下的过载倍数，有稳流要求的电源还会指定调节范围。有的电源不允许空载，此时应指定电流下限。

3）稳压、稳流精度：通常以正负误差带的形式给出。影响电源稳压、稳流精度的因素很多，主要有输入电压变化、输出负载变化、温度变化及器件老化等。通常精度可以分成。3项考核：① 输入电压调整率；② 负载调整率；③ 时效偏差。同精度密切相关的因素是基准源精度、检测元件精度、控制电路中运算放大器精度等。④ 电源的输出特性：与应用领域的工艺要求有关，相互之间的差别很大。设计中必须根据输出特性的要求，来确定主电路和控制电路的形式。⑤ 纹波：开关电源的输出电压纹波成分较为复杂，通常按频带可以分为3类： 高频噪声，即远高于开关频率 的尖刺；开关频率纹波，指开关频率 附近的频率成分； 低频纹波，频率低于的 成分，即低频波动。

对纹波有多种量化方法，常用的有纹波系数、峰峰电压值、按3种频率成分分别计量幅值以及衡重法。⑥ 效率：是电源的重要指标，它通常定义为η=Po/Pi×100%。式中，Pi为输入有功功率；Po为输出功率。通常给出在额定输入电压和额定输出电压、额定输出电流条件下的效率。对于开关电源来说，效率提高就意味着损耗功率的下降，从而降低电源温升，提高可靠性，节能的效果明显，所以应尽量提高效率。一般来说，输出电压较高的电源的效率比输出低电压的电源高。

2.2.3 电磁兼容性能指标

电磁兼容也是近年来备受关注的问题。电子装置的大量使用，带来了相互干扰的问题，有时可能导致致命的后果，如在飞行的飞机机舱内使用无线电话或便携式电脑，就有可能干扰机载电子设备而造成飞机失事。电磁兼容性包含2方面的内容：

电磁敏感性、电磁干扰分别指电子装置抵抗外来干扰的能力和自身产生的干扰强度。通过制定标准，使每个装置能够抵抗干扰的强度远远大于各自发出的干扰强度，则这些装置在一起工作时，相互干扰导致工作不正常的可能性就比较小，从而实现电磁兼容。

因此，标准化对电磁兼容问题来说十分重要。各国有关电磁兼容的标准很多，并且都形成了一定的体系，在开关电源设计时应考虑相关标准。

3 开关电源的设计步骤

开关电源的设计一般采用模块化的设计思想，其设计步骤是：

1）首先从明确设计性能指标开始，然后根据常规的设计要求选择一种开关电源的拓扑结构、开关工作频率确定设计的难点，依据输出功率的要求选择半导体器件的型号；

2）变压器和电感线圈的参数计算，磁性材料设计是一个优质的开关电源设计的关键，合理的设计对开关电源的性能指标以及工作可靠性影响极大；

3）设计选择输出整流器和滤波电容；

4）选择功率开关的驱动控制方式，最好选用能实现PWM控制的集成电路芯片，也可利用单片机实现PWM控制；

5）设计反馈调节电路；

6）根据设计要求设计过电压、过电流和紧急保护电路；

7）根据热分析设计散热器；

8）设计实验电路的PCB板和电源的结构，组装、调试，测试所有的性能指标；

篇9

关键字： MC34063稳压电路； 89C51单片机； HT7750； 单片机休眠模式

中图分类号： TN710?34； TM92 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2014）07?0160?03

Design and implementation of direct current charger based on single chip

XIA Shu?li

（Xuzhou College of Industrial Technology， Xuzhou 221140， China）

Abstract： A direct current charger is designed， which can transfer the energy of direct current power source to rechargeable battery above 3.6V. According to entering voltage， the system adopts MC34063 and HT7750 to structure the electricity supplying circuit to charge battery. The AD0832 controlled by 89C51 single chip is used to check the output voltage of power source， so as to judge whether to charge up the battery or not. The detecting time can be set according to demands of users， and displayed by the nixie tube. To improve the work efficiency of the single chip， its two modes of work and sleep are detected spasmodically.

Keywords： MC34063 voltage regulator circuit； 89C51 single chip； HT7750； single chip sleep mode

0 引 言

近年来，能源短缺问题日益突出，人们在担忧能源枯竭的同时，对能源的浪费却大得惊人。例如各种废弃的电池，尤其是遥控玩具车使用的电池，甚至没用到其能量的一半就被废弃掉了，这不仅造成能源的浪费，更造成了环境的污染。因而研制一种收集各种废旧电池能量的装置已迫在眉睫。

本文设计一种以直流电源变换器为核心的电能收集装置，该装置可用于人们在旅途为手机随时充电，也可用于矿工照明等。

1 系统设计框图

电能收集充电器的核心为直流电源变换器，从直流电源中吸收的电能转移到可充电电池中。电能收集充电器是将输入的功率尽可能大的输送到所需充电的设备中，使得充电器的充电效率尽可能提高。该充电器对输入电压要求低，并且可以最大可能的吸收直流电源中的能量，比一般的充电器节能。系统框图如图1所示。

图1 系统框图

根据电压[Ui]取值的大小采用两种直流电源变换器，当电压为1.1 V

2 硬件电路设计

2.1 升压电路设计

升压电路主要由HT7750组成，HT7750转换器具有高效率和低纹波。该系列具有超低启动电压、高输出电压精度[1]。只需要3个外部元件即电感、稳压管、电解电容，以提供固定输出5 V电压。电路如图2所示。

图2 升压电路

2.2 供电电路设计

供电电路是由MC34063芯片构成的稳压电路，此芯片是一款可降压也可升压型的采用PWM 调节方式的开关稳压电源芯片，MC34063的工作电压范围[2]为3～40 V。此电路是把输入进来的电压进行稳压处理达到所需电压值，同时此电压还可以作为单片机和ADC0832的工作电压。电路构成如图3所示。

2.3 控制电路设计

采用8051单片机，它拥有编程灵活、功能强大、而且廉价的好处，与INTEL公司的8096系列16位单片机相比，8051更具有明显的价格优势[3]。同时能够满足需要，成为首选。它可以自身休眠来减小功耗，提高效率，它由基准电源电路输出稳定的5 V电压供电，主要起到检控电压的作用。89C51单片机控制AD0832来检测电源输出电压的大小，从而判断是否对电池进行充电，并且检测时间的长短可以根据用户的需要进行设定，通过数码管显示出来。这里用的ADC是ADC0832芯片，它是一个串行的ADC，它具有速度和精度都足以满足此电路，在ADC0832的VCC脚与基准电路供电的输出脚间接一个大电容从而使输入给ADC0832的电压更稳定。电路构成如图4所示。

图3 供电电路

2.4 充电电路设计

该电路是通过单片机对充电电路的控制从而实现对电池的充电，起到开关作用。并且电路中加入了LED灯，从而显示充电器是否工作。电路如图5所示。

3 软件部分的设计

本系统的软件采用C 语言来编写，所有代码在UV2下编译调试。软件程序设计主要检测电源输出电压的大小，从而对判断是否对电池进行充电，同时单片机通过自身休眠来减小功耗，提高效率。程序主流程图如图6所示，休眠时间控制流程图如图7所示。

4 测试方法与结果

（1） 当输入电压[Ui]为10～20 V时，取电源内阻[Rs]为100 Ω，可充电池的内阻[Rc]为0.1 Ω，由理论计算得：

[Ic>（Es-Ec）（Rs+Rc）]

即：

[Ic>（20-3.6）（100+0.1）=163.8 mA]

图5 充电电路

图6 主流程图

图7 休眠时间控制流程图

实际测量时[Ic=]164.6 mA>163.8 mA，满足了设计的要求。测试数据见表1。

本设计的工作效率由输出电压[U*out]与输出电流[Iout]的乘积比上输入的电压[Uin]与电流[Iin]的乘积。即：

[η=（Uout*Iout）（Uin*Iin）]

（2） 当[Ui]从0逐渐升高时，能启动充电功能的[Ui]为0.28 V；当[Ui]为0时，系统最大反向充电电流仅为0.09 mA。

表1 高压参数表

[[Es] /V＼&[Uin] /V＼&[Iin] /mA＼&[Uout] /V＼&[Iout] /mA＼&[η]/%＼&5.8＼&5.07＼&7.89＼&3.54＼&0.203＼&1.80＼&6＼&5.13＼&8.85＼&3.55＼&1.545＼&12.08＼&7＼&5.51＼&15.39＼&3.64＼&9.01＼&38.68＼&8＼&5.71＼&23.6＼&3.75＼&19＼&52.87＼&9＼&5.49＼&46.2＼&3.57＼&34＼&47.86＼&10＼&5.49＼&46.2＼&3.57＼&46.21＼&65.04＼&11＼&5.55＼&55.9＼&3.57＼&57.3＼&65.94＼&12＼&5.54＼&65.6＼&3.58＼&68.5＼&67.48＼&13＼&5.56＼&75.5＼&3.56＼&80.1＼&67.93＼&14＼&5.59＼&85.8＼&3.6＼&92.1＼&69.13＼&15＼&5.61＼&96.6＼&3.6＼&104.6＼&69.49＼&16＼&5.64＼&106.2＼&3.61＼&115.8＼&69.79＼&17＼&5.66＼&116.5＼&3.62＼&127.8＼&70.16＼&18＼&5.69＼&127.7＼&3.63＼&140.8＼&70.34＼&19＼&5.71＼&137.2＼&3.64＼&151.9＼&70.58＼&20＼&5.74＼&147.3＼&3.64＼&164.6＼&70.43＼&]

5 结 语

本文设计并实现了一种基于单片机的直流电能收集充电器，该充电器在输入电压低至1 V的情况下仍能将能量传递至3.6 V以上的可充电池中。同时制作了实验样机并对实验样机进行了测试。实验结果表明该充电器具有工作电压范围宽，效率高，适应性强、可靠性好等优点。从一定程度上解决了废弃电池能源的浪费及对环境的污染。

参考文献

[1] 柳雪峰.一种新型实用的Boost升压电路[J].电子世界，2009（7）：46?47.

[2] 周志敏.充电器电路设计与应用[M].北京：人民邮电出版社，2005.

[3] 谭浩强.C程序设计[M].2版.北京：清华大学出版社，2003.

[4] 叶慧贞，杨兴洲.新颖开关稳压电源[M].北京：国防工业出版社，1990.

[5] 康华光.电子技术应用[M].北京：高等教育出版社，2002.

篇10

关键词：任务驱动 电子技术课 应用

由于学生学习能力、个体素质、学习意愿等存在差异，导致电子技术课程教学一直是授课教师“头疼”的课程。如何把学生的兴趣吸引到教学中，让学生主动有效地完成教学任务是笔者一直思考的问题。

一、任务驱动教学模式的核心

任务驱动是一种建立在建构主义教学理论基础上的教学方法，属于探究式教学模式，适用于培养学生的自学能力和相对独立地分析解决问题的能力。它包括五个环节：提出任务、分析任务、自主学习、完成任务、过程评价。

任务驱动教学模式创新性的以任务为主线、学生为主体、教师来引导作为基本内涵，学生作为主体参与到教学中，教师在教学中起到组织、引导、控制、促进、改善作用。这种模式充分调动学生的主动性、创造性和学习兴趣，让学生在“动”的过程中学到知识。

二、任务驱动教学模式教学的过程

第一步：教学开展前，教师确定主题，提出任务。第二步：学生结合自己意愿和能力，分析任务并分组。第三步：教师对核心内容进行辅导和讲解，学生按照任务要求借助多媒体设备、图书资料等进行自主学习。第四步：学生对任务内容进行实践性操作，小组分工配合和个人技能相结合，教师协助学生解决遇到的困难。第五步：每组学生讲解和展示自己完成的项目，学生互评，教师进行总体评价。

三、对任务进行设计的方法

在教学任务设计的阶段，对学生现有的知识结构和水平进行评估，针对学生的特点进行设计，做到让学生有兴趣且乐于构建知识体系。

第一，差异化的任务设计。根据学生知识掌握的能力和意愿不同，在设计任务时应相互关联而又存在差异。在保证核心知识不变的前提下，把握知识脉络，突出重点，抓住关键，做到因材施教。

其具体步骤为，教师通过实例授课讲解任务用到的新知识与技巧，学生根据实例做出类似项目，掌握任务中所包含知识点和技巧；学生完全理解和掌握知识点；学生自行设计或按照自己的思路进行探索，提高学生的积极性和学习兴趣。

第二，协作性的任务设计。团队配合是当今社会大力提倡的能力之一，一个人的智慧和精力有限。为了使学生将来工作后快速适应岗位和工作氛围，在任务设计中教师应加入协作性配合模块。良好的团队配合不仅事半功倍，同时也充分发挥分析能力和讲说能力，使他们在相互讨论、争辩中解决问题。

四、任务驱动教学模式在课程中的运用

以直流稳压电源课程为例。

一是教学任务的设计。直流稳压电源电路由变压、整流、滤波、稳压四部分构成，电路中变压器起到变压作用。二极管起到整流作用――将交流电转换成脉动直流电。电容起到滤波作用。电路的调整使输出电压稳定。

二是学生对任务进行分析。直流稳压电源的内部构造是什么？每个元器件的作用是什么？是如何实现直流稳压的？

三是内容讲解和学生自主学习为核心。教师将核心内容二极管及其整流电路、滤波电路、稳压电路，进行讲解。学生根据任务要求自行查阅相关资料，试析解决问题。

四是完成任务。学生对直流稳压电路进行实践性操作，组装和调试电路。调试内容主要有调整、测试电源输出电压、空载电流、负载电流、电压调整率、电流调整率和纹波电压等。教师在一旁指导并协助学生解决出现的问题。

五是评价总结。做到“三评”，即小组自评、每组互评、教师讲评。对于掌握慢、基础不扎实的学生要加强小结和知识点回顾；对于掌握快、能力更好的学生要引导他们继续探索更深层次的知识，这样将使每个学生都有收获和成就感，真正实现了分层教学和因材施教。

任务驱动教学模式是对现有教学模式的一种改进和创新，实施它的目的在于培养学生的自学、观察、动手、研究和分析问题的、协作和互助、交际和交流能力以及生活和生存的能力。学与做相结合的模式体现了中等职业教育的特点与特征，是促进中等职业学校学生全面发展的一种有效教学方法。

参考文献：

[1]白梅.信息时代的教与学[J].网络科技时代：信息技术教育，2001（8）.