开关稳压电源范文

导语：如何才能写好一篇开关稳压电源，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】DC-DC转换 LM5117芯片 直流开关稳压电源

开关电源是利用电子开关器件通过控制电路，使电子开关器件不停地“接通”和“断开”，让电子开关器件对输入电压进行脉冲调制，从而实现电压变换、输出电压可调和自动稳压。常用开关稳压电源电路结构复杂，且难于实现稳压数字化调节，本文介绍一种以LM5117为核心降压芯片的直流稳压电源，该电源设计简单，可实现输出稳压数字化调节且工作效率较高。

1 电源整体设计

1.1 设计要求

输出电压偏差|UO|≤100mV；

最大输出电流IO≥3A；

输出纹波Uopp≤50mV；

负载调整率Si≤5%；

电压调整率Sv≤0.5%；

效率η≥85%；

重量小于0.2kg；

具备过流保护和负载识别功能。

1.2 设计方案

本开关稳压电源主要由电流检测部分、过流保护部分、降压部分、负载识别部分和输出电压调节部分组成，其工作原理框图如图1所示。直流稳压电源输出固定16V，经过LM5117为核心的Buck电路输出稳定可调电压，在输出电路中串入电流检测模块送入单片机A/D采集并判断电流是否大于动作电流，在Buck电路输出端增加一个负载识别端口，外接电位器按U0=R/1k得到输出电压设定值，由单片机D/A控制输出电压到达设定值，构成闭合控制回路，其电路原理图如图2所示。

2 开关电源的组成部分设计

2.1 降压电路

采用LM5117组成的DC-DC电路，其中LM5117是同步降压控制器，适用于高电压或各种输入电源的降压型稳压器应用；其控制方法是基于仿真电流斜坡的电流模式控制，而电流模式控制具有固定的输入电压前馈、逐周期电流限制和简化环路补偿的功能，输出纹波电压小、效率可高达93%可很好满足要求。

2.2 过流保护电路

LM5117一脚UVLO是欠压锁定编程引脚，我们采用软件调控来实现电流过保护，通过控制芯片一脚的电压来控制芯片的工作状态。利用INA271高端检测，通过接入电阻恒定为50mΩ的康铜丝采样电压从而算出电流。将INA271采样输出电压送入单片机A/D采集，判断计算出的电路电流是否大于动作电流值，过流时通过P3.1输出低电平至Uvlo脚，芯片停止工作实现过流保护。该方案可行性高且可减小整个装置质量，减小系统效率，如图3所示。

2.3 降低纹波

注：Vro为总纹波大小，纹波是叠加在直流电压的交流部分。ESR为 C的的等效串联电阻。

由公式可知三种减小纹波电压的方法：

（1）适当增大开关频率，但此做法回事系统功耗增加，电源效率降低；

（2）减小ESR，可选择若干电解电容，瓷片电容并联ESR的值只有几十毫欧，此方法有效减小纹波的同时可提高电容量，即增加输出滤波电路电感可在一定范围内尽量大；

（3）采用πLC滤波电路也可有效降低输出端纹波大小。

2.4 DC-DC变换

采用非隔离型Buck电路，以LM5117为核心，由开关管CSD18532，电感，电容组成。由两个开关管交替导通将输入直流电压变化成矩形波，空载时满足（W为空占比），当负载接入时，输出电压通过店主分压反馈到芯片Fb脚，保持输出电压为稳定可调电压。

2.5 稳压控制

如图4所示，自LM5117的FB引脚输出的电阻分压信号可设定输出电压电平在一定范围内变化，FB引脚的调节阈值为0.8V。设定R0为1.2k，由电路图可以确定DA输入Ui和输出UO间的关系为：

，通过确定R1，R2的阻值进行优化即可稳定输出连续的电压值，以实现输出电压的数字化控制。

3 电路设计

3.1 A/D采集电路

采用12位串行输入模数转换器TLC2543，此芯片使用开关电容逐次逼近技术完成A/D转换过程，串行输入结构可以节省单片机I/O口资源，分辨率较高，在仪器仪表中有较为广泛的应用。

3.2 D/A输出电路

采用TI公司生a的带有缓冲基准输入的双路12位数模转换器TLV5618，输出电压为基准电压的两倍，且单调变化。REF5040提供精准参考电压4.096V。数字输入端带有斯密特触发器，具有较高的噪声抑制能力。

4 运行结果测试

4.1 器件选择

由各种计算分析选择开关频率Fsw=1000kHz，定时电阻Rt=51K，输出电感 Lo=22μH，电流检测电阻Rs=5mΩ，输出电容采用4个47μF电容并联Cout=235μF，输出分压器Rfb1=1.45K，Rfb2=6.2K，电位调节器处处电压为5V，Fcross=10K，Rcomp=27.4K，Ccomp=15nf。

4.2 方案测试

采用控制单一变量的方法对上述设计进行测试，测试结果该开关稳压电源不仅满足设计要求，而且在此要求的基础上更加优化即输出电压偏差|Uo|≤35mV，最大输出电流Io=3.2A，负载调整率Si=0.002，电压调整率Sv=0.002，系统效率η=92.8%。

5 结论

本开关稳压电源的设计核心是LM5117芯片，通过实际设计表明，以LM5117为核心设计的降压型直流开关稳压电源DC-DC的转换率高达93%，具有广泛的使用价值。

参考文献

[1]P.R.Gray and R.G.Meyer.Analysis and Design of Analag Intergrated Circuits.3rd John Wiley&Sons，New York，1993.

[2]户川活朗著.实用电源电路设计――从整流电路到开关稳压器[M].北京：科学出版社，2011.

[3]康华光主编.电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，2005.

[4]吴慎山主编.电子线路设计与实践[M].北京：电子工业出版社，2011.

[5]臧春华主编.电子线路设计与应用[M].北京： 高等教育出版社，2012.

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[2]林涛.数字电子技术[M].北京：清华大学出版社，2006.

[3]林涛.电子技术及其应用基础[M].北京：电子工业出版社，2005.

[4]林涛.模拟电子技术基础[M].重庆：重庆大学出版社， 2001.

[5]杨欣.电子设计从零开始[M].北京：清华大学出版社， 2005.

[6]邱关源.电路[M].北京：高等教育出版社，1999.

基金项目：国家级物理学（师范类）特色专业项目（项目编号：TS12467）;云南省基金（项目编号：2009CD097）;楚雄师范学院大学生创新训练项目。

作者简介：

吴兴洲，现就读于楚雄师范学院物理与电子科学院。

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【关键词】电流型;PWM;控制器;UC3842;电磁兼容性;传导干扰

引言

在设计开关电源时通常以PWM集成电路为核心。近年来，开关电源集成控制器将PWM控制电路、保护电路集成到一块芯片上，电路设计简单方便，可靠性高。常见的PWM控制器从控制类型划分共有两种：分别是电压控制型和电流控制型。电压型PWM控制器调节脉宽是通过反馈电压进行的，电流型PWM控制器是通过调节占空比，使电感峰值电流随误差变化而变化。电流型PWM控制器的电压调整率和负载调整率效果比电压型PWM控制器更为显著。采用电流型PWM控制器后系统的动态特性和稳定性明显改善。电流型PWM控制器内置的限流和并联均流能力使控制电路更加简单且可靠性高。目前，电流型PWM集成控制器已经产品化，在小功率电源方面取代了电压型PWM控制器。

1.UC3842 PWM芯片简介

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，各脚功能如下：

①脚是误差放大器的输出端，外接阻容元件用于改善误差放大器的增益和频率特性;

②脚是反馈电压输入端，此脚电压与误差放大器同相端的2.5V基准电压进行比较，产生误差电压，从而控制脉冲宽度;

③脚为电流检测输入端，当检测电压超过1V时缩小脉冲宽度使电源处于间歇工作状态;

④脚为定时端，内部振荡器的工作频率由外接的阻容时间常数决定，f=1.72/（RT×CT）;

⑤脚为公共地端;

⑥脚为推挽输出端，内部为图腾柱式，上升、下降时间仅为50ns驱动能力为±1A;

⑦脚是直流电源供电端，具有欠、过压锁定功能，芯片功耗为15mW;

⑧脚为5V基准电压输出端，有50mA的负载能力。

2.开关稳压电源的设计与工作原理

2.1 开关稳压电源组成框图

开关稳压电源基本组成原理框图如图1所示。

图1 开关稳压电源基本组成原理框图

2.2 开关稳压电路设计

电源电路主要由整流滤波电路、低通滤波电路、反馈电路、脉宽调制电路、保护电路等几部分组成。图2所示为以UC3842为核心的开关电源电路的原理图。输入为220V交流电，经整流滤波电路后，给变压器输入端一个约300V的直流电压，经UC3842芯片后得到稳定的输出。

2.3 开关稳压电源工作原理

2.3.1 UC3842芯片的启动过程

首先，由电源通过启动电阻R2给电容C1充电，当C1两端电压达16V时，达到了脉宽调制芯片UC3842的启动电压门槛值，此时芯片UC3842开始工作并提供驱动脉冲，芯片6脚输出信号为高低电压脉冲，高电压脉冲时场效应管VT1导通，电流流经变压器原边，把能量储存在变压器中。此时变压器各路副边没有能量输出。当6脚的高电压脉冲结束时，VT1截止。由楞次定律可知，变压器为了使电流不发生变化，产生与原电压相反的感应电势，此时变压器副边各路二极管导通，向外提供能量，同时反馈线圈向UC3842供电。UC3842内部设有欠压锁定电路，其工作的电压范围在10V到16V。UC3842在开启之前消耗的电流在1mA以内。电源电压接通以后，当7脚电压上升到16V时UC3842开始工作，正常工作时消耗电流为15mA。设计时参照UC3842的启动电流这些参数选取R2。一般情况下，随着UC3842的启动结束，R2的作用也基本完成，余下的工作由反馈绕组完成，UC3842的供电来自反馈绕组产生的电压。

图2 新型开关稳压电源设计原理图

2.3.2 开关脉冲生成C5和R8的大小决定振荡频率

R5为电流采样电阻，反映输入电压的变化。由恒频时钟脉冲置位UC3842的锁存器，以驱动VT1导通。当VT1导通时，R5上的电流逐渐增大压降随之增加，通过R9将电压反馈到芯片UC3842的3脚，将该电压与电流比较器的另一端进行比较，当压降值达到一定时，电流取样比较器翻转，锁存器复位，VT1截止。VT1导通时，电流流过变压器原边，把能量存在变压器中。此时，变压器副边没有能量输出;当VT1截止时，副边各级二极管导通，向外提供能量。因此VT1的导通和截止使得变压器副边耦合输出为开/关电压。

2.3.3 占空比调节

变压器输出通过可控精密稳压源TL431和光耦PC817以电压反馈的形式反馈到UC3842的2脚，当变压器副绕组电压增大时，加在可控精密稳压源TL431上的参考电压升高，通过光耦PC817中发光二极管的电流增大，光电三极管上的电流也相应增大，UC3842的反馈端电压随之增大，输出端的脉冲信号占空比降低，VT1通时间变短，输出电压降低。输出绕组电压降低时的情况与上述过程相反。可见，通过输出端的电压反馈和输入端的电流反馈，使输出绕组的电压输出稳定在要求值。

3.结论

在设计中将电流控制型脉宽调制芯片UC3842的控制功能充分的利用到高频单端反激式开关稳压电源中，实现了对输出电压的负反馈调节及各种保护机制。实验结果表明，所设计的电源结构简单、稳压性高、纹波小、电压调整率和负载调整率高。另外，在大功率输出时，需要增加功率因数校正PFC模块。该电源可应用于电动车、视听、应急照明等设备中。

参考文献

[1]刘顺利.现代高频开关电源实用技术[M].北京：电子工业出版社，2001.

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关键词：开关电源;原理;原理框图;电路图

电子技术教学中，我们有的教师对开关电源部分内容常常忽视，这与目前生产、生活实际是不符，本文根据自己的教学实践，对开关电源教学谈一些认识。

一、明确开关电源教学的重要性

简单的分类，直流稳压电源有串联型线性直流稳压电源和开关型直流稳压电源。串联型线性直流稳压电源由整流、滤波、稳压等部分组成，稳压部分的调整部分工作在线性状态，学生易理解，掌握串联型线性直流稳压电源的工作原理和进行实际电路分析也是较为容易的。

开关电源（SwitchingMode Power Supply，SMPS）采用“交流直流交流直流”变换技术，是一种组合变流电路，包括由冲击电流限幅、输入滤波器、输入侧整流与滤波、逆变、输出侧整流与滤波等部分组成的主电路，以及控制电路、检测电路、辅助电源四大部份组成。开关电源较直流线性稳压电源复杂，但开关电源功耗小，转化率高，且体积和重量只有线性电源的20%―30%，目前它已成为稳压电源的主流产品。因此我们在教学时应重视开关电源这部分内容，不要淡化它。

二、读懂开关电源原理框图

要理解开关电源工作原理，会分析开关电源电路图，那就要读懂开关电源原理框图。下图就是典型的开关直流稳压电源原理框图。

图1 开关直流稳压电源原理框图

（一） 框图组成

框图由主电路、控制电路、检测比较放大电路、辅助电源四大部份组成。

1.主电路。主电路即完成“交流直流交流直流”变换的功能电路部分，由冲击电流限幅、输入滤波器、输入侧整流与滤波、逆变、输出侧整流与滤波等部分组成;冲击电流限幅部分功能：限制接通电源瞬间输入侧的冲击电流;输入滤波器功能：其作用是过滤电网存在的杂波及阻碍本机产生的杂波反馈回电网;输入侧整流与滤波：将电网送来的交流电直接整流滤波为较平滑的直流电;逆变：利用开关调整电路将整流后的直流电变为高频交流电，这是高频开关电源的核心部分;输出侧整流与滤波：根据负载需要，将高频交流电进行整流与滤波，提供稳定可靠的直流电源。

2.控制电路。一方面从输出端取样，与设定值进行比较，然后去控制逆变器（开关调整电路），改变其脉宽或脉频，使输出稳定，另一方面，根据测试电路提供的数据，经保护电路鉴别，提供控制电路对电源进行各种保护措施。

3.检测电路。提供保护电路中正在运行中各种参数和各种仪表数据。

4.辅助电源。实现电源的软件（远程）启动，为保护电路和控制电路（PWM等芯片）工作供电。

（二）开关电源的工作原理

开关电源就是采用功率半导体器件作为开关元件（开关管），开关元件以一定时间间隔重复地接通和断开，在开关元件接通时输入侧整流滤波的直流电通过逆变器（开关管）、输出侧整流滤波电路向负载提供能量，当开关元件断开时，电路中的储能装置（有电感、电容等组成）向负载释放开关接通时所储存的能量，使负载得到连续稳定的能量。

根据开关电源输出的直流电压情况，经过取样进行检测比较放大得到反映输出电压稳定情况的误差信号，将其送入控制电路产生控制信号，控制信号经驱动电路后对逆变器的开关元件的占空比（导通时间与周期之比）进行控制，这样传到输出端的能量得到调整，即调整输出电压使其稳定。

三、读懂开关电源电路图

读开关电源电路图，不要急于弄清某一元器件的作用，要按一定顺序逐步进行。首先，找到来自电网的交流电位置（即“信号”入口，）和直流稳压电源稳定电压输出位置（“信号”出口）;其次，找到开关电源电路的主电路（“主信号”电路，正向电路），它由冲击电流限幅、输入滤波器、输入侧整流与滤波、逆变、输出侧整流与滤波等部分组成;找到反馈控制电路，它由取样比较放大、时钟振荡电路、脉宽（脉频）调制电路、驱动电路等组成;最后对开关稳压电源的主电路和反馈控制电路的各组成部分进行分析，分析出各部分的功能和作用，具体到每一个元器件的功能和作用;完成以上分析后，引导学生再回头体会开关稳压电源的原理，会有更深刻的理解。

目前，开关电源以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用几乎所有的电子设备，是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源方式。作为电子技术的教学专业人员，有必要将开关电源这部分教学内容向学生讲清楚，讲明白。

参考文献：

[1]王兆安，刘进军.电力电子技术[M].机械工业出版社.2009.

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关键词：单片机；智能稳压电源；系统原理；电源设计

1前言

随着科学技术的发展，促进了通讯事业的发展，电气设备和电子设备的稳压电源性能逐渐提高，使稳压电源逐渐向低成本、小型化和高效率方面发展，确保了稳压电源的可靠性，不会受到低电磁的干扰，使稳压电源逐渐向精度低和功能简单化转变。以单片机为系统的稳压电源弥补了传统电源中存在的不足，降低了制作成本，Y构更加紧凑，符合当前社会的发展要求。

2智能稳压电源系统原理

在对智能稳压电源进行设计时，需要以开关电源为基础，将高性能的单片机作为控制核心，在组成数据中进行电路处理，充分利用监测与控制软件功能，对开关电源输出的电压和电流进行数据处理，将采样数据与给定数据进行比较分析，以此来达到对开关电源工作状况进行控制和调整的目的。同时还需要加大对开关电路输出电流大小和工作温度的控制。送入到开关中的调整电流主要是经整流、滤波变成直流电所形成的电流，需要通过调整电路的形式，对输入的方波信号进行控制，确保能够输出稳定的直流电。用户可以对输出的电压值和输出的电流值通过键盘给定稳压电源进行控制，通过对单片机系统中的用户给定数据进行比较分析的形式，结合设置的调整算法对电路开关进行控制和调整，确保输出的电压值符合给定值，需要对输出电压中的电路进行检测，如果输出的电流和工作的温度超出给定值，需要重新进行保护电路的启动。

3单片机基础下的智能稳压电源设计

3.1系统的总体设计

系统在设计过程中，主要是利用AT89C52单片机进行一路1V-9V连续可调电压输出，主要是通过外接键盘和串口通信连接的形式来输出上位机的电压值，电压值为0.01V，电压具有步近增减功能，可以运用数字来显示输出电压值。为了确保系统的正常工作，需要配备一套备用电源，备用电源主要由电压调整模块、系统供电模块、显示模块和人机交互模块共同组成。

3.2硬件设计

3.2.1AT89C52程控模块

在对硬件系统进行设计时，需要将AT89C52程控模块作为系统设计的核心，需要明确51系列单片机型号，微处理器主要是运用8K字节闪存的高性能和低电压处理器，将Flash存储器与微处理器有机结合起来，需要对Flash存储器进行反复擦写，以此来降低系统开发成本。

3.2.2电压调整模块

电压调整模块主要是指变压器次级输出的交流电，交流电会通过电容滤波和全波整流后送到调整管NMIS管中。电阻R3和R4会形成不同形式的取样电路。需要对输出端的输出电压DC0进行取样采集，运用A/D转换器的形式对输出端的实际电压值送入到单片机中，通过对单片机进行计算的形式，求出电压设定值和实际输出值两者之间的差额。运用调用PID做好单片机控制信号的输出。与DAC和ADC构成闭环控制回路，做好信号的输出控制工作，将信号控制到D/A转换器中，将其转换为模拟信号DA0。并将模拟信号与输出的电压值进行比较，来达到控制电压和调整电路的目的，确保输出端的电压能够维持在预先设定的额定范围内，达到稳压的目的。

3.2.3备用电源模块

备用电源以两节可充电锂离子电池为主，在使用过程中主要是出于体积、电源总重量和经济因素考虑。锂离子自身具有优良的性能，在实际的使用过程中主要是运用单片机来发送信号，放电过程主要是利用芯片的反向，对MOS管的通断情况进行控制。要做好锂电池充电工作，运用LC滤波后使用MOS管导电的形式进行充电。

3.3软件设计

智能电源系统的软件设计由电压输出、电压测量和电压调节等闭环结构共同组成。在进行软件设计时，需要运用模块化思想进行设计，设计内容主要包括键盘、使单片机和LCD等工作内容。在智能电源初始化过程中，需要做好8031各个口复位工作，需要从EEPROM过程中对上次关机前存入的数据进行读取，对开关电路进行控制。在初始化工作完成后，需要做好开中断工作，中断工作不会突然停止，会出现请求提示，可以利用数据采样的形式进行给定值读取，需要通过数据处理，调用报警保护子程序的形式来了解短路或过流情况。如果没有出现短路或过流情况，需要对电压控制算法进行重新设置，做好键盘和保护程序设定，将子程序作为保护报警程序中的重要组成部分。

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关键词：变压；整流滤波；稳压；

中图分类号：S611 文献标识码： A

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, 或需要在一个小范围内改变时(如1. 05～ 1. 07V ) ,困难就较大。二是稳压方式均是采用串联型稳压电路, 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。

传统的直流稳压电源通常采用电位器和波段开关来实现电压的调节,并由电压表指示电压值的大小. 因此,电压的调整精度不高,读数欠直观,电位器也易磨损.而基于单片机控制的直流稳压电源能较好地解决以上传统稳压电源的不足。随着科学技术的不断发展,特别是计算机技术的突飞猛进,现代工业应用的工控产品均需要有低纹波、宽调整范围的高压电源,特别是在一些高能物理领域,急需电脑或单片机控制的低纹波、宽调整范围的电源。

从上世纪九十年代末起，随着对系统更高效率和更低功耗的需求，电信与数据通讯设备的技术更新推动电源行业中直流/直流电源转换器向更高灵活性和智能化方向发展。在80年代的第一代分布式供电系统开始转向到20世纪末更为先进的第四代分布式供电结构以及中间母线结构，直流/直流电源行业正面临着新的挑战，即如何在现有系统加入嵌入式电源智能系统和数字控制。

在家用电器和其他各类电子设备中，通常都需要电压稳定的直流电源供电。但在实际生活中，都是由220V 的交流电网供电。这就需要通过变压、整流、滤波、稳压电路将交流电转换成稳定的直流电。滤波器用于滤去整流输出电压中的纹波，一般传统电路由滤波扼流圈和电容器组成，若由晶体管滤波器来替代，则可缩小直流电源的体积，减轻其重量，且晶体管滤波直流电源不需直流稳压器就能用作家用电器的电源，这既降低了家用电器的成本，又缩小了其体积，使家用电器小型化。

2、方案论证与比较：

方案一: 采用单级开关电源，由220V交流整流后，经开关电源稳压输出。但此方案所产生的直流电压纹波大，在其后的几级电路中很难加以抑制，很有可能造成设计的失败与技术参数的超标。

方案二：并联式稳压电源，电路简便易行，所用元器件相对较少，当负载电流恒定时稳定性相对较好，其突出优点就是可承受输出短路。但是效率低于串联式稳压电源，输出电压调节范围较小，尤其是在小电流时调整管需承受很大的电流，损耗过大，因而不能采用。

方案三：串联式稳压电源，利用可调的三端式集成稳压器先提供稳压电压和小电流，再通过三极管扩流的方式使之提供大功率。由于集成稳压器通常内部已有各种保护电路，辅助电路就可以简化。其次想采用经典的分立式元件形式，因为在理论课及实验室中看到的大多是这种电源，并且具体电路形式很丰富，可借鉴的结构也较多。

比较以上几种方案，决定采用方案三，即经典的串联式稳压电源，稳扎稳打，力争做好。

3、硬件电路的组成与设计

直流稳压电源一般由电源变压器、整流滤波电路及稳压电路所组成。

我国电网供电电压交流220V(有效值)50Hz，要获得低压直流输出，首先必须采用电源变压器将电网电压降低获得所需要交流电压。降压后的交流电压，通过整流电路变成单向直流电，但其幅度变化大（即脉动大）。脉动大的直流电压须经过滤波电路变成平滑，脉动小的直流电，即将交流成份滤掉，保留其直流成份。滤波后的直流电压，再通过稳压电路稳压，便可得到基本不受外界影响的稳定直流电压输出，供给负载RL。

3.1电源变压器

电源变压器的作用是将来自电网的220V交流电压变换为整流电路所需要的交流电压。

本设计方案所需要用到的降压变压器是将电网交流电压220V变换成复合需要的交流电压，此交流电压经过整流后可获得后级电路所需要的直流电压12V。

由于所需的直流电压比起电网的交流电压在数值上相差较大，考虑到稳压部分中的集成稳压器须在输入电压≥10V 时才能使输出电压为0.7V～9V。所以，降压后的电压设为10V～12V，才能达到要求输出的电压为0V～10V，即该部分电路采用变压器把220V交流市电变为约10V 的低压交流电，作为电源的输入电压。变压器原辅线圈的匝数比为：

N1/N2 = U1/U2 = 220V/10V≈22/1

电路中的保险丝可起到保护电源的作用，当电流大于0.5A 时，保险丝熔断，从而防止电源烧坏。电源变压器的效率为：

其中：是变压器副边的功率，是变压器原边的功率。

一般小型变压器的效率如表1所示，因此，当算出了副边功率后，就可以根据下表算出原边功率。

表1小型变压器的效率

3.2整流滤波电路

整流电路将交流电压变换成脉动的直流电压。再经滤波电路滤除较大的纹波成分，输出纹波较小的直流电压。常用的整流滤波电路有全波整流滤波、桥式整流滤波等。

如图所示，在本设计中采用四个二极管组成桥式整流电路，利用单相桥式整流电路把方向和大小都大小都变化的50Hz的交流电变换为方向不变但大小仍有脉动的直流电。其优点是电压较高,纹波电压较小,整流二极管所承受的最大反向交流电流流过,变压器的利用率高。滤波电路：利用储能元件-电容C两端的电压不能突变的性质,采用RC滤波电路将整流电路输出的脉动成分大部分滤除,得到比较平滑的直流电。

图2桥式整流桥电路

直流电压与交流电压的有效值间的关系为：

在整流电路中，每只二极管所承受的最大反向电压为：

流过每只二极管的平均电流为：

其中：R为整流滤波电路的负载电阻，它为电容C提供放电通路，放电时间常数RC应满足：

其中：T = ms是50Hz交流电压的周20期。

3.3稳压电源电路

三端稳压器各项性能指标的测试

输入电压u2受负载和温度发生变化到影响而发生波动时，滤波电路输出的直流电压VI会随着变化。因此，为了维持输出电压VI稳定不变，需要对电压进行稳压。稳压电路的作用是当外界因素（电网电压、负载、环境温度）发生变化时，能使输出直流电压不受影响，而维持稳定的电压输出。稳压电路一般采用集成稳压器和一些元件所组成。采用集成稳压器设计的稳压电源具有性能稳定、结构简单等优点。

三端稳压器的引脚及其应用电路见附录图3。

7806为三端式集成稳压器，这种集成稳压器的输出电压是固定的，在使用中不能进行调整。W78系列三端稳压器输出正极性电压，一般有：5V、6V、8V、9V、10V、12V、15V、18V、24V，输出电流最大可达1.5A（加散热片）。若要求输出负电压，可选用W79系列稳压器。图3是7806的外型和三个引出端，其中：

1―输入端（不稳定直流电压输入端）；

2―输出端（稳定直流电压输出端）；

3―公共端；

图3三端式集成稳压器

它的主要参数有：输出直流电压Uo=6±5%；最大输入电压Uimax=35V； 电压最大调整率Su=50mV；静态工作电流Io=6mA； 最大输出电流Iomax=1.5A；输出电压温漂ST=0.6mV/oC。

3.4稳压系数的测量(调节输出电压为5V时)

按图所示连接电路， 在u1=220V时，测出稳压电源的输出电压Vo，应改变电源电压上升和下降10%，分别测量稳压电源的输出电压VO，RL=100Ω。在实验室调节交流不太方便时,可采用变压器的次级变换的方法,如①②脚电压为18V,测量一次,记下VO1.再更换到③①脚测量一次VO2, 将测量的结果填入表5中。则稳压系数为：

SV=(ΔVO/VO)/(Δu1/u1)

表2

3.5输出内阻的测量(调节输出电压为5V时)

按图4所示连接电路，保持稳压电源的输入电压不变 ，在不接负载RL时测出开路电压Vo1，此时Io1=0，然后接上负载RL，测出输出电压Vo2和输出电流Io2，测量结果填入表3中。则输出电阻为：

RO=-(VO1-VO2)/(IO1-IO2)=(VO1-VO2)/IO2

表3

3.6纹波电压的测量(调节输出电压为6V时)

用示波器观察Vo的纹波峰峰值，（此时Y通道输入信号采用交流耦合AC），测量Vop-p的值（约几mV）。

4、直流电源系统原理图

篇7

（1）输出电压是通过粗调（波段开关）及细调（电位器）来调节。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1.05～1.07V）困难较大。

（2）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。

（3）电路采用串联型稳压方式，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。

针对上述存在的问题，我们在企业实习期间设计制作了应用于手机生产检测的数控直流稳压电源。

一、系统硬件设计

手机检测数控直流稳压电源由单片机控制系统、D/A转换电路、A/D转换电路、4位LED、按键和指示灯组成，电路如图1所示。为了减小数字电路的高频峰值电流对模拟电路的干扰，各自采用独立的稳压电路供电，以降低D/A输出的纹波电压。单片机采用ATMEL公司的AT89C51芯片，实现对A/D、D/A、显示与按键的控制。

图1：单片机控制系统电路

D/A电路采用DAC0832芯片，使用其内部自带的2.048V基准源。加在1欧姆的取样电阻上，输出分辨率为0.5mA。电路如图2所示。

图2：DAC电路图

A/D电路采用ADC0804芯片，与DAC0832芯片使用同一个基准源，A/D的分辨率为0.5mV，电路如图3所示。

图3：ADC电路图

二、系统软件设计

硬件电路采用AT89C51芯片，且程序中不需要涉及精确实时操作，所以使用C语言进行软件编写，提高程序编写时的效率。程序设计上使用一个定时器作为系统实时时钟，周期性的进行LED显示、按键扫描、AD转换、和显示内容的切换，主循环负责对按键进行处理。

（一）主程序流程图

主程序流程图如图4所示。

图4：主程序流程图

（二）定时中断程序流程图

定时中断程序流程图如图5所示。

图5：定时中断程序流程图

（三）按键检测程序流程图

按键检测程序流程图如图6所示。

图6：按键检测程序流程图

三、结束语

篇8

【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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[10]徐衡平.PWM型大功率开关稳压电源的设计及动态特性研究[R].西北工业大学，1999.

篇9

[关键词] VGA显示器开关电源维修

在学校机房中，目前微机的显示器主要使用的仍是VGA彩色显示器。显示器电源电路是显示器故障率较高的部件，由于各厂商均不提供电路图以及维修人员对功率场效应管的特性不熟悉，因而造成这类产品维修困难。现在的显示器电源电路大部分采用开关式稳压电源电路，开关电源是由振荡电路、稳压电路、保护电路三大部分组成，其中振荡电路又分为晶体管振荡电路和集成块振荡电路，稳压电路中开关电源的稳压原理均采用脉冲调宽式的稳压方式，即通过自动改变开关功率管的关闭和导通时间的比例，或通过改变振荡器输出脉冲的占空比来达到稳压的目的，稳压部分的电路由取样、比较、控制三部分组成。此外，显示器开关电源都设有保护电路，其保护方式的效果均为使电路停振，具体方式有过流保护、过压保护、欠压保护（短路保护），和过热保护等。过流保护电路的过流取样点，大部分显示器中是在主振功率管的发射极电位上；过压保护电路的取样点一般取自220 V交流经整流滤波后的电压或主负载供电电压，通过一个齐纳二极管（稳压管）进行取样判别；短路保护电路的取样点一般在稳压电源输出的低压组电源上，通过一个二极管来进行判别取样。在IC式开关电源中，有部分所采用的电源IC内部设有“闩锁电路”，这个“闩锁电路”实际上是一个保护执行电路，各取样点送来的信号，通过它执行对电路的停振控制。

开关电源损坏后，大多都可进行维修。将开关电源负载全部断开，在主负载供电电源组上带一只220 V 40 W的灯泡作假负载，采用低压供电安全方式，即将供电电源电压经一自耦式变压器降至70 V左右进行维修。这种维修方法可避免因电路存在的隐患而再度损坏元件。一般正常的开关电源（并联式）在70 V左右的供电电压下就能正常起振工作，慢慢调整自耦变压器的输出电压，开关电源的输出电压都应固定在其预设的电压值上不变，如果开关电源的输出电压随输入电压的变化而变化，则表明其稳压部分电路有问题，如果没有电压输出则表明振荡电路部分出问题了。

一、以并联型光耦控制稳压式开关电源为例

当开关电源不能正常稳压时，第1步是要确认引起故障的部位，简单快捷的方法是将光耦件热地端的两控制脚短路。如果电路进入停振状态，则表明故障在取样比较部分电路，取样比较电路有问题多半是比较IC和光耦件损坏所致（IC损坏多数会引起光耦件同时损坏）。如果是控制电路问题，如控制晶体管损坏，在晶体管的代换上一定要注意晶体管的参数。

二、电路不起振

当确信供电电压正常时，首先检查启动电阻是否开路或变值。另外，要检查保护电路动作，如果是保护电路引起停振，一般在开机的瞬间电路能正常起振。可通过此点来进行判别，另外当控制电路有问题（如控制管击穿）也会引起电路停振。开关电源电路是比较简单的电路，只要分清主振电路、保护电路和比较稳压电路三者的联接关系，维修起来就较容易。另外，开关电源的主振功率管因其集电极是感性负载，所以主振管工作时，其集电极将要承受8~10倍于电源的脉冲电压。为此在电路上加入了吸收电路电容电阻和在主振管集电极与地之间并接的电容，这些元件的作用与行输出级的逆程电容有相似的作用。当这些元件有问题时，极易损坏主振功率管，此点需引起注意。检查发现其开关电源吸收电路的电容在温度升高时，电容值会变小，从而引起经常损坏电源主振功率管的故障。

三、用万用表测量AC电源线两端的正反向电阻及电容器充电情况

如果电阻值过低，说明电源内部存在短路，正常时其阻值应能达到100 kΩ以上，电容器应能够充放电，如果损坏，则表现为AC电源线两端阻值低，呈短路状态，否则可能是开关三极管击穿。然后检查直流输出部分，脱开负载，分别测量各组输出端的对地电阻，正常时表针应有电容器充放电摆动，最后指示的应为该路的泄放电阻的阻值，否则多为整流二极管反向击穿所致，如果电源一启动就停止，则该电源处于保护状态下，应重点检查产生保护的原因。

参考文献

[1]陈玉仑.微型微机显示器实用维修技术与实例[M].北京：海洋出版社，1992

[2]饶水水.微机显示器常见故障分析与维修[J].电脑知识与技术，2009（34）：9863～9864

篇10

关键词：数控车床 霍尔开关 继电器 伺服驱动

一、换刀装置故障

数控车换刀一般的过程是:换刀电机接到换刀信号后，通过蜗轮蜗杆减速带动刀架旋转，由霍尔元件发出刀位信号，数控系统再利用这个信号与目标值进行比较以判断刀具是否到位。刀换到位后，电机反转缩紧刀架。在我维修数控车的过程中遇到了以下几个故障现象。

故障一:一台四刀位数控车床，发生一号刀位找不到，其它刀位能正常换刀的故障现象。

故障分析:由于只有一号刀找不到刀位，可以排除机械传动方面的问题，确定就是电气方面的故障。可能是该刀位的霍尔元件及其周围线路出现问题，导致该刀位信号不能输送给PLC。对照电路图利用万用表检查后发现:1号刀位霍尔元件的24V供电正常，GND线路为正常，T1信号线正常。因此可以断定是霍尔元件损坏导致该刀位信号不能发出。

解决办法:更换新的霍尔元件后故障排除，一号刀正常找到。

故障二:一台六刀位数控车床，换刀时所有刀位都找不到，刀架旋转数周后停止，并且数控系统显示换刀报警:换刀超时或没有信号输入。

故障分析查找:对于该故障，仍可以排除机械故障，归咎于电气故障所致。产生该故障的电气原因有以下几种:1.磁性元件脱落;2.六个霍尔元件同时全部损坏;3.霍尔元件的供电和信号线路开路导致无电压信号输出。其中以第三种原因可能性最大。因此找来电路图，利用万用表对霍尔元件的电气线路的供电线路进行检查。结果发现:刀架检测线路端子排上的24V供电电压为0V，其它线路均正常。以该线为线索沿线查找，发现从电气柜引出的24V线头脱落，接上后仍无反应。由此判断应该是该线断线造成故障。

解决办法:利用同规格导线替代断线后，故障排除。

故障三:一台配有FANUC-0imate系统大连机床厂的六刀位车床，选刀正常但是当所选刀位到位之后不能正常锁紧。系统报警:换刀超时。

故障分析查找:刀架选刀正常，正转正常，就是不能反向锁紧。说明蜗轮蜗杆传动正常，初步定为电气线路问题。在机床刀架控制电气原理图上，发现刀具反向锁紧到位信号是由一个位置开关来控制发出的，是不是该开关即周围线路存在问题呢?为了确认这个故障原因，打开刀架的顶盖和侧盖，利用万用表参照电路图检查线路，发现线路未有开路和短路，通过用手按动刀架反向锁紧位置开关，观察梯形图显示有信号输入，至此排除电气线路问题。推断可能是挡块运动不到位，位置微动开关未动作。于是重新换刀一次来观察一下，结果发现:果然挡块未运动到位。于是把挡块螺栓拧紧，试换刀一次正常。再换一次刀，原故障又出现了，同时发现蜗杆端的轴套打滑并且爬升现象。难道是它造成了电机反转锁紧时位置开关的挡块不能到位?于是把该轴套进行了轴向定位处理，将刀架顶盖装好。结果刀架锁紧正常了。

解决办法:对轴套进行轴向定位故障解决。

二、稳压电源故障

机床在运行时机床照明灯突然不亮，机床操作面板灯也不亮，系统电源正常，同时系统急停报警，和主轴无信号警。关机后重新上电故障依旧。

转贴于

故障分析检查:经询问当时操作人员，没有违规操作，排除人为原因，也可以排除机械原因，应该是电气故障引起。该机床的电器原理图显示，这些失电区域都和24V有关，并且该机床拥有两个稳压电源，一个是I/O接口电源，另一个为系统电源。失电区域都与I/O接口有关，于是打开电气柜观察发现I/O接口稳压电源指示灯未能点亮，说明该电源未能正常工作或损坏。由稳压电源的工作原理知道，稳压电源有电流短路和过载保护的功能，当电源短路或过载时自动关断电源输出，以保护电源电路不被损坏。于是试着把电源的输出负载线路拆下来，结果发现重新上电后电源指示灯亮了。这说明电源本身没有损坏。通过分析得知该电源为I/O接口电源，负载不大，也不会出现过载现象，应该是输出回路中有短路故障。沿着输出线号进行检查发现有一根24V+输出线接头从绝缘胶布中露出并接触到机床床体。原因很明显:由于该线与机床发生对地短路，造成该稳压电源处于自我保护状态，使得操作面板和一些I/O接口继电器供电停止，导致发生以上故障。至于变频器报警可能24V信号不能到位发出报警。

解决办法:用绝缘胶布把接头处重新包好，重新上电开机所有故障解决，报警解除照明灯也亮了。

三、系统程序锁故障

一台数控车，配有FANUC-0i-mate系统，无法输入对刀值等参数，不能编辑程序，并伴有报警。

故障分析检查:对此现象首先想到了程序保护开关，通过对比正常的系统发现:与系统锁住时现象一样。所以怀疑系统锁开关坏了，但经过短接，仍不能解决问题。通过观察故障系统的梯形图发现X56输入点无信号输入，说明这条输入线路断路。沿着这条线号利用万用表检查，发现在操作面板后面选轴开关接头处线头脱落，导致线路无法输入信号，使PLC逻辑关系不正确，才出现以上故障。

解决办法:用烙铁焊锡把脱落的线头重新焊接好，报警解除，参数输入正常，故障消失。

四、结束语

以上维修案例，可作为类似故障的排除参考。一般地，对于任何故障，首先是根据现象，根据原理来判断故障点，分析每一个可能性，如一个开关，一个线接头，一个螺钉都会是都会是故障原因，参照之前的操作、维修历史进行分析，能有利于缩小查找范围，有利于提高维修的效率。

参考文献:

[1]FANUC-0i-mate使用说明书.

[2]大连机床集团数控车床电器说明书.

[3]广州数控GSK980T使用说明书.