直流穩(wěn)壓電源電路基于AT89C51的設(shè)計(jì)方案研究與探索

摘 要:本系統(tǒng)穩(wěn)壓電源部分采用電壓調(diào)整器μA723外加調(diào)整管2SC3280實(shí)現(xiàn)此功能，再通過單片機(jī)AT89C51來起控制電路，實(shí)現(xiàn)了擴(kuò)充多種功能。穩(wěn)流部分采用了三端穩(wěn)壓調(diào)整器LM317T實(shí)現(xiàn)。DC-DC變換器采用了兩片PFM控制芯片MAX770來實(shí)現(xiàn)，使輸出電壓提高到+100V，輸出電流最大可以達(dá)到100mA。電壓調(diào)整，負(fù)載調(diào)整率及紋波電壓均優(yōu)于指標(biāo)要求?？梢哉f本系統(tǒng)比其它同類產(chǎn)品要好的多。此研究可供工程技術(shù)人員、電子愛好者參考使用。

關(guān)鍵詞:AT89C51直流穩(wěn)壓電源電路設(shè)計(jì)

中圖分類號:TM44文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1674-098X(2011)06(a)-0058-01

1 幾種常見方案論證與比較

1.1 穩(wěn)壓電源部分

方案一:簡單的并聯(lián)型穩(wěn)壓電源;并聯(lián)型穩(wěn)壓電源的調(diào)整元件與負(fù)載并聯(lián)，因而具有極低的輸出電阻，動態(tài)特性好，電路簡單，并具有自動保護(hù)功能;負(fù)載短路時調(diào)整管截止，可靠性高，但效率低，尤其是在小電流時調(diào)整管需承受很大的電流，損耗過大，因而不能采用此方案。方案二:輸出可調(diào)的開關(guān)電源;開關(guān)電源的功能元件工作在開關(guān)狀態(tài)，因而效率高，輸出功率大;且容易實(shí)現(xiàn)短路保護(hù)與過流保護(hù)，但是電路比較復(fù)雜，設(shè)計(jì)繁瑣，在低輸出電壓時開關(guān)頻率低，紋波大，穩(wěn)定度極差，因而也不能采用此方案。

方案二:由μA723組成的零伏起調(diào)電源;μA723內(nèi)部設(shè)有高精度基準(zhǔn)電壓源和高增益的放大器，外圍電路比較簡單，電壓穩(wěn)定度也比較高，其典型電壓調(diào)整率為0.01%，負(fù)載調(diào)整率為0.03%，且熱穩(wěn)定性好，輸出噪聲也很小，還內(nèi)設(shè)有過電流控制電路，使用安全可靠，具有較高的性價比，為首選方案。

1.2 穩(wěn)流電源部分

方案一:采用7805三端穩(wěn)壓器電源;固定式三端穩(wěn)壓電源(7805)是由輸出腳Vo，輸入腳Vi和接地腳GND組成，它的穩(wěn)壓值為+5V，它屬于CW78xx系列的穩(wěn)壓器，輸入端接電容可以進(jìn)一步的濾波，輸出端也要接電容可以改善負(fù)載的瞬間影響，此電路的穩(wěn)定性也比較好，只是采用的電容必須要漏電流要小的鉭電容，如果采用電解電容，則電容量要比其他的數(shù)值要增加10倍，但是它不可以調(diào)整輸出的直流電源;所以此方案不易采用。

方案二:采用LM317可調(diào)式三端穩(wěn)壓器電源;LM317可調(diào)式三端穩(wěn)壓器電源能夠連續(xù)輸出可調(diào)的直流電壓。不過它只能連續(xù)可調(diào)的正電壓，穩(wěn)壓器內(nèi)部含有過流，過熱保護(hù)電路;由一個電阻(R)和一個可變電位器(RP)組成電壓輸出調(diào)節(jié)電路，輸出電壓為:Vo=1.25(1+RP/R)。

由此可見此穩(wěn)壓器的性能和穩(wěn)壓穩(wěn)定都比上一個三端穩(wěn)壓電源要好，所以此此方案可選，此電源就選用了LM317三端穩(wěn)壓電源，也就是方案二。

1.3 DC-DC變換部分

綜合考慮效率，輸出功率，輸入輸出電壓，負(fù)載調(diào)整率，紋波系數(shù)，采用充電泵型變換器，該類電源以電容代替電感作貯能元件，為一個或多個電容供電。該類電源的最大特點(diǎn)是元件易得，體積小，電路比較簡單，無電感;但由于對充電泵的要求嚴(yán)格，不適合于工作在大負(fù)載條件下，因而在大多數(shù)電源中沒有被廣泛使用。

2 電路原理及各部的分離電路

(1) 穩(wěn)壓電路部分:采用精密電壓調(diào)整器μA723，外加大功率調(diào)整管以提供大電流輸出。本設(shè)計(jì)還通過單片來實(shí)現(xiàn)了短路過流保護(hù)，過熱保護(hù)。溫度開關(guān)KT一端通過一個上拉電阻接正電源，另一端接地，當(dāng)溫度過高時開關(guān)斷開，產(chǎn)生一個零電平跳變送給單片來進(jìn)行處理。過流檢測和短路保護(hù)原理采用單片機(jī)MCS-51(89C51)對輸出電流進(jìn)行周期性的檢測，可以方便地實(shí)現(xiàn)短路保護(hù)及短路故障排除后自恢復(fù)的所有功能.過流或短路時，檢測電路向單片P1口發(fā)出報警信號，單片證實(shí)后啟動它的保護(hù)電路，經(jīng)過短時間延時后繼續(xù)查詢P1口上的內(nèi)容，如無報警信號，則電路又恢復(fù)到正常狀態(tài)。過熱保護(hù)，發(fā)聲報警等功能也直接由單片機(jī)(89C51)來實(shí)現(xiàn)控制。

(2)穩(wěn)流電源部分:LM317是三端可調(diào)式正電壓調(diào)整器，正常工作時在其調(diào)整端與輸出端之間有一個高穩(wěn)定度的1.25V電壓，利用該電壓即可以獲得可調(diào)的電流輸出。實(shí)際中，LM317輸出端與電位器之間串接了一個10Ω/1W的電阻，使最大電流限制在125mA左右，以免發(fā)生過流現(xiàn)象。

(3)DC-DC變換部分:DC-DC變換器的核心部件是兩片升壓開關(guān)調(diào)節(jié)器MAX770，MAX770結(jié)合了PFM低的吸取電流和PWM大功率應(yīng)用下效率高的特點(diǎn)，能比以往的PWM器件提供更大的電流。

用MAX770制成的升壓器如下圖所示;由于MAX770對VMOS管的驅(qū)動能力有限，使用了一片MAX770很難實(shí)現(xiàn)本電路的性能指標(biāo)，因此本電路采用了兩級MAX770。

3 測試方法與調(diào)試過程

略。

4 電路的結(jié)果分析

4.1 穩(wěn)壓電路部分

(1)最大輸出電流:它由μA723的3腳所接電阻R9決定，計(jì)算公式為:Imax=0.6/R9，由于本電路中R9為0.33Ω，因此Imax限制為2A左右。(2)輸出電壓的可調(diào)范圍:由于本電路中uA723的7腳接-2V，因此可以實(shí)現(xiàn)從零伏起調(diào)，這也是本電路的特色之一，本電路實(shí)現(xiàn)了0～20V可調(diào)，超過指標(biāo)要求;(3)電壓和負(fù)載調(diào)整率及紋波電壓:優(yōu)于指標(biāo)要求，這是由μA723特性與方案設(shè)計(jì)思路決定的。(4)效率的測試:輸出為9V，而輸入為17V左右，因此有一部分功率被調(diào)整管吸收，從而導(dǎo)致了效率并不是很高。

4.2 穩(wěn)流電路部分

(1)Rmin=10Ω，Rmax=1010Ω;I’min=1.25/1010≈1.24mA>Imin;受輸入電壓+12V與LM317內(nèi)部壓降約為1.7V的影響，可能的最大電流為:I’max=(12-1.7)/220≈46.82mA >?Imax;Imin>I’min是由于LM317在小電流負(fù)載下穩(wěn)壓性能變差造成的，Imax

4.3 DC-DC變換電路

由于該變換部分輸入電壓為12V，輸出電壓為100V，升壓比較大，要保證電流輸出能力，多級并聯(lián)式開關(guān)升壓器是一種較好的選擇。在保證第二級滿載輸出時，第一級至少應(yīng)留有80%的裕量，且第一級電壓波動應(yīng)不大于5%。

5 總結(jié)與歸納

此設(shè)計(jì)采用了電壓調(diào)整管(?A723)外加調(diào)整管(2SC3280)來實(shí)現(xiàn)電壓的調(diào)整部分，還通過單片機(jī)(89C51)來實(shí)現(xiàn)電路的控制，也實(shí)現(xiàn)了擴(kuò)充多功能，而穩(wěn)流部分采用了LM317可調(diào)式三端穩(wěn)壓電源管，通過LM317來實(shí)現(xiàn) 了電路中的穩(wěn)流部分，至于電路的最后一部分(DC-DC變換部分)我們是采用兩片升壓開關(guān)調(diào)節(jié)器(MAX770)來實(shí)現(xiàn)了電路中的DC-DC變換部分.本次設(shè)計(jì)在電壓調(diào)整器的電路中，采用了適當(dāng)?shù)穆?lián)接方法，可以實(shí)現(xiàn)電壓”零”伏起調(diào);測試方法與過程也比較充分，同時也實(shí)現(xiàn)了電壓的可調(diào)。(軟件部分有需求者可與作者聯(lián)系)。

參考文獻(xiàn)

[1]萬嘉若，林康運(yùn).電子線路基礎(chǔ)[M].高等教育出版社，1986年.