基于單片機的數字電源設計方式研究

摘 要：單片機作為數字電源的重要組成部件，對數字電源的使用功能和控制質量具有非常重要的意義和作用。本文在研究中主要以數字電源設計為核心，探究基于單片機的數字電源設計方式，為相關研究人員提供一定的幫助。

關鍵詞：單片機；數字電源；設計方式；研究

數字電源在實際使用中主要通過數字技術實現對電源保護、控制以及通信的一種新型電源技術，并具有良好的響應特性與數字環路控制特性，其靈活性和適應性使得數字電源具有運行監控能力，可以滿足用戶的電源需求。基于單片機的數字電源在原有數字電源的基礎上，提高了數字電源的綜合性能，并為數字電源提供較大的分辨率，提高數字電源的集成度，進而實現數字電源瞬間響應，強化數字電源的靈活性，進而為用戶帶來更高的使用體驗。對此，在這樣的環境背景下，探究基于單片機的數字電源設計方式具有非常重要的現實意義。

一、主回路設計

基于單片機的數字電源主回路主要以Boost變換器為核心，又叫做升壓變換器，屬于三端開關型穩壓器，其線路包括開關管、電容以及電感，在實際應用中具有升壓、穩壓的功能。Boost變換器結構簡單，實際操作流程少，無需采取隔離措施，升壓比一般不會高于5，屬于小功率電路。但是在實際設計中，由于這些特點，使得Boost變換器在實際使用中會出現輸出電壓波紋過大的問題，對此，相關設計人員要做好相應措施，抑制Boost變換器輸出電壓波紋，以保證主回路設計的合理性和科學性。單片機主控制器為AT89S52，利用預設鍵盤掃描程序，在啟動鍵盤時單片機會將數據從串口傳輸到數碼管驅動芯片，并將PO口傳送到DAC0832，以實現數字電源基本操作，其整體結構為圖1所示。結合數字電源設計要求，本文主要提出兩種控制方案，一是MCU與模擬PWM組合而成的控制芯片方案，二是單有PWM控制的電源設計方。PWM控制芯片可以有效提高數字電源，提高數字電源的集成度與靈活度，但這種方式成本相對較高。對此，兩個方案綜合考慮下，應選擇第一種模擬技術PWM與MCU控制方式，在保證數字電源精度與分辨率的基礎上，提高數字控制功能。

二、數碼顯示電路

數碼顯示電路包括2個數碼管、2個74LS164，數碼管要選擇具備小數點的LED數碼管，按照電壓輸出容量與范圍要求，這2個數碼管要分別顯示出輸出電路個人和小數點位，設計14個驅動線控制數碼管。在實際設計中，為了減少CPU口線，設計人員可以將RXD與TXD利用74LS164實現串并轉換，其中74LS164包含寄存器，可以在脈沖上升的情況下，將串行數據保存在輸出端，當輸出端電路達到低電位時，對應字段就會被點亮，實現數碼顯示功能。

三、硬件電路設計

在單片機控制電路方面，單片機中包含2個并行口，在設計中可以代替數據輸出口、時鐘控制信號，由P2控制S2、S3、S4等按鍵，對應P2、1、P2、2與P2、3進行控制。S2表示“0、1v”，提高電壓值；S3表示“-0、1v”，降低電壓值。在數模轉換電路中，其結構主要包括單片機、數模轉換器、UA741運放器等部件，其中數模轉換器作為一種8位轉換器，在實際使用中其內部具備輸入寄存器與DAC寄存器，可以提高數據轉換效率，結合數模轉換時間設置。對此，設計人員要選擇單緩沖寄存模式，將芯片CS接口連接P2、7口，同時XFER要與WR2連接，保證系統處于有效運行狀態，通過系統軟件對P2、7端口進行控制，保證PO端口數據成功傳輸到數模轉換器中。

四、參數設計

在基于單片機的數字電源系統中，控制電路選用UC3843芯片進行開關管控制，作為8腳電流控制器，其參數設計如下：結合電容充放電情況，以時鐘信號為輔助控制，充電時控制電路內部時鐘要保持低電平，其中RT、CT是決定內部時鐘頻率與占比的關鍵因素，關系式為：tC=0、55RTCT；tD=RTCTln（0、0063RT-2、7/0、0063RT-4），由此得出開關頻率為50千赫茲，RT、CT數值為3、4、7。對于變壓器而言，變壓器的核心任務就是傳輸功率，為電源及時傳輸能量，同時還要通過調整初級和次級匝數比得到輸出電壓，實現變壓器的安全隔離。輸出功率要使用EI33磁芯，其有效截面積為126、2mm2。為了防止鐵芯飽和，按照鐵損、銅損統一原則，其磁感應強度控制在100mT左右，最小匝數為12。

五、結語

本文通過對基于單片機數字電源設計方式的研究，從主回路設計、數碼顯示器、硬件電路設計以及參數設計等方面入手，不斷提高數字電源的使用性能，進而實現基于單片機數字電源的高效運行，促進單片機在數字電源設計中的應用。

參考文獻：

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[2]劉玉斌. 基于單片機的數字控制電源系統設計[J]. 信息系統工程，2014，11：31-32.

作者簡介：蔡懷果（1993-4），男，福建省福鼎市 ，漢，學歷：在讀本科生，單位：福建省武夷學院機電工程學院，研究方向：電子信息工程。