引言

直流穩(wěn)壓電源是一種常見的電子儀器，其廣泛應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)和科學(xué)研究等領(lǐng)域。目前使用的直流穩(wěn)壓電源大部分存在諸多缺點(diǎn)，如輸出不可調(diào)、電壓不穩(wěn)定等等，因而導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果不精確。以SG3525控制芯片和單片機(jī)為核心設(shè)計(jì)制造的智能穩(wěn)壓開關(guān)電源，電路簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，性能卓越。因其利用單片機(jī)設(shè)置周密的保護(hù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，確保了電源運(yùn)行可靠，所以具有較高的使用價(jià)值。

1、調(diào)節(jié)原理及控制方案

圖1 3525傳統(tǒng)控制框圖

采用SG3525控制的開關(guān)電源傳統(tǒng)控制方案如圖1所示。3525通過檢測(cè)輸出電壓，與給定基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，從而自身調(diào)節(jié)輸出的脈沖波形占空比，控制主電路開關(guān)管的關(guān)斷以達(dá)到穩(wěn)定輸出的目的。3525傳統(tǒng)的控制方式突出的缺點(diǎn)在于基準(zhǔn)電壓是恒定的，所示輸出也是恒定的。這點(diǎn)對(duì)于專用電源沒有什么問題，但對(duì)于像學(xué)校實(shí)驗(yàn)室等場(chǎng)所，需要的電源并不是專門用于某一個(gè)設(shè)備的，其電壓大小根據(jù)設(shè)備的變化而變化，這樣就需要對(duì)原有的控制方式進(jìn)行修改。

圖2 修改過的3525控制框圖

修改后的框圖如圖2所示。電源的輸出大小由鍵盤輸入單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)鍵盤輸入給出基準(zhǔn)電壓，使得主電路輸出穩(wěn)定。

2、程控電源部分硬件電路設(shè)計(jì)

如圖3所示為電源的原理框圖。智能穩(wěn)壓電源以開關(guān)電源為基礎(chǔ)電路，高性能C8051F020單片機(jī)為控制核心。電源硬件電路主要由整流濾波電路、Boost電路、PWM控制電路和鍵盤顯示電路等部分組成。在檢測(cè)與控制軟件支持下，通過對(duì)開關(guān)電源輸出電流、電壓進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣，與給定數(shù)據(jù)比較，從而調(diào)整和控制開關(guān)電源的工作狀態(tài)，同時(shí)監(jiān)測(cè)開關(guān)電路的工作溫度和輸出電流大小。整個(gè)系統(tǒng)有如下功能：可預(yù)置輸出電壓值，電壓值有鍵盤設(shè)定和步進(jìn)調(diào)整兩種模式，步進(jìn)值1V;電路電流超限時(shí)，系統(tǒng)能夠自動(dòng)實(shí)現(xiàn)過流保護(hù)功能;具有輸出電壓、電流的測(cè)量和數(shù)字顯示功能。

圖3 程控開關(guān)電源原理框圖

2.1、整流濾波電路

電源變壓器T將交流電網(wǎng)220V的電壓變?yōu)?8V交流電，然后通過整流橋芯片D25SBA8050將交流電壓變成脈動(dòng)的直流電壓，C1、C2對(duì)脈動(dòng)的直流電壓進(jìn)行濾波，濾波后的電壓一方面供給DC-DC變換電路，另一方面經(jīng)三端穩(wěn)壓芯片LM7812給單片機(jī)系統(tǒng)板和其它芯片供電。

2.2、信號(hào)采樣網(wǎng)絡(luò)及處理電路設(shè)計(jì)

電壓信號(hào)的采樣通過檢測(cè)小電阻上的電壓獲得，該采樣電阻上的電壓值應(yīng)該與電路的輸出電壓之間存在一定的比例關(guān)系，本設(shè)計(jì)中該比例為1：20;電流的采樣先是檢測(cè)采樣電阻上的電壓，再經(jīng)過換算而得到。

要得到最終的電壓采樣信號(hào)，需先經(jīng)過運(yùn)放組成的減法電路，然后用電壓跟隨器進(jìn)行隔離;電流采樣電路中，電壓信號(hào)先經(jīng)跟隨器隔離，然后經(jīng)過減法電路處理得到最終值。運(yùn)算放大器選用單電源供電的雙運(yùn)方LM358。最后信號(hào)進(jìn)入C8051F020內(nèi)部的ADC進(jìn)行轉(zhuǎn)換，再通過顯示模塊來顯示電壓、電流數(shù)值。

2.3、PWM控制電路設(shè)計(jì)

PWM器件的種類比較多，功能也各有不同。PWM器件根據(jù)輸出反饋和調(diào)節(jié)脈沖方波的占空比來驅(qū)動(dòng)功率器件、高頻變壓器、整流和濾波等電路，從而得到穩(wěn)定的直流輸出電壓。

SG3525是電壓控制型PWM控制器，所謂電壓控制型脈寬調(diào)制器是按照接反饋電壓來調(diào)節(jié)脈寬的。SG3525為16引腳DIP封裝。如圖4所示為SG3525的外圍電路。

圖4 SG3525的外圍電路

圖4中，R10和R19分別為誤差放大器的反相和同相輸入端的輸入電阻，兩者取值為10K;R13、C14分別為片內(nèi)振蕩器的定時(shí)電阻和定時(shí)電容，電容取98pF，改變R13阻值即可改變頻率;R12為C7的放電電阻;C15為SG3525的軟啟動(dòng)電容;SG3525的9腳和1腳之間串入電阻和電容，構(gòu)成比例積分反饋網(wǎng)絡(luò);考慮到電路的簡(jiǎn)單化，SG3525的Shutdown(引腳10)通過電阻有效接地，使得SG3525始終處于工作狀態(tài)。

3、軟件設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法，軟件主體流程圖如圖5所示。系統(tǒng)首先完成系統(tǒng)硬件和系統(tǒng)變量的初始化(包括檢測(cè)設(shè)定輸出，檢測(cè)初始電壓電流并顯示等)，再由單片機(jī)讀取設(shè)定的輸出值，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，然后送至SG3525控制輸出;另外由單片機(jī)D/A轉(zhuǎn)換處理，最后由單片機(jī)控制顯示接口芯片顯示輸出的電壓值，即為開關(guān)穩(wěn)壓電源的輸出值。

圖5 程序流程框圖

在實(shí)驗(yàn)室中，對(duì)該穩(wěn)壓電源進(jìn)行了測(cè)試。其基本指標(biāo)為：

(1)輸出電壓范圍0～36V;

(2)最大輸出電流1.95A;

(3)電壓調(diào)整率≤2%;

(4)負(fù)載調(diào)整率≤5%;

(5)輸出噪聲紋波電壓峰-峰值≤017V;

(6)具有過流保護(hù)功能。各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)都達(dá)到了較高水平，運(yùn)行情況良好。

4、結(jié)語(yǔ)

本文采用單片機(jī)控制傳統(tǒng)的PWM芯片3525來控制功率管的通斷，以達(dá)到穩(wěn)壓的目的，在傳統(tǒng)的控制方案上做了修改，使得輸出電壓可調(diào)。該電源除具有傳統(tǒng)開關(guān)電源穩(wěn)定性好、效率高、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)外，還可以對(duì)輸出電壓進(jìn)行鍵盤設(shè)定和步進(jìn)調(diào)整，并且有很強(qiáng)的帶負(fù)載能力，可靠性高。