【正文】 部功耗大，轉(zhuǎn)換效率低，一般只有45％；體積大，重量重，不便于微型化和小型化；必須具有較大的輸入和輸出濾波電容；輸出電壓動(dòng)態(tài)范圍小，線(xiàn)性調(diào)整率低；輸出電壓不能高于輸入電壓 [9]。 1977 年國(guó)外首先研制成脈寬調(diào)制（ PWM）控制器集成電路，美國(guó)摩托羅拉公司、硅通用公司、尤尼德公司等相繼推出一批 PWM 芯片，典型產(chǎn)品有 MC3520,SG3524,芯片。 5．反轉(zhuǎn)式開(kāi)關(guān)電源 反轉(zhuǎn)式開(kāi)關(guān)電源的典型電路如圖 27 所示。當(dāng)開(kāi)關(guān)管 VT1 導(dǎo)通時(shí)，電感Ｌ儲(chǔ)存能量。 控制電路為一脈沖寬度調(diào)制器，它主要由取樣器、比較器、振蕩器、脈寬調(diào)制及基準(zhǔn)電壓等電路構(gòu)成。開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電源直接對(duì)電網(wǎng)電壓進(jìn)行整流、濾波、調(diào)整，然后由開(kāi)關(guān)調(diào)整管進(jìn)行穩(wěn)壓，不需要電源變壓器。 穩(wěn)壓 電源的發(fā)展 隨著電子技術(shù)的高速發(fā)展，電子系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣泛，電子設(shè)備的種類(lèi)也越來(lái)越多，電 子設(shè)備與人們的工作、生活的關(guān)系日益密切。 10％的變化時(shí)在規(guī)定允許范圍內(nèi)），輸出直流電壓也相應(yīng)變化。 （ 2） Boost 電路 — 升壓斬波器，其輸出平均電壓 Uo 大于輸入電壓 Ui，極性相同。開(kāi)關(guān)電源和線(xiàn)性電源相比，二者的成本都隨著輸出功率的增加而增長(zhǎng)，但二者增長(zhǎng)速率各異。目前使用的穩(wěn)壓電源大部分是線(xiàn)性電源，利用分立器件組成，其體積大，效率低，可靠性差，操作使用起來(lái)不方便，自我的保護(hù)功能不夠，因而發(fā)生故障的幾率高。DC/DC 變換類(lèi)型是開(kāi)關(guān)電源變換的基本類(lèi)型，它通過(guò)控制開(kāi)關(guān)通、斷時(shí)間的比例，用電抗器與電容器上蓄積的能量對(duì)開(kāi)關(guān)波形進(jìn)行微分平滑處理，從而更有效地調(diào)整脈沖的寬帶及頻率。 4 （ 3）效率穩(wěn)壓電源本身就是個(gè)變換器，在能量轉(zhuǎn)換時(shí)有能量損耗，這就存在轉(zhuǎn)換效率問(wèn)題。 由式（ 14） 可知， So越小說(shuō)明紋波干擾越小。以功率晶體管（ GTR）為例，當(dāng)開(kāi)關(guān)管飽和導(dǎo)通時(shí)，集電極和發(fā)射極兩端的壓降接近零；當(dāng)開(kāi)關(guān)管截止時(shí)，其集電極電流為零。 5V 177。電路輸出直流電壓的高低由加在 VT1 基極上的脈沖寬度確定 [6]。電路使用兩個(gè)開(kāi)關(guān)管 VT1 和 VT2，兩個(gè)開(kāi)關(guān)管在外激勵(lì)方波信號(hào)的控制下交替的導(dǎo)通與截止，在變壓器Ｔ次級(jí)統(tǒng)組得到方波電壓，經(jīng)整流濾波變?yōu)樗枰闹?流電壓 。最常用的用途應(yīng)該是屬于訊號(hào)放大這一方面，其次是 阻抗匹配 、訊號(hào)轉(zhuǎn)換等，晶體管在電路中是個(gè)很重要的組 件，許多精密的組件主要都是由晶體管制成的。這類(lèi)芯片很多，如東芝公司的八位單片機(jī) TMP88CK49/CM49,Motorola 公司的八位單片機(jī) MC68HC708MP16,Intel 公司的 16 位微處理器 8XC196MC。電容是一個(gè)能儲(chǔ)存電荷的元件。 振蕩器的振蕩頻率由引腳 8 和引腳 4之間的電阻器 R402，引腳 4到地的電容器 C404來(lái)決定。假如由于某種原因使輸出電壓升高時(shí)，脈寬調(diào)制器就會(huì)改變驅(qū)動(dòng)信號(hào)的脈沖寬度，亦即占空比 D，使斬波后的平均值電壓下降，從而達(dá)到穩(wěn)壓目的 ，反之亦然。二級(jí)管 D20 D202 的額定電 22 流值應(yīng)大于負(fù)載電流的 倍，考慮到負(fù)載短路的情況，二級(jí)管的額定電流值應(yīng)大于 LM2576 的最大電流限制，二極管反向電壓應(yīng)大于最大輸入電壓 倍，所以此處選用 SB540。 一177。ILECSWR1WR2XFERLE1 LE2Iout1Iout2VrefRfbAGNDDGNDVCC 圖 38 DAC0832 原理框圖 當(dāng) WR2 和 XFER 同時(shí)有效時(shí)， 8 位 DAC 寄存器端為高電平“ 1”，此時(shí) DAC寄存器的輸出端 Q 跟隨輸入端 D 也就是輸入寄存器 Q 端的電平變化；反之，當(dāng)端為低電平“ 0”時(shí)，第一級(jí) 8 位輸入寄存器 Q 端的狀態(tài)則鎖存到第二級(jí) 8 位DAC 寄存器中，以便第三級(jí) 8 位 DAC 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行 D/A 轉(zhuǎn)換 [9]。 1. 雙積分 A/D 轉(zhuǎn)換器工 作原理 雙積分 A/D 轉(zhuǎn)換器采用間接測(cè)量的方法，它將被測(cè)電壓轉(zhuǎn)換成時(shí)間常數(shù) T，雙積分 A/D 轉(zhuǎn)換器由電子開(kāi)關(guān)，積分器，比較器，計(jì)數(shù)器和控制邏輯等部分組成 [14]。體積小、能耗低也是 CRT 顯示器無(wú)法比擬的，一般一臺(tái) 15寸 LCD 顯示器的耗電量也就相當(dāng)于 17 寸純平 CRT 顯示器的三分之一。這樣，一個(gè)端口（如 P1 口）就可以構(gòu)成 4*4=16 個(gè)按鍵，比之直接將端口線(xiàn)用于鍵盤(pán)多出了一倍，而且線(xiàn)數(shù)越多，區(qū)智能穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì) 33 別越明顯，比如再多加一條線(xiàn)就可以構(gòu)成 20 鍵的鍵盤(pán)，而直接用端口線(xiàn)則只能多出一鍵（ 9 鍵）。 suo_c=1。鍵盤(pán)按鍵所用開(kāi)關(guān)為機(jī)械彈性開(kāi)關(guān)，利用了機(jī)械觸點(diǎn)的合、斷作用。和 CRT 顯示器 相比， LCD 的優(yōu)點(diǎn)是很明顯的。 AT89C51 引腳圖如圖 310所示 : 28 T 2/ P 1T 2 E X / P 2P 1. 23P 1. 34P 1. 45M O S I / P 6M IS O / P 1 .67S C K / P 8R S T9R X D / P 3. 010T X D / P 3. 111I N T 0/ P 3 .212I N T 1/ P 3 .313T 0/ P 14T 1/ P 15W R / P 16R D / P 17X T A L 218X T A L 119G N D20P 2. 021P 2. 122P 2. 223P 2. 324P 2. 425P 2. 526P 2. 627P 2. 728P S E N29A L E / P R O G30E A / V P P31P 0. 732P 0. 633P 0. 534P 0. 435P 0. 336P 0. 237P 0. 138P 0. 039V C C40UA T 89C 51 圖 310 AT89C51 引腳圖 AT89C51 主要性能參數(shù)： ? 與 MCS51 兼容 ? 4K 字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器 ? 壽命： 1000 寫(xiě) /擦循環(huán) ? 數(shù)據(jù)保留時(shí)間： 10 年 ? 全靜態(tài)工作： 0Hz24MHz ? 三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定 ? 1288 位內(nèi)部 RAM ? 32 可編程 I/O 線(xiàn) ? 兩個(gè) 16 位 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 ? 5 個(gè)中斷源 ? 可編程串行通道 ? 片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 智能穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì) 29 鎖存器 74LS573 原理： 74LS573 的八個(gè)鎖存器都是透明的 D 型鎖存器，當(dāng)使能（ G）為高時(shí)，Q 輸出將隨數(shù)據(jù)（ D）輸入而變。 DAC0832 的原理框圖如圖 38 所示。它的使用范圍包括傳感放大器、直流增益 模組 ,音頻放大器、工業(yè)控制、 DC增益部件和其他所可用單電源供電的使用運(yùn)算放大器的 場(chǎng)合 [12]。該電路是通過(guò) PWM 控制電路產(chǎn)生的 18V/+18V 傳送給兩片 LM2576 開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓集成電路從而達(dá)到穩(wěn)壓的目的，輸出兩組穩(wěn)定電壓。以上兩種關(guān)斷輸出的方法都是使電流測(cè)定比較器輸出高電平， PWM 鎖存器復(fù)位，關(guān)斷輸出端直到下一個(gè)周期的時(shí)鐘脈沖將 PWM 鎖存器重新置位。 當(dāng)開(kāi)關(guān)管 V 出現(xiàn)過(guò)電流時(shí)，電阻 R404上測(cè)得的過(guò)電流信號(hào)， 輸送到電流測(cè)定比較器的同相輸入端，只要 R404的電壓達(dá)到 1V，電流測(cè)定比較器動(dòng)作，通過(guò) PWM鎖存器使開(kāi)關(guān)管關(guān)斷，實(shí)現(xiàn)過(guò)流保護(hù)功能。由于本系統(tǒng) DA 變換電路用的是電流型 DA 芯片 ,所以需要經(jīng)過(guò) LM358 進(jìn)行 IV變換。該方案只須采用單個(gè)芯片，功能強(qiáng)、靈活、易于保密，但所有的 PWM 信號(hào)的產(chǎn)生均需占用 CPU 大量的工作時(shí) 間，軟件開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)，通用性差，不利于產(chǎn)品的更新?lián)Q代。輸入級(jí)和輸出級(jí)都采用晶體管的邏輯電路，叫做晶體管 晶體管邏輯電路，書(shū)刊和實(shí)用中都簡(jiǎn)稱(chēng)為 TTL 電路，它屬于 半導(dǎo)體集成電路 的一 種，其中用得最普遍的是 TTL與非門(mén)。這里就像單端反激式開(kāi)關(guān)電源 那樣，由變壓器Ｔ的次級(jí)繞組向負(fù)載輸出所需要的電壓。可由公式計(jì)算 ， 即Uo=UmT1/T 式中 Um 為矩形脈沖最大電壓值； T為矩形脈沖周期； T1 為矩形脈沖寬度 。另外開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展與應(yīng)用在節(jié)約資源及保護(hù)環(huán)境方面都具有深遠(yuǎn)的意義。 另外，由于調(diào)整管上消耗較大的功率，所以需要采用大功率調(diào) 整管并裝有體積很大的散熱器，很難滿(mǎn)足現(xiàn)代電子設(shè)備發(fā)展的要求。內(nèi)阻正是表征電源對(duì)負(fù)載電流變化的抑制能力。 AC/DC 變換按電路的接線(xiàn)方式可分為，半波電路、全波電路。比如，一只電阻和一只穩(wěn)壓二極管即可構(gòu)成參數(shù)穩(wěn)壓 器。智能穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì) I 智能穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)摘 要 本設(shè)計(jì)的 開(kāi)關(guān)電源由脈沖寬度調(diào)制 器 （ PWM）和 雙極型三極管 構(gòu)成 ， 介紹了基于 AT89C51 單片機(jī)的數(shù)字化控制的可調(diào)開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源， 系統(tǒng)以 UC384 LM2576為核心，其中固定輸出部分分別為177。參數(shù)穩(wěn)壓電源電路簡(jiǎn)單，主要是利用元件的非線(xiàn)性實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓。 AC/DC變換器輸入為 50/60Hz 的交流電，因必須經(jīng) 整流、濾波，因此體積相對(duì)較大的濾波電容器是必不可少的，同時(shí)因遇到安全標(biāo)準(zhǔn)（如 UL、 CCEE 等）及 EMC 指令的限制（如 IEC、 FCC、 CSA），交流輸入側(cè)必須加 EMC 濾波及使用符合安全標(biāo)準(zhǔn)的元件，這樣就限制 AC/DC 電源體積的小型化，另外，由于內(nèi)部的高頻、高壓、大電流開(kāi)關(guān)動(dòng)作，使得解決 EMC 電磁兼容問(wèn)題難度加大，也就對(duì)內(nèi)部高密度安裝電路設(shè)計(jì)提出了很高的要求，由于同樣的原因，高電壓、大電流開(kāi)關(guān)使得電源工作消耗增大，限制了 AC/DC 變換器模塊化的進(jìn)程，因此必須采用電源系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法才能使其工作效率達(dá)到一定的滿(mǎn)意 程度。 (2)內(nèi)阻（ rn） ： 當(dāng)負(fù)載電流變化時(shí)，電源的輸出電壓也會(huì)發(fā)生變化，變化數(shù)值越小越好。由于調(diào)整管工作在線(xiàn)性放大狀態(tài)，為了保證輸出電壓穩(wěn)定，其集電極與發(fā)射極之間必須承 受較大的電壓差，導(dǎo)致調(diào)整管功耗 較大，電源效率很低，一般只有 45％ 左右 [4]。 智能穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì) 7 開(kāi)關(guān)電源的高頻化是電源技術(shù)發(fā)展的創(chuàng)新技術(shù)，高頻化帶來(lái)的效益是使開(kāi)關(guān)電源裝置空前地小型化，并使開(kāi)關(guān)電源進(jìn)入更廣泛的領(lǐng)域，特別是在高新技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用，推動(dòng)了高新技術(shù)產(chǎn)品的小型化、輕便化。直流平均電壓Ｕ。在 VT1 截止時(shí)，智能穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì) 11 L2 中沒(méi)有感應(yīng)電壓，直流供電輸人電壓又經(jīng) R1 給 C1 反向充電，逐漸提高 VT1基極電位，使其重新導(dǎo)通，再次翻轉(zhuǎn)達(dá)到飽和狀態(tài)，電路就這樣重復(fù)振蕩下去。它對(duì)電信號(hào)有放大和開(kāi)關(guān)等作用， 應(yīng)用十分廣泛。 與微處理技術(shù) 典型 PWM 調(diào)速控制芯片特點(diǎn)隨著微處理器技術(shù)的發(fā)展，其與 PWM 技術(shù)相結(jié)合，形成了各類(lèi)特色的控制方案，主要可分為以下幾類(lèi) ： (1)采用單一的通用微處理器 (單片機(jī) )來(lái)產(chǎn)生 SPWM。將此電壓加在 LM2576可調(diào)端便可實(shí)現(xiàn)可調(diào)輸出。同樣，負(fù)載的變化帶來(lái)電感電流的變化，誤差放大器也起到改善負(fù)載調(diào)整率的作用 [5]?；蛘邔⒁_ 1 上的電壓降到 1V 以下，實(shí)現(xiàn)輸出關(guān)斷。 智能穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì) 21 穩(wěn)壓輸出電路 穩(wěn)壓輸出電路設(shè)計(jì) 根據(jù)論文要求需要得到兩組固定輸出分別為 15V/+15V 和 5V/+5V，由于兩組輸出原理完全相同，在這里只介紹 15V/+15V。 運(yùn)算放大器 LM358 LM358 內(nèi)部包括有兩個(gè)獨(dú)立的、高增益、內(nèi)部頻率補(bǔ)償?shù)碾p運(yùn)算放大器， 適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用，也適用于雙電源工作模式，在推薦的工作條件下，電源電流與電源電壓無(wú)關(guān)。 直流穩(wěn)壓電源的數(shù)模轉(zhuǎn)換采用通用芯片 DAC0832。由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中， ATMEL 的 AT89C51 是一種高效微控制器， AT8920C51 是他的精簡(jiǎn)版，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案此外， AT89C51有PDIP、 PQFP/TQFP 及 PLCC 等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。其數(shù)據(jù)口與 MCU 的 P0 口連接，控制口 RS 和LCDEN 分別接 MCU 的 、 口， 圖 312 LCD 液晶顯示電路圖 液晶顯示器 (LCD)英文全稱(chēng)為 Liquid Crystal Display，它一種是采用了液晶控制透光度技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)色彩的顯示器。它主要有 :獨(dú)立式按鍵結(jié)構(gòu)、矩陣式按鍵結(jié)構(gòu)。 vout=0xff。由此可見(jiàn)，在需要的鍵數(shù)比較多時(shí)，采用矩陣法來(lái)做鍵盤(pán)是合理的。 目前相 比 CRT 顯示器， LCD 顯示器圖像質(zhì)量仍不夠完善。 所謂雙積分就是進(jìn)行一次 A/D 轉(zhuǎn)換需要兩次積分。 一般情況下為了簡(jiǎn)化接口電路，使第二級(jí) 8 位 DAC 寄存器的輸入端到輸出端直通，只有第一級(jí) 8 位輸入寄存器置成可選通、可鎖存的單緩沖輸入方式。 15V)。 本設(shè)計(jì)的穩(wěn)壓輸出電路選用的是 LM2576 實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓輸出 ，由 LM2576 特性可知，LM2576 有 、 5V、 12V、 15V 四種固定輸出可選擇，輸出電流為 3A，因此可直接滿(mǎn)足論文輸出電壓和輸出電流指標(biāo)；紋波系數(shù)大小主要是由輸出電容 C20C204 和 LM2576 決定，輸出電容越