【正文】 1V，電流測(cè)定比較器動(dòng)作，通過(guò) PWM鎖存器使開關(guān)管關(guān)斷，實(shí)現(xiàn)過(guò)流保護(hù)功能。電壓調(diào)整率可達(dá)到 104 量級(jí)。 Vcc的波動(dòng)通過(guò) R413， R409和 R403組成的分壓電路，輸送到 E/A 誤差放大器反相輸入端，調(diào)整輸出脈沖寬度。 PWM 控制電路 PWM 控制電路設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì) PWM 控制電路主要由 UC3842 和一些基本元件組成， 220V 交流電壓經(jīng)過(guò) 上述橋式整流電路 整流， 濾波后輸出 310V 直流電壓，經(jīng)過(guò) UC3842調(diào)整及穩(wěn)壓濾波后 得到一個(gè)穩(wěn)定的 18V/+18V 的工作電壓。在電容量不變時(shí)，要改變兩端電壓就必須改變兩端電荷，而電荷改變的速度，取決于充放電時(shí)間常數(shù)。電容是一個(gè)能儲(chǔ)存電荷的元件。 15V 固定輸出 電壓調(diào)整 可調(diào)輸出 輸出檢測(cè) 單片機(jī) 鍵盤輸入 顯示 可調(diào)輸出部分 智能穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì) 17 32 所示。 整流濾波 電路 整流就是把交流電變成脈動(dòng)的直流電的過(guò)程，整流的基本器件是二極管，利用二極管的單向?qū)щ娦约纯砂呀涣麟娹D(zhuǎn)換成脈動(dòng)的直流電，橋式整流電路如圖220V 輸入 整流濾波 PWM 調(diào)制 過(guò)流保護(hù) 功率推動(dòng)電路 (MOSFET) 開關(guān)變壓器 濾波穩(wěn)壓 177。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。 接著通過(guò)濾波穩(wěn)壓電路分別得到 15V/+15V 和 5V/+5V 兩組固定輸出電壓，可調(diào)輸出電路是通過(guò)鍵盤輸入，經(jīng)過(guò)單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后控制 DA 轉(zhuǎn)換器輸出對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)，因?yàn)?LM2576ADJ 輸出 Vo=（ 1+Vadj） *。 系統(tǒng)工作原理 系統(tǒng)工作原理 : 220V 交流電壓經(jīng)過(guò)整流， 濾波后輸出 310V 直流電壓，通過(guò)在 控制極（可控硅）上加上 PWM 脈沖信號(hào)來(lái)完成 功率極的飽和 和截止，通過(guò)開關(guān)變壓器傳到次級(jí)，再通過(guò)變壓比將電壓降低 為一個(gè) 18V/+18V 的工作電壓 供各個(gè)電路工作。 方案二：采用開關(guān)電源作為主電路，效率高，體積小，能夠處理較高的電源密度，拓?fù)鋵W(xué)結(jié)構(gòu)可用于傳遞單個(gè)或多個(gè)輸出電壓。 智能穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì) 15 第三 章 智能穩(wěn)壓電源的硬件設(shè)計(jì) 穩(wěn)壓電源方案論證 方案一：采用線性電源做為主電路，技術(shù)成熟，性能優(yōu)良、穩(wěn)定設(shè)計(jì)與制造簡(jiǎn)單，輸出紋波電壓低，電磁干擾低。這類芯片很多，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。 (4)采用專用調(diào)速控制芯片。如 Mullard 公司的 HEF4752,無(wú)須微處理器配合，屬于純硬件實(shí)現(xiàn)方法，使用簡(jiǎn)單，省去編寫軟件的麻煩，開發(fā)周期短，但欠靈活性，難以實(shí)現(xiàn)更多的功能。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，軟件開發(fā)周期長(zhǎng)，通用性差，不利于產(chǎn)品的更新?lián)Q代。數(shù)字化的 PWM 控制芯片相對(duì)模擬 PWM 控制芯片 (如 TL494,SG3525,UC3844 等 )，因其抗干擾、抗溫漂等方面的優(yōu)點(diǎn)成為主流產(chǎn)品 [7]。用的比較多的還是 PWM, 近幾年變頻調(diào)速技術(shù)獲得不斷的進(jìn)步和發(fā)展特別是在家用電器行業(yè)方面的應(yīng)用。 90年代以來(lái)，國(guó)外又研制出開關(guān)頻率達(dá) 1MHZ的高速 PWM、 PFM90（脈沖頻率調(diào)制）芯片，典型產(chǎn)品有 UC182 UC1864。 PWM 控制器 控制器發(fā)展 20 多年來(lái)，集成開關(guān)電源沿著集成化方向發(fā)展，首先是對(duì)開關(guān)電源的核心單元控制電路實(shí)現(xiàn)集成化。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。晶體管有三個(gè)極；雙極性晶體管的三個(gè)極，分別由 N 型跟 P 型組成發(fā)射極（ Emitter）、基極 (Base) 和集電極（ Collector）；場(chǎng)效應(yīng)晶體管的三個(gè)極，分別是源極（ Source）、柵極（ Gate）和漏極（ Drain）。半導(dǎo)體三極管是電路中應(yīng)用最廣泛的器件之一，在電路中用“ V”或“ VT”（舊文字符號(hào)為“ Q”、“ GB”等）表示。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，書刊和實(shí)用中都簡(jiǎn)稱為 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。 開關(guān)電源器件 開關(guān)晶體管 開關(guān)晶體管內(nèi)部含有兩個(gè) PN 結(jié) ，外部通常為三個(gè)引出電極的 半導(dǎo)體 器件。 12 圖 27 反轉(zhuǎn)式開關(guān)電源 當(dāng)開關(guān)管 VT1 導(dǎo)通時(shí)，電感 L 儲(chǔ)存能量，二極管 VD1 截止，負(fù)載 RL 靠電容 C 上次的充電電荷供電。這種電路又稱為升降壓式開關(guān)電源。電路的輸出功率較大，一般在 100500Ｗ范圍內(nèi)。電路使用兩個(gè)開關(guān)管 VT1 和 VT2，兩個(gè)開關(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 。 4．推挽式開關(guān)電源 推挽式開關(guān)電源的典型電路如圖 26 所示。電路中由于負(fù)載位于變壓器的次級(jí)且工作在反激狀態(tài)，具有輸人和輸出相互隔離的優(yōu)點(diǎn)。這里就像單端反激式開關(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。與此同時(shí)，感應(yīng)電壓給 C1 充電，隨著 C1 充電電壓的增高， VT1 基極電位逐漸變低，致使 VT1 退出飽和區(qū)， Ic 開始減小，在 L2 中感應(yīng)出使 VT1 基極為負(fù)、發(fā)射極為正的電壓，使 VT1 迅速截止，這時(shí)二極管 VD1 導(dǎo)通，高頻變壓器Ｔ初級(jí)繞組中的儲(chǔ)能釋放給負(fù)載。這是一種利用間歇振蕩電路組成的開關(guān)電源，也是目前廣泛使用的基本電源之一。當(dāng)開關(guān)管 VT1 截止時(shí)，電感Ｌ感應(yīng)出左負(fù)右正的電壓，該電壓疊加在輸人電壓上，經(jīng)二極管 VD1 向負(fù)載供電，使輸出電壓大于輸人電壓，形成升壓式開關(guān)電源。 2．升壓 （并聯(lián)） 式開關(guān)電源 升壓式開關(guān)電源的穩(wěn)壓電路如 圖 24 所示。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]。當(dāng)開關(guān)管 VT1 導(dǎo)通時(shí)，二極管VD1 截止，輸人的整流電壓經(jīng) VT1 和 L 向 Ｃ 充電，這一電流使電感Ｌ中的儲(chǔ)能增加。這樣，只要我們?cè)O(shè)法使脈沖寬度隨穩(wěn)壓電源輸出電壓的增高而變窄，就可以達(dá)到穩(wěn)定電壓的目的?？捎晒接?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 。 智能穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì) 9 圖 22 調(diào)寬式開關(guān)穩(wěn)壓電源的基本原理 對(duì)于單極性矩形脈沖來(lái)說(shuō)，其直流平均電壓 Uo 取決于矩形脈沖的寬度，脈沖越寬，其直流平均電壓值就越高。開關(guān)式穩(wěn)壓電源的基本電路框圖如圖 21 所示 ： 圖 21 開關(guān)電源基本電路框圖 開關(guān)式穩(wěn)壓電源接控制方式分為調(diào)寬式和調(diào)頻式兩種，在實(shí)際的應(yīng)用中，調(diào)寬式使用得較多，在目前開發(fā)和使用的開關(guān)電源集成電路中，絕大多數(shù)也為脈寬調(diào)制型。這部分電路目前已集成化，制成了各種開關(guān)電源用集成電路。 開關(guān)電源的調(diào)整管工作在飽和和截止區(qū)。 5V 177。它可以極大地提高開關(guān)速度，理論上開關(guān)損耗為零，噪聲也很小，這是提高開關(guān)電源工作頻率的一種方式。為提高開關(guān)頻率，必須采用高速開關(guān)器件。另外開關(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。10％，而開關(guān)型穩(wěn)壓電源在電網(wǎng)電壓在 110－ 260 伏范圍內(nèi)變化時(shí)，都可獲得穩(wěn)定的輸出電壓。 另 外，由于功耗小，機(jī)內(nèi)溫升低，提高了整機(jī)的穩(wěn)定性和可靠性。此外，開關(guān)工作頻率為幾十千赫，濾波電容器、電感器數(shù)值較小。而功耗小，散熱器也隨之減小。以功率晶體管（ GTR）為例，當(dāng)開關(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)開關(guān)管截止時(shí)，其集電極電流為零。 20 世紀(jì) 90 年代，開關(guān)電源在電子、電器設(shè)備 、家電領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，開關(guān)電源技術(shù)進(jìn)入快速發(fā)展期。在近半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展過(guò)程中，開關(guān)電源因具有體積小、重量輕、效率高、發(fā)熱量低、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)而逐漸取 代傳統(tǒng)技術(shù)制造的連續(xù)工作電源，并廣泛應(yīng)用于電子整機(jī)與設(shè)備中。 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，很難滿足現(xiàn)代電子設(shè)備發(fā)展的要求。但其通常都需要體積大且笨重的工頻變壓器與體積和重量都很大的濾波器。 傳統(tǒng)的晶體管串聯(lián)調(diào)整穩(wěn)壓電源是連續(xù)控制的線性穩(wěn)壓電源。任何電子設(shè)備都 6 離不開可靠的電源，它們對(duì)電源的要求也越來(lái)越高。在輸入電壓Ui和輸出電流 Io 不變的情況下，由于環(huán)境溫度 T變化引起輸出電壓 Uo 的漂移量△ Uo，稱為溫度系數(shù) ST，即 00??????? IUTOiUS OT （ 15） 越小，說(shuō)明電源輸出電壓隨溫度變化而產(chǎn)生的漂移量越小，電源工作就越穩(wěn)定。 由式（ 14） 可知， So越小說(shuō)明紋波干擾越小。如果紋波電壓太大，對(duì)音響設(shè)備可能產(chǎn)生雜音，對(duì)電視就可能產(chǎn)生圖像扭動(dòng)、滾動(dòng)干擾等。 （ 3）電流調(diào)整率（ SI） 電流調(diào)整率是指輸入電壓 Ui 恒定的情況下，負(fù)載電流 IL從零變到最大時(shí)，輸出電壓 UO的相對(duì)變化量的百分?jǐn)?shù)，即 智能穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì) 5 0001 0 0?????U iUUSOOI （ 13） 從（ 13） 可以看出， SI越小，說(shuō)明電流的調(diào)整率越好。內(nèi)阻正是表征電源對(duì)負(fù)載電流變化的抑制能力。 0001 0 0????? I iUUSOOU (11) 式 (11)中 Su值越小，表示穩(wěn)壓性能越好。 表征電源對(duì)市電電網(wǎng)變化的控制能力也用電壓調(diào)整率 Su 表示。而穩(wěn)壓電源就應(yīng)盡量減小這種變化。 技術(shù)指標(biāo) 電壓調(diào)整率（ Su） ： 當(dāng)市電電網(wǎng)變化時(shí)（177。 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。 特性指標(biāo) （ 1）最大輸出電流 ： 它主要取決于主調(diào)整管的最大允許消散功率和最大允許工作電流。按電路工作象限又可分為一象限、二象限、三象限、四象限。 AC/DC 變換按電路的接線方式可分為，半波電路、全波電路。 AC/DC 變換是將交流變換為直流，其功率流向可以是雙向的，功率流由電源流向負(fù)載的稱為 “ 整流 ” ，功率流由負(fù)載返回電源的稱為 “ 有源逆變 ” 。 智能穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì) 3 當(dāng)今軟開關(guān)技術(shù)使得 DC/DC 發(fā)生了質(zhì)的飛躍，美國(guó) VICOR 公司設(shè)計(jì)制造的多種 ECI 軟開關(guān) DC/DC 變換器，其最大輸出功率有 300W、 600W、 800W 等，相應(yīng)的功率密度為 （ 17） W/cm3，效率為（ 8090） %。 （ 3） BuckBoost 電路 — 降壓或升壓斬波器，其輸出平均電壓 Uo 大于或小于輸入電壓 Ui，極性相反，電感傳輸。其具體的電路由以下幾類： （ 1） Buck 電路 — 降壓斬波器，其輸 出平均電壓 Uo 小于輸入電壓 Ui，極性相同。DC/DC 變換類型是開關(guān)電源變換的基本類型，它通過(guò)控制開關(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。以下分別對(duì)兩類開關(guān)電源的結(jié)構(gòu)和特性作以 下 闡述。缺點(diǎn)是體積大，效率低 [2]。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。 2 線性電源分 類 線性電源一般可分為串聯(lián)型和并聯(lián)型，按穩(wěn)壓方式分，有參數(shù)穩(wěn)壓電源和反饋調(diào)整型電源。 穩(wěn)壓電源的分類 目前 穩(wěn)壓電源的分類方法繁多，按輸出電源的類型分有直流穩(wěn)壓電源和交流穩(wěn)壓電源；按穩(wěn)壓電路與負(fù)載的連接方式分有串聯(lián)穩(wěn)壓電源和并聯(lián)穩(wěn)壓電源；按調(diào)整管的工作狀態(tài)分有線性穩(wěn)壓電源和開關(guān)穩(wěn)壓電源；按電路類型分有簡(jiǎn)單穩(wěn)壓電源和反饋型穩(wěn)壓電源 對(duì)于品種繁多的穩(wěn)壓電源 可以從不同角度去分。線性電源成本在某一輸出功率點(diǎn)上，反而高于開關(guān)電 源，這一點(diǎn)稱為成本反轉(zhuǎn)點(diǎn)。 開關(guān)電源是利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)，控制開關(guān)晶體管開通和關(guān)斷的時(shí)間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源，開關(guān)電源一般由脈沖寬度調(diào)制（ PWM）控制 IC 和 MOSFET 構(gòu)成。目前使用的穩(wěn)壓電源大部分是線性電源，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。 5V, 177。 15V， 可調(diào)部分由高性能單片機(jī)為控制核心， 通過(guò)調(diào)節(jié) LM2576ADJ 端 ，實(shí)現(xiàn)輸出電壓的數(shù)字化可調(diào)，輸入采用鍵盤方式，輸出電壓采用 LCD 顯示， 實(shí)現(xiàn)指標(biāo)紋波系數(shù) Um≤ 5mU，穩(wěn)定度△ V0/ V0100％≤ 1％，步進(jìn) ， 該系統(tǒng)穩(wěn)定性好、精度高、成本低、效率高、其性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)的線性可 調(diào)穩(wěn)壓電源，大大改善了傳統(tǒng)的穩(wěn)壓電源的性能，簡(jiǎn)單易用，非常適合一般的教學(xué)和科研使用。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)開關(guān)穩(wěn)壓電源， 系統(tǒng)以 UC38