【正文】 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；按電路類型分有簡單穩(wěn)壓電源和反饋型穩(wěn)壓電源對于品種繁多的穩(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％，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)智能穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)I 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）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UC384LM2576為核心，其中固定輸出部分分別為177。5V、177。關(guān)鍵詞: 開關(guān)電源；穩(wěn)壓；51MCU；A/D；D/AIII. 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）ABSTRACTThe design of the switching power supply from the pulse width modulator (PWM) and bipolar transistor structure, introduced the AT89C51 microcontroller based digital control of adjustable switching power supply, system UC3842, LM2576 as the core, some of which were fixed output 177。 15V, adjustable to control in part by highperformance microcontroller core, by adjusting the LM2576ADJside, to achieve the digital output voltage adjustable, the input mode with the keyboard, the output voltage with LCD display, to achieve targets ripple factor Um ≤ 5mU, stability △ V0 / V0 100% ≤ 1%, step , the system has good stability, high accuracy, low cost, high efficiency, its performance is far superior to the traditional linear adjustable power supply, greatly improved the performance of traditional power supply, easy to use, suited for general use in teaching and research.Keyword: switching power supply；regulators；51MCU；A/D；D/A目 錄摘 要 IABSTRACT II第一章 前言 1 研究的目的和意義 1 穩(wěn)壓電源的分類 1 線性電源分類 2 開關(guān)電源的分類 2 穩(wěn)壓電源的主要指標(biāo) 3 特性指標(biāo) 3 技術(shù)指標(biāo) 4 5 研究主要內(nèi)容 7第二章 開關(guān)穩(wěn)壓電源的原理 8 開關(guān)穩(wěn)壓電源的工作原理 8 8 8 開關(guān)電源常見電路 9 開關(guān)電源器件 12 開關(guān)晶體管 12 PWM控制器 13第三章 智能穩(wěn)壓電源的硬件設(shè)計(jì) 15 穩(wěn)壓電源方案論證 15 系統(tǒng)工作原理 15 整流濾波電路 16 PWM控制電路 17 PWM控制電路設(shè)計(jì) 17 UC3842簡介 19 穩(wěn)壓輸出電路 21 穩(wěn)壓輸出電路設(shè)計(jì) 21 LM2576開關(guān)穩(wěn)壓集成電路 22 可調(diào)輸出電路 23 可調(diào)輸出電路設(shè)計(jì) 23 運(yùn)算放大器LM358 24 DAC0832模塊電路 25 MCU控制電路 26 MCU控制電路設(shè)計(jì) 26 AT89C51簡介 27 29 AD轉(zhuǎn)換電路 29 AD轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì) 29 AD轉(zhuǎn)換電路原理 29 LCD液晶顯示電路 30 LCD液晶顯示電路設(shè)計(jì) 31 按鍵電路設(shè)計(jì) 32 鍵盤原理 32 鍵盤與單片機(jī)接口電路 32第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 34 主體流程圖 34 鍵盤掃描及鍵值顯示 35 液晶初始化 39 輸出采樣函數(shù) 40 誤差調(diào)整 41 延時(shí)函數(shù) 42結(jié)束語 43致 謝 44參考文獻(xiàn) 45附錄一 程序清單 47附錄二 智能穩(wěn)壓電源電路設(shè)計(jì)圖 55附錄三 智能開關(guān)電源使用說明書 56. 智能穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)第一章 前言 研究的目的和意義電源是給所有電子設(shè)備電路系統(tǒng)提供能源的部件，是必不可少的。隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，各種電子、電器設(shè)備對穩(wěn)壓電源的性能要求日益提高，穩(wěn)壓電源不斷朝著小型化、高效率、低成本、高可靠性、低電磁干擾、模塊化和智能化方向發(fā)展，以單片機(jī)系統(tǒng)為核心而設(shè)計(jì)制造出來的新一代智能型穩(wěn)壓電源不但電路簡單，結(jié)構(gòu)緊湊，價(jià)格低廉，性能卓越，而且由于單片機(jī)具有計(jì)算和控制能力，利用它對采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行各種計(jì)算，從而可排除和減少由于干擾信號和模擬電路引起的誤差，提高穩(wěn)壓電源輸出電壓和控制電流精度，降低了模擬電路的要求[1]。開關(guān)電源和線性電源相比，二者的成本都隨著輸出功率的增加而增長，但二者增長速率各異。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新，使得開關(guān)電源技術(shù)也在不斷地創(chuàng)新，這一成本反轉(zhuǎn)點(diǎn)日益向低輸出電力端移動(dòng)，這為開關(guān)電源提供了廣闊的發(fā)展空間。下面以線性電源和開關(guān)電源做介紹。參數(shù)穩(wěn)壓電源電路簡單，主要是利用元件的非線性實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓。反饋調(diào)整型穩(wěn)壓電源具有負(fù)反饋閉環(huán)，是閉環(huán)自動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)，它的優(yōu)點(diǎn)是技術(shù)成熟，性能優(yōu)良、穩(wěn)定，設(shè)計(jì)簡單與制造。 開關(guān)電源的分類開關(guān)電源可分為AC/DC和DC/DC兩大類，DC/DC變換器現(xiàn)已實(shí)現(xiàn)模塊化，且設(shè)計(jì)技術(shù)及生產(chǎn)工藝在國內(nèi)外均已技術(shù)成熟，性能優(yōu)良、穩(wěn)定，并已得到用戶的認(rèn)可，但是AC/DC的模塊化，因其自身的特性使得在模塊化的進(jìn)程中，遇到較為復(fù)雜的技術(shù)和工藝制造問題。DC/DC變換是將固定的直流電壓變換成可變的直流電壓，也稱為直流斬波。斬波器的工作方式有兩種，一是脈寬調(diào)制方式，二是頻率調(diào)制方式。（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。（4）Cuk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，電容傳輸。日本NemicLambda公司最新推出的一種采用軟開關(guān)技術(shù)的高頻開關(guān)電源模塊RM系列，其開關(guān)頻率為（200300）kHz，功率密度已達(dá)到27 W/cm3，采用同步整流器（MOSFET代替肖特基二極管），是整個(gè)電路效率提高到90%左右[3]。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、大電流開關(guān)動(dòng)作，使得解決EMC電磁兼容問題難度加大，也就對內(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)到一定的滿意程度。按電源相數(shù)可分為單項(xiàng)、三相、多相。 穩(wěn)壓電源的主要指標(biāo)直流穩(wěn)壓電源的指標(biāo)有兩類：一類是特性指標(biāo)；另一類是技術(shù)指標(biāo)或質(zhì)量指標(biāo)[2]。（2）輸出電壓和電壓調(diào)節(jié)范圍按照負(fù)載的要求來決定。（4）保護(hù)特性在穩(wěn)壓電源中，當(dāng)負(fù)載出現(xiàn)過載或短路時(shí)，會(huì)使調(diào)整管損壞，因此，電源中須有快速響應(yīng)的過流、短路保護(hù)電路。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。電壓穩(wěn)定度表征電源對市電電網(wǎng)變化的抑制能力。其電壓調(diào)整率Su的定義：當(dāng)電網(wǎng)變化10％時(shí)輸出電壓相對變化量得百分比。(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。電源內(nèi)阻rn的定義：當(dāng)市電電網(wǎng)電壓不變化情況下，電源輸出電壓變化量△UO與輸出電流變化量△IO之比，即 （12）顯然，rn越小，抑制能力越強(qiáng)。（4）紋波系數(shù)（SO） 電源輸出電壓中，存在著紋波電壓，它是輸出電壓中包含的交流分量。輸出電壓中的交流分量的大小，常用紋波系數(shù)SO表示，即 （14）式中Umn—輸出電壓中交流分量基波最大值；Uo—輸出電壓中的直流分量。（5）溫度系數(shù) 溫度系數(shù)是用來表示輸出電壓溫度的穩(wěn)定性。隨著電子技術(shù)的高速發(fā)展，電子系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛，電子設(shè)備的種類也越來越多，電子設(shè)備與人們的工作、生活的關(guān)系日益密切。電子設(shè)備的小型化和低成本化使電源以輕、薄、小和高效率為發(fā)展方向。這種傳統(tǒng)穩(wěn)壓電源技術(shù)比較成熟，并且已有大量集成化的線性穩(wěn)壓電源模塊，具有穩(wěn)定性能好、輸出紋波電壓小、使用可靠等優(yōu)點(diǎn)。由于調(diào)整管工作在線性放大狀態(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]。20世紀(jì)50年代，美國宇航局以小型化、重量輕為目標(biāo)，為搭載火箭開發(fā)了開關(guān)電源。20世紀(jì)80年代，計(jì)算機(jī)全面實(shí)現(xiàn)了開關(guān)電源化，率先完成計(jì)算機(jī)的電源換代。 開關(guān)型穩(wěn)壓電源采用功率半導(dǎo)體器件作為開關(guān)，通過控制開關(guān)的占空比調(diào)整輸出電壓。所以其功耗小，效率可高達(dá)70％－95％。開關(guān)型穩(wěn)壓電源直接對電網(wǎng)電壓進(jìn)行整流、濾波、調(diào)整，然后由開關(guān)調(diào)整管進(jìn)行穩(wěn)壓，不需要電源變壓器。因此開關(guān)電源具有重量輕、體積小等優(yōu)點(diǎn)。而且其對電網(wǎng)的適應(yīng)能力也有較大的提高，一般串聯(lián)穩(wěn)壓電源允許電網(wǎng)波動(dòng)范圍220177。開關(guān)電源的高頻化是電源技術(shù)發(fā)展的創(chuàng)新技術(shù)，高頻化帶來的效益是使開關(guān)電源裝置空前地小型化，并使開關(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。目前市場上開關(guān)電源中功率管多采用雙極型晶體管，開關(guān)頻率可達(dá)幾十千赫；采用MOSFET的開關(guān)電源轉(zhuǎn)換頻率可達(dá)幾百千赫。對于兆赫以上開關(guān)頻率的電源可利用諧振電路，這種工作方式稱為諧振開關(guān)方式。 研究主要內(nèi)容設(shè)計(jì)一個(gè)具有設(shè)置功能、步進(jìn)功能和顯示功能的開關(guān)穩(wěn)壓電源，其指標(biāo)為：輸出電壓：177。15V輸出電流：Io≥2A紋波系數(shù)：Vm≤5mV穩(wěn)定度：△Vo/Vo100％≤1％任意可預(yù)置輸出， V第二章 開關(guān)穩(wěn)壓電源的原理 開關(guān)穩(wěn)壓電源的工作原理交流電壓經(jīng)整流電路及濾波電路整流濾波后，變成含有一定脈動(dòng)成份的直流電壓，該電壓進(jìn)人高頻變換器被轉(zhuǎn)換成所需電壓值的方波，最后再將這個(gè)方波電壓經(jīng)整流濾波變?yōu)樗枰闹绷麟妷??？刂齐娐窞橐幻}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?？刂齐娐酚脕碚{(diào)整高頻開關(guān)元件的開關(guān)時(shí)間比例，以達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的。因此下面就主要介紹調(diào)寬式開關(guān)穩(wěn)壓電源[5]。直流平均電壓Ｕ。從上式可以看出，當(dāng)Um 與T不變時(shí)，直流平均電壓Uo將與脈沖寬度T1成正比。 開關(guān)電源常見電路1．降壓（串聯(lián)）式開關(guān)電源降壓式開關(guān)電源的典型電路如圖23所示。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，經(jīng)負(fù)載RL和續(xù)流二極管VD1釋放電感Ｌ中存儲(chǔ)的能量，維持輸出直流電壓不變。圖23 降壓式開關(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。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。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。自激式開關(guān)電源當(dāng)接入電源后在R1給開關(guān)管VT1提供啟動(dòng)電流，使VT1開始導(dǎo)通，其集電極電流Ic在L1中線性增長，在L2 中感應(yīng)出使VT1 基極為正，發(fā)射極為負(fù)的正反饋電壓，使VT1 很快飽和。在VT1截止時(shí)，L2中沒有感應(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。自激式開關(guān)電源中的開關(guān)管起著開關(guān)及振蕩的雙重作從，也省去了控制電路。這種電路不僅適用于大功率電源，亦適用于小功率電源。它屬于雙端式變換電路，高頻變壓器的磁芯工作在磁滯回線的兩側(cè)。圖26 推挽式開關(guān)電源 這種電路的優(yōu)點(diǎn)是兩個(gè)開關(guān)管容易驅(qū)動(dòng)，主要缺點(diǎn)是開關(guān)管的耐壓要達(dá)到兩倍電路峰值電壓。5．反轉(zhuǎn)式開關(guān)電源 反轉(zhuǎn)式開關(guān)電源的典型電路如圖27所示。無論開關(guān)管VT1之前的脈動(dòng)直流電壓高于或低于輸出端的穩(wěn)定電壓，電路均能正常工作。當(dāng)開關(guān)管VT1截止時(shí)，電