基于單片機(jī)的智能穩(wěn)壓電源設(shè)計

摘要：一種以單片機(jī)系統(tǒng)為核心的智能穩(wěn)壓電源，把開關(guān)電源的高效率特性與單片機(jī)系統(tǒng)自動檢測和控制技術(shù)相結(jié)合，采用先進(jìn)的傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣，運(yùn)用適當(dāng)?shù)乃惴ㄟM(jìn)行電壓調(diào)整和電路保護(hù)。介紹了整體電路的設(shè)計和單片機(jī)系統(tǒng)的硬件及軟件流程。

關(guān)鍵詞：單片機(jī)；穩(wěn)壓；開關(guān)電源；溫度傳感器

1 引言

直流穩(wěn)壓電源是一種常見的電子儀器，廣泛地應(yīng)用于電子電路、教學(xué)實(shí)驗(yàn)和科學(xué)研究等領(lǐng)域。目前使用的直流穩(wěn)壓電源大部分是線性電源，利用分立器件組成，其體積大，效率低，可靠性性差，操作使用不方便，自我保護(hù)功能不夠，因而故障率高。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)計制造出來的新一代智能穩(wěn)壓電源不但電路簡單，結(jié)構(gòu)緊湊，價格低廉，性能卓越，而且由于單片機(jī)具有計算和控制能力，利用它對采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行各種計算，從而可排除和減少由于騷擾信號和模擬電路引起的誤差，大大提高穩(wěn)壓電源輸出電壓和控制電流精度，降低了對模擬電路的要求。智能穩(wěn)壓電源可利用單片機(jī)設(shè)置周密的保護(hù)監(jiān)測系統(tǒng)，確保電源運(yùn)行可靠。輸出電壓和限定電流采用數(shù)字顯示，輸入采用鍵盤方式，電源的外表美觀，操作使用方便，具有較高的使用價值。

2 工作原理

本智能穩(wěn)壓電源以開關(guān)電源為基礎(chǔ)電路，以高性能單片機(jī)為控制核心，組成數(shù)據(jù)處理電路，在檢測與控制軟件支持下，通過對開關(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)，同時監(jiān)測開關(guān)電路的工作溫度和輸出電流大小，其工作原理框圖如圖1所示。市電經(jīng)整流、濾波變成直流電送入開關(guān)調(diào)整電路，開關(guān)調(diào)整電路在單片機(jī)的控制下輸出穩(wěn)定的直流電。用戶可根據(jù)需要通過鍵盤給定穩(wěn)壓電源輸出的電壓值及最大輸出電流值，單片機(jī)系統(tǒng)自動對電源輸出電壓和電流進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣，并與用戶給定數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，然后根據(jù)設(shè)置的調(diào)整算法控制開關(guān)調(diào)整電路，使電源輸出電壓符合給定值，單片機(jī)在調(diào)整電源輸出電壓的同時還要檢測電路的工作溫度和輸出電流，倘若超過給定值，就啟動保護(hù)電路。

圖1 智能穩(wěn)壓電源框圖

3 硬件設(shè)計

3.1 單片機(jī)組成系統(tǒng)

智能穩(wěn)壓電源的單片機(jī)系統(tǒng)是以8031為CPU，包括8kRAM(芯片6264數(shù)據(jù)存儲器)和16kROM(芯片27128程序存儲器)，以及1kEEROM。EEROM是用來保存最后一次從鍵盤輸入的電壓、電流數(shù)據(jù)以及溫度、脈寬調(diào)整數(shù)據(jù)等，每次開機(jī)時單片機(jī)從EEROM中讀出數(shù)據(jù)控制電源輸出。另外還擴(kuò)充一片集成電路8155來補(bǔ)充8031的I/O口，其中8155的A口作輸出，提供LED顯示數(shù)據(jù)口，B口作鍵盤輸入口，C口作為輸出，提供開關(guān)調(diào)整電路激勵脈沖信號。具體框圖見圖2。

圖2 單片機(jī)系統(tǒng)框圖

3.2 傳感器輸入通道及A/D轉(zhuǎn)換

電流傳感器是由一段康銅片串接在電源輸出電路中制成，電壓傳感器使用電阻分壓方式，單片機(jī)系統(tǒng)通過電流、電壓傳感器檢測電流和電壓，測得兩路模擬信號，先通過各自放大器放大成與A/D轉(zhuǎn)換器相匹配的信號，經(jīng)多路選擇開關(guān)CD4051送給A/D轉(zhuǎn)換器。由單片機(jī)CPU控制選擇有關(guān)通道進(jìn)行分時切換，實(shí)現(xiàn)二選一，依次將兩路模擬信號送至AD1674轉(zhuǎn)換器，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后變成數(shù)字信號，再經(jīng)光電耦合器送入8031單片機(jī)。

溫度傳感器采用ADI推出的固態(tài)溫度調(diào)節(jié)開關(guān)AD22105，其應(yīng)用電路原理如圖3所示。它僅需一只外部電阻即可將溫度精確設(shè)置在－40℃～＋150℃寬的工作溫度范圍內(nèi)的任意一點(diǎn)。安裝時將溫度傳感器與開關(guān)管相接觸，檢測開關(guān)管工作時的溫升，當(dāng)開關(guān)管溫升超過給定值(如80℃)時，AD22105的輸出將切換，其轉(zhuǎn)換變化直接輸入8031。

圖3 溫度傳感器電路