基于單片機的智能穩壓電源設計

摘要：一種以單片機系統為核心的智能穩壓電源，把開關電源的高效率特性與單片機系統自動檢測和控制技術相結合，采用先進的傳感器進行數據采樣，運用適當的算法進行電壓調整和電路保護。介紹了整體電路的設計和單片機系統的硬件及軟件流程。

關鍵詞：單片機；穩壓；開關電源；溫度傳感器

1 引言

直流穩壓電源是一種常見的電子儀器，廣泛地應用于電子電路、教學實驗和科學研究等領域。目前使用的直流穩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，自我保護功能不夠，因而故障率高。隨著電子技術的飛速發展，各種電子、電器設備對穩壓電源的性能要求日益提高，穩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展。以單片機系統為核心而設計制造出來的新一代智能穩壓電源不但電路簡單，結構緊湊，價格低廉，性能卓越，而且由于單片機具有計算和控制能力，利用它對采樣數據進行各種計算，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。智能穩壓電源可利用單片機設置周密的保護監測系統，確保電源運行可靠。輸出電壓和限定電流采用數字顯示，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

本智能穩壓電源以開關電源為基礎電路，以高性能單片機為控制核心，組成數據處理電路，在檢測與控制軟件支持下，通過對開關電源輸出電流、電壓進行數據采樣與給定數據比較，從而調整和控制開關電源的工作狀態，同時監測開關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。市電經整流、濾波變成直流電送入開關調整電路，開關調整電路在單片機的控制下輸出穩定的直流電。用戶可根據需要通過鍵盤給定穩壓電源輸出的電壓值及最大輸出電流值，單片機系統自動對電源輸出電壓和電流進行數據采樣，并與用戶給定數據進行比較，然后根據設置的調整算法控制開關調整電路，使電源輸出電壓符合給定值，單片機在調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，就啟動保護電路。

圖1 智能穩壓電源框圖

3 硬件設計

3.1 單片機組成系統

智能穩壓電源的單片機系統是以8031為CPU，包括8kRAM(芯片6264數據存儲器)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、電流數據以及溫度、脈寬調整數據等，每次開機時單片機從EEROM中讀出數據控制電源輸出。另外還擴充一片集成電路8155來補充8031的I/O口，其中8155的A口作輸出，提供LED顯示數據口，B口作鍵盤輸入口，C口作為輸出，提供開關調整電路激勵脈沖信號。具體框圖見圖2。

圖2 單片機系統框圖

3.2 傳感器輸入通道及A/D轉換

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，單片機系統通過電流、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轉換器相匹配的信號，經多路選擇開關CD4051送給A/D轉換器。由單片機CPU控制選擇有關通道進行分時切換，實現二選一，依次將兩路模擬信號送至AD1674轉換器，進行A/D轉換后變成數字信號，再經光電耦合器送入8031單片機。

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

圖3 溫度傳感器電路