穩(wěn)壓電源分析

1、穩(wěn)壓電源一般由變壓器、整流器和穩(wěn)壓器三大部分組成，如圖5一21所示。變壓器把市電交流電壓變?yōu)樗枰牡蛪航涣麟姟Ｕ髌靼呀涣麟娮優(yōu)橹绷麟?。?jīng)濾波后，穩(wěn)壓器再把不穩(wěn)定的直流電壓變?yōu)榉€(wěn)定的直流電壓輸出。 一、穩(wěn)壓電源的技術(shù)指標(biāo)及對(duì)穩(wěn)壓電源的要求穩(wěn)壓電源的技術(shù)指標(biāo)可以分為兩大類：一類是特性指標(biāo)，如輸出電壓、輸出電流及電壓調(diào)節(jié)范圍；另一類是質(zhì)量指標(biāo)，反映一個(gè)穩(wěn)壓電源的優(yōu)劣，包括穩(wěn)定度、等效內(nèi)阻（輸出電阻）、紋波電壓及溫度系數(shù)等。對(duì)穩(wěn)壓電源的性能，主要有以下四個(gè)萬面的要求    1穩(wěn)定性好當(dāng)輸入電壓Usr （整流、濾波的輸出電壓）在規(guī)定范圍內(nèi)變動(dòng)時(shí)，輸出電壓Usc

2、 的變化應(yīng)該很小一般要求 。        由于輸入電壓變化而引起輸出電壓變化的程度，稱為穩(wěn)定度指標(biāo)，常用穩(wěn)壓系數(shù)S 來表示：S的大小，反映一個(gè)穩(wěn)壓電源克服輸入電壓變化的能力。在同樣的輸入電壓變化條件下，S越小，輸出電壓的變化越小，電源的穩(wěn)定度越高。通常S約為 2.輸出電阻小負(fù)載變化時(shí)（從空載到滿載），輸出電壓Usc ，應(yīng)基本保持不變。穩(wěn)壓電源這方面的性能可用輸出電阻表征。輸出電阻（又叫等效內(nèi)阻）用rn 表示，它等于輸出電壓變化量和負(fù)載電流變化量之比。rn 反映負(fù)載變動(dòng)時(shí)，輸出電壓維持恒定的能力，rn 越小，則Ifz

3、0;    變化時(shí)輸出電壓的變化也越小。性能優(yōu)良的穩(wěn)壓電源，輸出電阻可小到1歐，甚至001歐。第一電 源網(wǎng)3.電壓溫度系數(shù)小當(dāng)環(huán)境溫度變化時(shí)，會(huì)引起輸出電壓的漂移。良好的穩(wěn)壓電源，應(yīng)在環(huán)境溫度變化時(shí)，有效地抑制輸出電壓的漂移，保持輸出電壓穩(wěn)定，輸出電壓的漂移用溫度系數(shù)KT來表示.4.輸出電壓紋波小 所謂紋波電壓，是指輸出電壓中50赫或100 赫的交流分量，通常用有效值或峰值表示。經(jīng)過穩(wěn)壓作用可以使整流濾波后的紋波電壓大大降低，降低的倍數(shù)反比于穩(wěn)壓系數(shù)S 。上節(jié)介紹的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路，用做一種簡(jiǎn)單的穩(wěn)壓電源，可以滿足一般無線電愛好者的需要。但是，這種電源還有許多“天生

4、的”缺陷，要提高對(duì)性能的要求，就必須再做一些改進(jìn)。從以下四個(gè)右面對(duì)它的性能加以改善，便可做成一臺(tái)有實(shí)用價(jià)值的穩(wěn)壓電源了。這就是：增加放大環(huán)節(jié)，提高穩(wěn)定性，使輸出電壓可調(diào)；用復(fù)合管做調(diào)整管，使輸出電流增大；增加保護(hù)電路，使電源工作安全可靠。二、帶有放大環(huán)節(jié)的穩(wěn)壓電源輸出電壓的變化量Usc 是很微弱的，它對(duì)調(diào)整管的控制作用也很弱，因此穩(wěn)壓效果不夠好，帶有放大環(huán)節(jié)的穩(wěn)壓電源，就是在電路中增加一個(gè)直流放大器，把微弱的輸出電壓變化量先加以放大,再去控制調(diào)整管，從而提高對(duì)調(diào)整管的控制作用，使穩(wěn)壓電源的穩(wěn)定性能得到改善。圖5-22 是帶有放大環(huán)節(jié)的穩(wěn)壓電源電路。圖中，BG1 是調(diào)整管，BG2 是比較放大管。

5、輸出電田變化量Usc 的一部分與基準(zhǔn)電壓Uw 比較，并經(jīng)BG2 放大后進(jìn)到了BG1 的基極。Rc 是BG2 的集電極電阻，又是BG1 的上偏置電阻。R1、R2是BG2 的上、下偏置電阻，組成分壓電路，把Usc 的一部分作為輸出電壓的取樣，送給BG2 的基極，因此又叫取樣電路 R2 上的電壓Ub2：叫取樣電壓。DW和R3組，成穩(wěn)壓電路，提供基準(zhǔn)電壓輸出電壓的變化量Usc 是很微弱的，它對(duì)調(diào)整管的控制作用也很弱，因此穩(wěn)壓效果不夠好，帶有放大環(huán)節(jié)的穩(wěn)壓電源，就是在電路中增加一個(gè)直流放大器，把微弱的輸出電壓變化量先加以放大,再去控制調(diào)整管，從而提高對(duì)調(diào)整管的控制作用，使穩(wěn)壓電源的穩(wěn)定性能得到改善。圖5

6、-22 是帶有放大環(huán)節(jié)的穩(wěn)壓電源電路。圖中，BG1 是調(diào)整管，BG2 是比較放大管。輸出電田變化量Usc 的一部分與基準(zhǔn)電壓Uw 比較，并經(jīng)BG2 放大后進(jìn)到了BG1 的基極。Rc 是BG2 的集電極電阻，又是BG1 的上偏置電阻。R1、R2是BG2 的上、下偏置電阻，組成分壓電路，把Usc 的一部分作為輸出電壓的取樣，送給BG2 的基極，因此又叫取樣電路 R2 上的電壓Ub2：叫取樣電壓。DW和R3組，成穩(wěn)壓電路，提供基準(zhǔn)電壓從電路路中可以看出，當(dāng)輸出電壓Usc 下降的時(shí)候，通過R1 、R2組成的分壓電路的作用，BG2 的基極電位Ub2也下降了。由于基準(zhǔn)電壓UW 使BG2 的發(fā)射極電位保持不

7、變，Ubc2 ：Ub2，一UW隨之減小。于是BG2 集電極電流Ic：減小，Uc2增高，即BG1 的基極電位Ub1增高，使Icl增加，管壓降Uce1減小，從而導(dǎo)致輸出電壓Usc 保持基本穩(wěn)定。BG2 的放大倍數(shù)越大，調(diào)整作用就越強(qiáng)，輸出電壓就越穩(wěn)定。第一電 源網(wǎng) 如果輸出電壓Usc 增高時(shí)，同樣道理，又會(huì)通過反饋?zhàn)饔檬筓sc 減小，保持輸出電壓基本不變。下面談?wù)劯髟倪x取原則。前面已經(jīng)提到，Rc是放大級(jí)的負(fù)載電阻，又相當(dāng)于調(diào)整管的偏置電阻。Rc大，放大倍數(shù)大，有利于提高穩(wěn)壓器指標(biāo)，但Rc過大會(huì)使BG2 和調(diào)整管電流太小，限制了負(fù)載電流和調(diào)整范圍。通常Rc根據(jù)下列公式選取：Usrmin 為整流輸

8、出的最小電壓。Ic2可取13毫安。穩(wěn)壓管DW的穩(wěn)定電壓Uw，選擇范圍比較寬，只要不使BG2 飽和（即Uw比Usc 低2伏以下）均可。Uw取得大，取樣電壓可大些，有利于提高穩(wěn)壓性能。限流電阻R3通過的電流I3，應(yīng)該等于DW的穩(wěn)定電流，那應(yīng)滿足下述關(guān)系： 輸入電壓Usr 應(yīng)大于輸出電壓Usc 38伏。Usr 過小，調(diào)整管容易飽和而起不到調(diào)整作用；Usr 過大，則增加管子耗損，并浪費(fèi)功率。整流紋波小的，Usr 可取低些；紋波大的，Usr 應(yīng)取高些。調(diào)整管BG1 的值要盡量大，為此可以使用復(fù)倉(cāng)管。調(diào)整管的功耗也要足夠大，應(yīng)滿足下式要求：Usrmax 為電網(wǎng)電壓最高時(shí)的整流輸出電壓。放大管BG2 也要選

9、用值大的管子，以增強(qiáng)對(duì)調(diào)整管的控制作用，使輸出的更穩(wěn)定。在Usc 較大的穩(wěn)壓電路中，還應(yīng)注意BG2 所能承受的反向電壓，應(yīng)選取的晶體管。分壓電阻（R1R2）要適當(dāng)小些，以提高電路性能。通常取流過分壓電阻的電流大于放大管基極電流的5-10倍。分壓比決定于輸出電壓Usc 和參考電壓Uw，由下式?jīng)Q定：一般可先選定R1 或R2，再通過計(jì)算調(diào)整另外一只電阻器，分壓比要選得大些，一般選0508。三、輸出電壓可調(diào)的穩(wěn)壓電源從上面電路可以看到，輸出電壓與基準(zhǔn)電壓之間的關(guān)系，是由分壓電路來“調(diào)配”的。在基準(zhǔn)電壓一定的情況下，改變分壓比，就可以在一定范圍里改變輸出電壓。在R1與R2之間加接一個(gè)電位器W（見圖5-

10、23），便可以實(shí)現(xiàn)輸出電壓在一定范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。四、用復(fù)合管做調(diào)整管的穩(wěn)壓電源在穩(wěn)壓電源中，負(fù)載電流Ifz    要流過調(diào)整管，輸出大電流的電源必須使用大功率的調(diào)整管，這就要求有足夠大的電流供給調(diào)整管的基極，而比較放大電路供不出所需要的大電流，另一方面，調(diào)整管需要有較高的電流放大倍數(shù)，才能有效地提高穩(wěn)壓性能，但是大功率管一般電流放大倍數(shù)都不高。解決這些矛盾的辦法，是給原有的調(diào)整管再配上一個(gè)或幾個(gè)“助手”，組成復(fù)合管。用復(fù)合管做調(diào)整管的穩(wěn)壓電源電路如圖5一24所示。用復(fù)合管做調(diào)整管時(shí)，BG2 的反向電流Iceo2將被放大，尤其是采用大功率鍺管時(shí)，反向截止電流Icbo

11、比較大，并隨溫度增高按指數(shù)增加，很容易造成高溫空載時(shí)穩(wěn)壓電源的失控，使輸出電壓Usc 增大。誤差信號(hào)Usc 經(jīng)放大加到BG2 的級(jí)基極來減少Ic人，可能迫使BG2 截止。為了使調(diào)整管在不同溫度下都工作在放大區(qū)，常在BG1 的基極加電阻（R7）接到電源的正極（如圖5一24）或負(fù)極。在溫度或負(fù)載變化不大或全用硅管時(shí)，可不加這個(gè)電阻。R7的數(shù)值，可近似由下式?jīng)Q定：五、帶有保護(hù)電路的穩(wěn)壓電源。在穩(wěn)壓電路中，要采取短路保護(hù)措施，才能保證安全可靠地工作。普通保險(xiǎn)絲熔斷較慢，用加保險(xiǎn)絲的辦法達(dá)不到保護(hù)作用，而必須加裝保護(hù)電路。保護(hù)電路的作用是保護(hù)碉整管在電路短路、電流增大時(shí)不被燒毀。其基本方法是，當(dāng)輸出電流

12、超過某一致值時(shí)，使調(diào)整管處于反向偏置狀態(tài)，從而截止，自動(dòng)切斷電路電流。保護(hù)電路的形式很多。圖225是二極管保護(hù)電路，由二極管D和檢圖225 二極管保護(hù)電路測(cè)電阻R0組成。正常工作時(shí)，雖然二極管兩端的電壓上低下場(chǎng)，但二極管仍處于反向截止?fàn)顟B(tài)。負(fù)載電流增大到一定數(shù)值時(shí)，電阻RO上的壓陷ROIe 加大，使二極管導(dǎo)通。由于UDUbe1RO Ie,而二極管的導(dǎo)通電壓UD是一定的，則Ube1被迫減小，從而使Ie限制到一定值，達(dá)到保護(hù)調(diào)整管的目的。在使用時(shí)，二極管要選用UD 值大的。圖226是三極管保護(hù)電路。由三極管BG2 和分壓電阻R4、R5組成。電路正常工作時(shí)，通過R4與R5的壓作用，使得BG2 的基極

13、電位比發(fā)射極電位高，發(fā)射結(jié)承受反向電壓。于是BG2 處于截止?fàn)顟B(tài)（相當(dāng)于開路），對(duì)穩(wěn)壓電路沒有影響。當(dāng)電路短路時(shí)，輸出電壓為零，BG2 的發(fā)射極相當(dāng)于接地，則BG2 處于飽和導(dǎo)通狀態(tài)（相當(dāng)于短路），從而使調(diào)整管BG1 基極和發(fā)射極近于短路，而處于截止?fàn)顟B(tài)，切斷電路電流，從而達(dá)到保護(hù)目的。第一節(jié) 學(xué)習(xí)要求1熟悉整流濾波電路的組成及工作原理，能估算電路元器件的參數(shù)。 2、掌握串聯(lián)反饋穩(wěn)壓電路的組成及工作原理、輸出電壓及電壓調(diào)節(jié)范圍的估算。 3熟悉集成三端穩(wěn)壓器的工作原理及應(yīng)用。學(xué)習(xí)重點(diǎn)：串聯(lián)反饋穩(wěn)壓電路的工作原理和 集成三端穩(wěn)壓器的應(yīng)用。 學(xué)習(xí)難點(diǎn)：穩(wěn)壓電路的應(yīng)用設(shè)計(jì)。概述：在電子電路中，通常都需

14、要電壓穩(wěn)定的直流電源供電。小功率的穩(wěn)壓電源的組成如下圖所示，它由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路四部分組成。直流穩(wěn)壓電源的技術(shù)指標(biāo)特性指標(biāo)：輸入電壓、輸出電壓、輸出電流、輸出電壓范圍 質(zhì)量指標(biāo)：穩(wěn)壓系數(shù)、溫度系數(shù)、輸出電阻、紋波電壓，它們的定義式為：其中穩(wěn)壓系數(shù)的定義是負(fù)載固定時(shí)輸出電壓的相對(duì)變化量與穩(wěn)壓電路的輸入電壓的相對(duì)變化量之比。溫度系數(shù)ST是反映溫度變化對(duì)輸出電壓的影響；輸出電阻RO反映負(fù)載電流變化對(duì)輸出電壓的影響 ；紋波電壓是指穩(wěn)壓電路輸出端交流分量的有效值，它表示輸出電壓的微小波動(dòng)?？梢姡鲜鱿禂?shù)越小，輸出電壓越穩(wěn)定。單片機(jī)控制開關(guān)電源，單從對(duì)電源輸出的控制來說，可以有幾種

15、控制方式。 其一是單片機(jī)輸出一個(gè)電壓（經(jīng)DA芯片或PWM方式），用作電源的基準(zhǔn)電壓。這種方式僅僅是用單片機(jī)代替了原來的基準(zhǔn)電壓，可以用按鍵輸入電源的輸出電壓值，單片機(jī)并沒有加入電源的反饋環(huán)，電源電路并沒有什么改動(dòng)。這種方式最簡(jiǎn)單。 其二是單片機(jī)擴(kuò)展AD，不斷檢測(cè)電源的輸出電壓，根據(jù)電源輸出電壓與設(shè)定值之差，調(diào)整DA的輸出，控制PWM芯片，間接控制電源的工作。這種方式單片機(jī)已加入到電源的反饋環(huán)中，代替原來的比較放大環(huán)節(jié)，單片機(jī)的程序要采用比較復(fù)雜的PID算法。 其三是單片機(jī)擴(kuò)展AD，不斷檢測(cè)電源的輸出電壓，根據(jù)電源輸出電壓與設(shè)定值之差，輸出PWM波，直接控制電源的工作。這種方式單片機(jī)介入電源工作

16、最多。 第三種方式是最徹底的單片機(jī)控制開關(guān)電源，但對(duì)單片機(jī)的要求也最高。要求單片機(jī)運(yùn)算速度快，而且能夠輸出足夠高頻率的PWM波。這樣的單片機(jī)顯然價(jià)格也高。 DSP類單片機(jī)速度夠高，但目前價(jià)格也很高，從成本考慮，占電源成本的比例太大，不宜采用。 廉價(jià)單片機(jī)中，AVR系列最快，具有PWM輸出，可以考慮采用。但AVR單片機(jī)的工作頻率仍不夠高，只能是勉強(qiáng)使用。下面我們具體計(jì)算一下AVR單片機(jī)直接控制開關(guān)電源工作可以達(dá)到什么水平。 AVR單片機(jī)中，時(shí)鐘頻率最高為16MHz。如果PWM分辨率為10位，那么PWM波的頻率也就是開關(guān)電源的工作頻率為16000000/1024=15625(Hz)，開關(guān)電源工作在

17、這個(gè)頻率下顯然不夠(在音頻范圍內(nèi))。那么取PWM分辨率為9位，這次開關(guān)電源的工作頻率為16000000/512=32768(Hz)，在音頻范圍外，可以用，但距離現(xiàn)代開關(guān)電源的工作頻率還有一定距離。 不過必須注意，9位分辨率是說功率管導(dǎo)通關(guān)斷這個(gè)周期中，可以分成512份，單就導(dǎo)通而言，假定占空比為0.5，則只能分成256份?？紤]到脈沖寬度與電源的輸出并非線性關(guān)系，需要至少再打個(gè)對(duì)折，也就是說，電源輸出最多只能控制到1/128，無論負(fù)載變化還是網(wǎng)電源電壓變化，控制的程度只能到此為止。 還要注意，上面所述只有一個(gè)PWM波，是單端工作。如果要推挽工作(包括半橋)，那就需要兩個(gè)PWM波，上述控制精度還要

18、減半，只能控制到約1/64。對(duì)要求不高的電源例如電池充電，可以滿足使用要求，但對(duì)要求輸出精度較高的電源，這就不夠了。 綜上所述，AVR單片機(jī)只能很勉強(qiáng)地使用在直接控制PWM的方式中。 但是上列第二種控制方式，即單片機(jī)調(diào)整DA的輸出，控制PWM芯片，間接控制電源的工作，卻對(duì)單片機(jī)沒有那么高的要求，51系列單片機(jī)已可勝任。而51系列單片機(jī)的價(jià)格比AVR還是低一些。 網(wǎng)友coocle曾發(fā)表他的看法：“單片機(jī)控制開關(guān)電源的缺點(diǎn)在于動(dòng)態(tài)響應(yīng)不夠，優(yōu)點(diǎn)是設(shè)計(jì)的彈性好，如保護(hù)和通訊，我的想法是單片機(jī)和pwm芯片相結(jié)合，現(xiàn)在的一般單片機(jī)的pwm輸出的頻率普遍還不是太高，頻率太高，想要實(shí)現(xiàn)單周期控制也很難。所以

19、我覺得單片機(jī)可是完成一些彈性的模擬給定，后面還有pwm芯片完成一些工作。” 無獨(dú)有偶，在電子電源綜合區(qū)中有篇原創(chuàng)文章DPWM電路的研究，也是用數(shù)字電路輸出PWM波直接控制開關(guān)電源工作。他是用CPLD再加單片機(jī)進(jìn)行控制。眾所周知CPLD的價(jià)格以及開發(fā)難度絕非單片機(jī)可比，那么他為什么要這樣做？原因如作者所說，由于單片機(jī)的PWM寬度小，導(dǎo)致精度低，不能滿足系統(tǒng)的要求。作者又說，在這些情況下，應(yīng)用片外PWM電路無疑是一種理想的選擇。他選擇CPLD芯片來實(shí)現(xiàn)PWM。我則建議：還是用開關(guān)電源原來的控制芯片來實(shí)現(xiàn)。不但價(jià)格低，而且容易實(shí)現(xiàn)單周期電流檢測(cè)等保護(hù)功能。我們大可不必為數(shù)字控制而數(shù)字控制。 敬請(qǐng)版主

20、及各位朋友指正。 好，我去年曾看過一本雜志，很多專家都在討論，到2004年，幾乎所有的模擬電路都可以用數(shù)字電路替代，唯獨(dú)有兩個(gè)不能，一個(gè)就是POWER（電源），另一個(gè)就是晶振，所以電源，如果能單獨(dú)用數(shù)字搞定，是不可能的，單片機(jī)在電源中只能起一個(gè)符助作用，如，顯示啊，PWM調(diào)制，電壓，電流，溫度，環(huán)境，檢測(cè)，然后控制指示啊，有，指示燈，LCD，LED，控制器，報(bào)警，控制馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)啊，等等，如果要用單片機(jī)代替這些IC，3843，3842，TL494，是非常不劃算的，現(xiàn)就一個(gè)單帶I/O口的單片機(jī)也要二塊多，再加一個(gè)晶振接近三塊，還有就是單片機(jī)，供電電路不能相3843那樣，我們必須給它一個(gè)精確

21、的穩(wěn)定的電源電壓，否則又會(huì)導(dǎo)致一些問題，很麻煩！單片機(jī)如果帶A/D口，PWM口，目前市場(chǎng)最少也要三塊多，加一個(gè)晶振就是接近四塊了，單片機(jī)控制，有待著的單片機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展！一種性能優(yōu)良的家用逆變電源電路圖            這是一種性能優(yōu)良的家用逆變電源電路圖，材料易取，輸出功率150W。本電路設(shè)計(jì)頻率為300Hz左右，目的是縮小逆變變壓器的體積、重量。輸出波形方波。這款逆變電源可以用在停電時(shí)家庭照明，電子鎮(zhèn)流器的日光燈，開關(guān)電源的家用電器等其他方面。 電容器 C1、C2用滌綸電容

22、，三極管 BG1-BG5可以用9013：40V 0.1A 0.5W，BG6-BG7可以用場(chǎng)效應(yīng)管IRF150：100V 40A 150W 0.055 歐姆。變壓器B的繞制請(qǐng)參考 逆變器的設(shè)計(jì)計(jì)算方法，業(yè)余條件下的調(diào)試；先不接功率管，測(cè) A點(diǎn)、B點(diǎn)對(duì)地的電壓，調(diào)整R1或R2使A、B兩個(gè)點(diǎn)的電壓要相同，這樣才能輸出的方波對(duì)稱，靜態(tài)電流也最少。安裝時(shí)要注意下列事項(xiàng)：BG6、BG7的焊接，必須用接地良好的電烙鐵或切斷電源后再焊接。大電流要用直徑2.5MM以上的粗導(dǎo)線連接，并且連線盡量短，電瓶電壓12V、容量12AH以上。功率管要加適當(dāng)?shù)纳崞?，例如?00*100*3MM鋁板散熱。如果你要增加功率，增

23、加同型號(hào)的功率管并聯(lián)使用，相應(yīng)地增加變壓器的功率。過電壓保護(hù)的基本原理是在瞬態(tài)過程電壓發(fā)生的時(shí)侯（微稱或納秒級(jí)），通過過電壓檢測(cè)電路對(duì)這個(gè)信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)。過電壓檢測(cè)電路中主要的元件是壓敏電阻。壓敏電阻相當(dāng)于很多串并聯(lián)在一起的雙向抑制二極管。電壓超過箝位電壓時(shí)，壓敏電阻導(dǎo)通；電壓低于箝位電壓時(shí)，壓敏電阻截止。這就是壓敏電阻的電壓箝位作用。壓敏電阻工作極為迅速，響應(yīng)時(shí)間在納秒級(jí)。    過電壓檢測(cè)電路原理圖如圖3所示。當(dāng)有過電壓信號(hào)產(chǎn)生時(shí)，壓敏電阻被擊穿，呈現(xiàn)低阻值甚至接近短路狀態(tài)，這樣在電流互感器的原級(jí)產(chǎn)生一個(gè)大電流，通過線圈互感作用在副級(jí)產(chǎn)生一個(gè)小電流，再通過精密電

24、阻把電流信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)；這個(gè)信號(hào)輸入到電壓比較器LM393后，電壓比較器LM393輸出高電平，經(jīng)過非門A輸出的控制脈沖1控制電源回路，斷開開關(guān)電源電路，啟動(dòng)備用電源。控制脈沖2送到單片機(jī)的中斷中，單片機(jī)控制回咱啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換，采樣過電壓的瞬時(shí)值。 2.2 峰值電壓采樣保持電路峰值電壓采樣保持電路如圖4所示。峰值電壓采樣保持電路由一片采樣保持器芯片LF398和一塊電壓比較器LM311構(gòu)成。LF398的輸出電壓和輸入電壓通過LM311進(jìn)行比較，當(dāng)Vi>V0時(shí)，LM311輸出高電平，送到LF398的邏輯控制端8腳，使LF398處于采樣狀態(tài)；當(dāng)Vi達(dá)到峰值而下降時(shí)，Vi<V0，電壓比較

25、器LM311輸出低電平，LF398的邏輯控制端置低電平，使LF398處于保持狀態(tài)。由于LM311采用集電極開路輸出，故需接上拉電阻。由過電壓檢測(cè)電路輸出端送來的脈沖控制電路開關(guān)的導(dǎo)通，沒有過電時(shí)采樣電容放電，否則采樣電路一直跟蹤峰值的變化。    2.3 單片機(jī)控制回路單片機(jī)控制回路如圖5所示。它的主要功能是完成對(duì)過電壓的瞬時(shí)值和峰值的檢測(cè)、過電壓次數(shù)的檢測(cè)、電源輸出電壓和電流的檢測(cè)，并通過鍵盤的操作顯示出各個(gè)檢測(cè)值的大??；同時(shí)通過485接口和上位機(jī)實(shí)現(xiàn)通訊，在有過電壓的時(shí)候通過控制回路啟動(dòng)備用電源，實(shí)現(xiàn)對(duì)電源本身的保護(hù)。3 軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件主要由主程序、鍵盤掃描

26、子程序、顯示子程序和通信子程序等組成。圖6是主程序流程圖。主程序由初始化、看門狗置位、鍵盤掃描子程序、中斷子程序組成。主程序主要進(jìn)行分配內(nèi)存單元、設(shè)置串行口等器件的工作方式和參數(shù)，為系統(tǒng)正常工作創(chuàng)造條件。在主程序運(yùn)行的過程中，通過按鍵可以顯示檢測(cè)的各個(gè)量的值；同時(shí)在系統(tǒng) 過電壓和干擾信號(hào)產(chǎn)生時(shí)，液晶顯示屏?xí)@示提示信息，使電源實(shí)現(xiàn)“透明”，便于電源的管理。在本系統(tǒng)中，鍵盤采用的是由P1口組成的3×3行列矩陣式鍵盤。由于鍵盤程序的技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，所以具體過程不做介紹。   子程序中值得一提的是通訊子程序。為了實(shí)現(xiàn)與目前應(yīng)用較為廣泛的MODICON系列測(cè)控系統(tǒng)的接口

27、，本系統(tǒng)選用了控制系統(tǒng)中較為通用的MODBUS協(xié)議進(jìn)行通訊。電路中的運(yùn)放TL084,可以用LM324直接代換,如果不用過流保護(hù)可以使用雙運(yùn)放5532/4558/LM358之類IC.取樣電阻0.1歐的電阻要用5W或10W的, 一鍵飛梭可以用鼠標(biāo)中間滾輪用的三腳元件改裝,但要注意公共端.DAC0832的參考電壓Vref是-5V. 調(diào)整管建議用鐵殼封裝的2N3055,也可采用TIP3055或C3182等大功率NPN管.如果需要輸出較大的電流,則要相應(yīng)增大散熱片面積或采用CPU風(fēng)扇強(qiáng)制散熱.運(yùn)放采用的正負(fù)12V可由另外一個(gè)小變壓器供電. 請(qǐng)注意本圖中的復(fù)位按鈕畫錯(cuò)了,同時(shí)MCU的EA腳應(yīng)為高

28、電位(接+5V),不便之處請(qǐng)見諒.數(shù)控直流穩(wěn)壓電源-單片機(jī)與D/A轉(zhuǎn)換接口電路應(yīng)用實(shí)例D/A轉(zhuǎn)換是將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量的過程， 在計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)中這一技術(shù)應(yīng)用得十分廣泛，掌握這方面的技術(shù)是單片機(jī)開發(fā)應(yīng)用愛好者必須具備的基本功之一。本文通過“數(shù)控直流穩(wěn)壓電源”這一簡(jiǎn)單的實(shí)例，詳細(xì)介紹AT89C2051單片機(jī)與DAC0832數(shù)模轉(zhuǎn)換器接口電路的原理及其應(yīng)用方法，可供單片機(jī)業(yè)余愛好者學(xué)習(xí)參考。電路工作原理本文介紹的“數(shù)控直流穩(wěn)壓電源”實(shí)際上是由單片機(jī)控制一直流輸出電源，該電源能在輸出512V的范圍內(nèi)按照0.1V的步進(jìn)量連續(xù)可調(diào)，而且具有一定的帶負(fù)載能力。據(jù)此，電路可設(shè)計(jì)成如附圖所示，從圖上可以看

29、出，電路主要由顯示電路、D/A轉(zhuǎn)換電路及電源電壓輸出電路三部分組成。顯示電路用于顯示電源輸出電壓的大小。根據(jù)電壓輸出范圍及步進(jìn)量要求，顯示電路需要用三個(gè)數(shù)碼管組成一個(gè)具有小數(shù)點(diǎn)一位、個(gè)位和十位的顯示器。這三個(gè)數(shù)碼管為帶小數(shù)點(diǎn)的七段LED數(shù)碼管。驅(qū)動(dòng)這三位數(shù)碼管，至少需要21條驅(qū)動(dòng)線，為了節(jié)省CPU的I/O口線，顯示電路采用CPU的串行口RXD和TXD通過74LS164進(jìn)行輸出口線擴(kuò)展。74LS164是串入并出的8位移位寄存器，在腳所加脈沖的上升沿作用下，把、腳（一般并聯(lián)使用）輸入的串行數(shù)據(jù)鎖存在并行輸出端，通過這些并行口線驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的各字段。數(shù)碼管選用共陽的E10501-GP，當(dāng)74LS164

30、的輸出端口某線為低電位時(shí)，對(duì)應(yīng)的字段被點(diǎn)亮。D/A轉(zhuǎn)換電路主要由AT89C2051 (CPU) 、數(shù)/模轉(zhuǎn)換器DAC0832及HA17741運(yùn)算放大器等元件組成。 AT89C2051的P1口作為數(shù)據(jù)端口與DAC0832的8位數(shù)據(jù)線相連。AT89C2051內(nèi)含2K字節(jié)的ROM，無需外部存儲(chǔ)器，因此選用它可使電路得到簡(jiǎn)化。本系統(tǒng)中，因?yàn)镃PU的工作任務(wù)是單一的，而且數(shù)據(jù)傳送的目標(biāo)地址也是唯一的，因此，DAC0832采用直通的工作方式，該芯片的CS、WR1、XFER、 WR2四個(gè)使能端均與地相接處于有效狀態(tài)，這種工作方式不需給DAC0832分配地址空間，CPU的P1口的數(shù)據(jù)變化直接反映到DAC083

31、2的輸出端。DAC0832是一種典型的8位D/A轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部為雙緩沖寄存器即輸入寄存器和DAC寄存器,WR1、WR2分別為該兩寄存器的寫信號(hào)輸出端，ILE為輸入鎖存使能端高電平有效，CS為片選端，XFER為傳輸控制端，它和WR2共同控制DAC寄存器的工作狀態(tài)。DAC0832有兩個(gè)接地端AGND(模擬電路接地端)和DGND(數(shù)字信號(hào))接地端，一般情況下，這兩個(gè)地端均并聯(lián)接地。DAC0832的D/A轉(zhuǎn)換電路為倒T型R-2R電阻網(wǎng)絡(luò)，故有Iout1和Iout2兩個(gè)電流輸出端，根據(jù)不同的電路組成，該芯片可以有兩種輸出模式，一種為電流輸出模式,這種模式基準(zhǔn)電壓加在VREF端,由Iout1、Iout2輸出

32、的電流經(jīng)運(yùn)算放大器相加后輸出;另一種為電壓輸出模式,這種模式基準(zhǔn)電壓加在Iout1和Iout2之間, 模擬電壓從VREF端輸出。 本電路采用后一種模式， 其基準(zhǔn)電壓通過R2和LM336-5V組成的穩(wěn)壓電路提供, 基準(zhǔn)電壓值為5V。本系統(tǒng)中根據(jù)電源輸出電壓512V的要求，D/A轉(zhuǎn)換電路須向受控電源提供雙極性的模擬控制電壓, 因此,電路需加HA17741運(yùn)算放大器，并要求該運(yùn)放接成差動(dòng)輸入方式。從附圖可知，V6是受控電源的控制信號(hào)，根據(jù)需要選擇不同的DAC0832輸入的數(shù)字量的值即可獲得不同的控制電壓V6，進(jìn)而可獲得所需的輸出電壓值。這就是本電路的基本工作原理。受控電源即電壓輸出電路實(shí)際上是由78

33、09三端穩(wěn)壓器和3DD15C大功率管組成。由于7809帶負(fù)載能力較差，因此，需通過大功率管3DD15C進(jìn)行擴(kuò)展。本電路中，7809的地端(第腳)不是直接接地，而是與運(yùn)放的輸出端第腳相接。根據(jù)7809三端穩(wěn)壓器的工作原理可知，在其地端腳與V6相連之后，其輸出端第腳的輸出電壓V3應(yīng)該為它本身的穩(wěn)值壓與V6之和。即：V3=9+V6。由于電壓輸出電路通過3DD15C大功率管進(jìn)行帶負(fù)載能力的擴(kuò)展，電源實(shí)際輸出的電壓是從該功率管的發(fā)射極輸出的，因此，電源輸出的電壓其實(shí)際值要比V3減少一個(gè)發(fā)射結(jié)的電壓降即.7V，所以電源輸出的電壓Vout=V3-0.7V=9+V6-0.7，由此可得出CPU的P1口輸出的數(shù)字

34、Dn（也就是不同的DAC0832輸入的數(shù)字量的值）與電源輸出電壓Vout的關(guān)系為：Dn=128(Vout-3.3)/5，這就確定了電源輸出電壓與CPU輸出數(shù)字Dn的關(guān)系，這是編程的依據(jù)。按照0.1V的步進(jìn)量，在512V的輸出電壓范圍內(nèi)，應(yīng)該有71個(gè)Dn值。編程時(shí)，根據(jù)Dn的表達(dá)式可算出全部的71個(gè)Dn值，并將這些值從小到大順序存在一張名為TAB1的表格中。要輸出某一電壓值，只要從該表格中查表取出與其相對(duì)應(yīng)的Dn值， 并通過D/A轉(zhuǎn)換電路即可得到所需的電壓。在本電路中， K1、 K2為輸出電壓選擇鍵，其中K1為“增加鍵”，該鍵每按下一次輸出電壓將在上一輸出值的基礎(chǔ)上增加0.1V,K2為“減少鍵”,其功能與K1鍵正好相反。程 序 設(shè) 計(jì)在本電路中， 由于CPU的工作任務(wù)是單一的，因此，程序的設(shè)計(jì)顯得比較簡(jiǎn)單，供參考的源程序見本刊網(wǎng)站。源程序的工作過程為：系統(tǒng)上電復(fù)位后，默認(rèn)輸出9V電壓，然后掃描K1、K2鍵，當(dāng)K1或K2有鍵按下時(shí)，程序跳轉(zhuǎn)至相應(yīng)的按鍵處理子程序，經(jīng)按鍵處理子程序處理后，再嵌套調(diào)用顯示及輸出子程序，完成顯示與輸出操作后返回主程序，繼續(xù)掃描此兩按鍵。從程序來看，電路的工作過程十分簡(jiǎn)單。但是在程序設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮的主要問題應(yīng)該有兩個(gè)方面。一方面要找出數(shù)字量Dn與輸出電壓的關(guān)系式，這