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(kāi)關(guān)電源的高效率特性與單片機系統自動(dòng)檢測和控制技術(shù)相結合，采用先進(jìn)的傳感器進(jìn)行數據采樣，運用適當的算法進(jìn)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(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C；穩壓；開(kāi)關(guān)電源；溫度傳感器

1 引言

直流穩壓電源是一種常見(jiàn)的電子儀器，廣泛地應用于電子電路、教學(xué)實(shí)驗和科學(xué)研究等領(lǐng)域。目前使用的直流穩壓電源大部分是線(xiàn)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(zhù)電子技術(shù)的飛速發(fā)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(zhù)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。以單片機系統為核心而設計制造出來(lái)的新一代智能穩壓電源不但電路簡(jiǎn)單，結構緊湊，價(jià)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(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(pán)方式，電源的外表美觀(guān)，操作使用方便，具有較高的使用價(jià)值。

2 工作原理

本智能穩壓電源以開(kāi)關(guān)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(guò)對開(kāi)關(guān)電源輸出電流、電壓進(jìn)行數據采樣與給定數據比較，從而調整和控制開(kāi)關(guān)電源的工作狀態(tài)，同時(shí)監測開(kāi)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(kāi)關(guān)調整電路，開(kāi)關(guān)調整電路在單片機的控制下輸出穩定的直流電。用戶(hù)可根據需要通過(guò)鍵盤(pán)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(dòng)對電源輸出電壓和電流進(jìn)行數據采樣，并與用戶(hù)給定數據進(jìn)行比較，然后根據設置的調整算法控制開(kāi)關(guān)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(shí)還要檢測電路的工作溫度和輸出電流，倘若超過(guò)給定值，就啟動(dòng)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(lái)保存最后一次從鍵盤(pán)輸入的電壓、電流數據以及溫度、脈寬調整數據等，每次開(kāi)機時(shí)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(lái)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(pán)輸入口，C口作為輸出，提供開(kāi)關(guān)調整電路激勵脈沖信號。具體框圖見(jiàn)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(guò)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(guò)各自放大器放大成與A/D轉換器相匹配的信號，經(jīng)多路選擇開(kāi)關(guān)CD4051送給A/D轉換器。由單片機CPU控制選擇有關(guān)通道進(jìn)行分時(shí)切換，實(shí)現二選一，依次將兩路模擬信號送至AD1674轉換器，進(jìn)行A/D轉換后變成數字信號，再經(jīng)光電耦合器送入8031單片機。

溫度傳感器采用ADI推出的固態(tài)溫度調節開(kāi)關(guān)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(diǎn)。安裝時(shí)將溫度傳感器與開(kāi)關(guān)管相接觸，檢測開(kāi)關(guān)管工作時(shí)的溫升，當開(kāi)關(guān)管溫升超過(guò)給定值(如80℃)時(shí)，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