引言
直流穩(wěn)壓電源是一種常見的電子儀器，其廣泛應用于實驗教學和科學研究等領域。目前使用的直流穩(wěn)壓電源大部分存在諸多缺點，如輸出不可調(diào)、電壓不穩(wěn)定等等，因而導致實驗結果不精確。以SG3525控制芯片和單片機為核心設計制造的智能穩(wěn)壓開關電源，電路簡單，價格低廉，性能卓越。因其利用單片機設置周密的保護監(jiān)測系統(tǒng)，確保了電源運行可靠，所以具有較高的使用價值。
1、調(diào)節(jié)原理及控制方案
圖1 3525傳統(tǒng)控制框圖
采用SG3525控制的開關電源傳統(tǒng)控制方案如圖1所示。3525通過檢測輸出電壓，與給定基準電壓進行比較，從而自身調(diào)節(jié)輸出的脈沖波形占空比，控制主電路開關管的關斷以達到穩(wěn)定輸出的目的。3525傳統(tǒng)的控制方式突出的缺點在于基準電壓是恒定的，所示輸出也是恒定的。這點對于專用電源沒有什么問題，但對于像學校實驗室等場所，需要的電源并不是專門用于某一個設備的，其電壓大小根據(jù)設備的變化而變化，這樣就需要對原有的控制方式進行修改。
圖2 修改過的3525控制框圖
修改后的框圖如圖2所示。電源的輸出大小由鍵盤輸入單片機，單片機根據(jù)鍵盤輸入給出基準電壓，使得主電路輸出穩(wěn)定。
2、程控電源部分硬件電路設計
如圖3所示為電源的原理框圖。智能穩(wěn)壓電源以開關電源為基礎電路，高性能C8051F020單片機為控制核心。電源硬件電路主要由整流濾波電路、Boost電路、PWM控制電路和鍵盤顯示電路等部分組成。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(shù)據(jù)采樣，與給定數(shù)據(jù)比較，從而調(diào)整和控制開關電源的工作狀態(tài)，同時監(jiān)測開關電路的工作溫度和輸出電流大小。整個系統(tǒng)有如下功能：可預置輸出電壓值，電壓值有鍵盤設定和步進調(diào)整兩種模式，步進值1V;電路電流超限時，系統(tǒng)能夠自動實現(xiàn)過流保護功能;具有輸出電壓、電流的測量和數(shù)字顯示功能。
圖3 程控開關電源原理框圖
2.1、整流濾波電路
電源變壓器T將交流電網(wǎng)220V的電壓變?yōu)?8V交流電，然后通過整流橋芯片D25SBA8050將交流電壓變成脈動的直流電壓，C1、C2對脈動的直流電壓進行濾波，濾波后的電壓一方面供給DC-DC變換電路，另一方面經(jīng)三端穩(wěn)壓芯片LM7812給單片機系統(tǒng)板和其它芯片供電。
2.2、信號采樣網(wǎng)絡及處理電路設計
電壓信號的采樣通過檢測小電阻上的電壓獲得，該采樣電阻上的電壓值應該與電路的輸出電壓之間存在一定的比例關系，本設計中該比例為1：20;電流的采樣先是檢測采樣電阻上的電壓，再經(jīng)過換算而得到。
要得到最終的電壓采樣信號，需先經(jīng)過運放組成的減法電路，然后用電壓跟隨器進行隔離;電流采樣電路中，電壓信號先經(jīng)跟隨器隔離，然后經(jīng)過減法電路處理得到最終值。運算放大器選用單電源供電的雙運方LM358。最后信號進入C8051F020內(nèi)部的ADC進行轉換，再通過顯示模塊來顯示電壓、電流數(shù)值。
2.3、PWM控制電路設計
PWM器件的種類比較多，功能也各有不同。PWM器件根據(jù)輸出反饋和調(diào)節(jié)脈沖方波的占空比來驅動功率器件、高頻變壓器、整流和濾波等電路，從而得到穩(wěn)定的直流輸出電壓。
SG3525是電壓控制型PWM控制器，所謂電壓控制型脈寬調(diào)制器是按照接反饋電壓來調(diào)節(jié)脈寬的。SG3525為16引腳DIP封裝。如圖4所示為SG3525的外圍電路。
圖4 SG3525的外圍電路
圖4中，R10和R19分別為誤差放大器的反相和同相輸入端的輸入電阻，兩者取值為10K;R13、C14分別為片內(nèi)振蕩器的定時電阻和定時電容，電容取98pF，改變R13阻值即可改變頻率;R12為C7的放電電阻;C15為SG3525的軟啟動電容;SG3525的9腳和1腳之間串入電阻和電容，構成比例積分反饋網(wǎng)絡;考慮到電路的簡單化，SG3525的Shutdown(引腳10)通過電阻有效接地，使得SG3525始終處于工作狀態(tài)。
3、軟件設計與實驗結果
系統(tǒng)軟件設計采用結構化程序設計方法，軟件主體流程圖如圖5所示。系統(tǒng)首先完成系統(tǒng)硬件和系統(tǒng)變量的初始化(包括檢測設定輸出，檢測初始電壓電流并顯示等)，再由單片機讀取設定的輸出值，進行數(shù)據(jù)處理，然后送至SG3525控制輸出;另外由單片機D/A轉換處理，最后由單片機控制顯示接口芯片顯示輸出的電壓值，即為開關穩(wěn)壓電源的輸出值。
圖5 程序流程框圖
在實驗室中，對該穩(wěn)壓電源進行了測試。其基本指標為：
(1)輸出電壓范圍0～36V;
(2)最大輸出電流1.95A;
(3)電壓調(diào)整率≤2%;
(4)負載調(diào)整率≤5%;
(5)輸出噪聲紋波電壓峰-峰值≤017V;
(6)具有過流保護功能。各項技術指標都達到了較高水平，運行情況良好。
4、結語
本文采用單片機控制傳統(tǒng)的PWM芯片3525來控制功率管的通斷，以達到穩(wěn)壓的目的，在傳統(tǒng)的控制方案上做了修改，使得輸出電壓可調(diào)。該電源除具有傳統(tǒng)開關電源穩(wěn)定性好、效率高、響應速度快等優(yōu)點外，還可以對輸出電壓進行鍵盤設定和步進調(diào)整，并且有很強的帶負載能力，可靠性高。
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