一种新型的数字式可调稳压电源的电路研究

一、数字式可调稳压电源原理介绍

1.方案分析与选择

方案一：数控部分用单片机带动数模转换芯片提供线性稳压电压的参考电压。

优点：对于单片机，系统工作在开环状态，对数模转换的精度要求较高，设计成本低。

缺点：功耗较大，LED数码管输出显示不是系统的精确输出电压，须对它进行软件补偿。

方案二：数控部分用AVR单片机的PWM组成开关电源，再利用AVR的AD转换对输出电压进行实时转换，利用软件进行电压调整以达到稳压。

优点：硬件简单，稳压的大部分工作由软件完成，对单片机的运行速度要求很高，利用手头的ATmaga16L单片机最高8MHz工作频率很难达到速度要求。对软件要求较高，功耗小。

缺点：输出纹波电压较大，对软件的要求很高。

方案二简单的电路结构起初对设计者很吸引，但是后来了解到AVR单片机的PWM的精度用于开关电源比较勉强，而且开关电源有个通病：纹波电压大，考虑到设计目标对电源的功耗要求不是很严，同时为了保证纹波足够小也鉴于自身对于51单片机和线性电源较为熟练，故选择方案一。

2.总体设计原理

本设计采用AT89S52单片机作为整机的控制单元，利用4×4键盘输入数字量，通过控制单元输出数字信号，再经过D/A转换器(DA0832)输出模拟量，最后经过运算放大器隔离放大，控制输出功率管的基极，随着输出功率管的基极电压的变化，间接地改变输出电压的大小。

二、数字式可调稳压电源硬件电路设计

本系统的硬件电路设计主要围着AT89S5 2单片机作为整机的控制单元用P R O T E L99SE设计软件来布线的，其中还用到了模数转换芯片DAC0832、外部存储芯片24C01、放大器芯片LM324、4×4矩阵式键盘、数码管等其他器件。总体框图考虑到各个元件的电气特性，例如元器件之间的干扰问题，接地问题，布线问题等，本系统将硬件电路设计分为数字部分和模拟部分。

(一)稳压电源数字部分电路

稳压电源数字部分电路即单片机外围接口电路主要包括：DAC0832数模转换电路、EEPROM接口电路、键盘接口电路、扬声器接口电路、复位电路、晶振电路及数码管显示部分电路。

1.单片机外围接口总电路

单片机AT89S52与外围器件的接口总电路如图1所示，下面将各部分电路介绍，AT89S52的P0、P2.5-P2.7接数码管输出显示部分电路，其中P0口用来输出字段码;P2.5-P2.7用来输出数码管选通位信号;P2.0、P2.2分别接外部存储芯片24C01的数据线(SDA)和时钟线(SCL);P2.3接扬声器电路，为执行内部程序指令，EA/VPP必须接VCC.

AT89S52的P1口与数模转换芯片DAC0832相连接，用来输出数字量信号;RST为复位脚，用来输入复位信号，同时它还与P1.5-P1.7一起用作ISP下载端口;P3口用做键盘信号输入端口，XTAL1、XTAL2接晶振电路。

2.单片机外围电路接口电路

主要有：24C01与单片机AT89S52接口电路、4×4矩阵键盘接口电路、扬声器电路、AT89S52单片机复位电路及外部晶振电路、数码管显示部分电路。下面简单介绍一下存储芯片。

稳压电源设计中利用它存储电压输出值，实现掉电保存当前电压值的功能。它的引脚1、2、3、4、7接地;8脚接+5V;5脚与6脚分别接单片机的P2.0、P2.2的同时接5.1K上拉电阻后再接+5V(因连接总线的器件的输出端必须是集电极或漏极开路，以具备线“与”功能)。

3.数字部分电路PCB设计

本系统中，数字部分电路PCB采用Protel99se软件进行设计。如图2所示：

(二)稳压电源模拟部分电路

稳压电源模拟部分电路主要包括电源部分电路，由运放LM324、达林顿管TIP127等构成的输出电压控制单元电路。另外，模拟部分电路属于高压部分，稳压管和达林顿管发热量比较大，要带散热片;同时须将它与5V低压工作的数字部分电路分开，这样可有效地防止元件的损坏，这也是系统为什么将电路设计分为数字部分和模拟部分的原因。

1.电源部分电路

在系统设计中考虑到单片机及其他器件的电源供电问题，采用一个变压器将220V交流电降压再经电桥整流，获得25V左右的平稳电压，然后用稳压管78L24、78L12、78L05进行三次稳压，分别获得24V、12V和5V的稳定电压，24V提供的是运算放大器LM324和达林顿管TIP127的工作电压，5V是AT89S52单片机和DAC0832的工作电压。图3所示。

2.输出电压控制单元电路

系统中，矩阵键盘输入数字信号经AT89S52处理后输出给DAC0832,数字信号经过数模转换后输出的是电流量，因此必须将电流量接电阻后接反馈放大电路以实现稳压输出。本设计的模拟部分利用了LM324作为放大器，采用二级放大电路，第一级为同相比例放大电路，第二级为闭环反馈放大电路。

本设计实际用到的数字式可调稳压电源模拟部分输出电压控制