時間：2023-05-29 17:59:12
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇穩壓電源，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
關鍵詞：LM317；可調；穩壓電源
直流穩壓電源一般由電源變壓器，整流，濾波電路及穩壓電路所組成。變壓器把市電交流電壓變為所需要的低壓交流電。整流器把交流電變為直流電。經濾波后，穩壓器再把不穩定的直流電壓變為穩定的直流電壓輸出。
1 LM317 簡介
LM317是應用最為廣泛的電源集成電路之一，它不僅具有固定式三端穩壓電路的最簡單形式，又具備輸出電壓可調的特點。此外，還具有調壓范圍寬、穩壓性能好、噪聲低、紋波抑制比高等優點。其主要性能參數如下。
輸出電壓：1.25～37VDC；輸出電流：5mA～1.5A；芯片內部具有過熱、過流、短路保護電路；最大輸入-輸出電壓差：40V DC，最小輸入-輸出電壓差：3V DC； 使用環境溫度：-10～+85℃ 。
2 性能指標要求
（1）輸出電壓可調：UO=+3V～+9V。
（2）最大輸出電流：I0max=800mA。
（3）輸出電壓變化量：Vop_p5mV。
（4）穩壓系數：Sv3×10-3。
3 電路圖如下
元件清單如下：二極管都是IN4007，電阻22KΩ一個，200Ω一個，2KΩ可調一個，LED燈一個，LM317穩壓模塊一個，電解電容1000U一個，220U一個，瓷片電容103一個，鱷魚夾二個，電源線一根，PCB萬能板一塊，變壓器一個。
4 總體設計思路
本設計主要采用直流穩壓構成集成穩壓電路，通過變壓，整流，濾波，穩壓過程將220V交流電，變為穩定的直流電，并實現電壓可在3-9V之間可調。LM317可調式三端穩壓器電源能夠連續輸出可調的直流電壓. 它能連續可調正負電壓，穩壓器內部含有過流，過熱保護電路。
（1）電源變壓器：電源變壓器是降壓變壓器，它的作用是將220V的交流電壓變換成整流濾波電路的需要的交流電壓。
（2）整流電路：整流采用橋式整流電路，用4個IN4007二極管對交流電進行整流，使之成為脈沖直流電。其構成原則就是保證在變壓器副邊電壓u2的整個周期內，負載上的電壓和電流方向始終不變。為達到這一目的，就要在u2的正、負半周內正確引導流向負載電流。設壓器副邊兩端分別為A和B，則A為“+”、B為“-”時應有電流流出。A為“-”、B為“+”時應有電流流入A點；相反A為“+”、B為“-”時應有電流流入B點，A為“-”、B為“+”時應有電流流出B點；因而A和B點應分別接兩只二極管的陰極和陽極，以引導電流；當U2為正半周期時，電流由A點流出，經D1、RL、D3流入B點，因而負載電阻RL上的電壓等于變壓器的副邊電壓，即UO= U2， D2和D4管承受的反向電壓為-U2。當U2為負半周時，電流由B點流入，經D2、RL、D4流入A點，負載電阻上的電壓等于-U2，即UO=-U2，D1、D3承受的反向電壓為U2。
這樣，由于D1、D3和D2、D4兩對二極管交替導通，使得負載電阻RL上在U2的整個周期內都有電流通過，而且方向不變，輸出電壓為UO=|√2U2sinωt |。
（3）濾波電路：濾波電路可以將整流電路輸出電壓中的交流波紋成分大部分濾除，輸出波紋較小的直流電壓。當變壓器副邊電壓U2 處于正半周并且數值大于電容兩端電壓Uc時，二極管D1、D3導通，電流一路經負載電阻RL，另一路對電容C充電。因為在理想情況下，變壓器副邊無損耗，二極管導通電壓為零，所以電容兩端電壓Uc與U2相等。當U2上升到峰值以后開始下降，電容通過負載電阻RL，其電壓Uc也開始下降，趨勢與U2基本相同。但是由于電容按指數規律放電，所以當U2下降到一定數值以后，Uc的下降速度小于U2的下降速度，使Uc大于U2從而導致D1、D3反向偏置而變為截止。此后電容C繼續通過RL放電，Uc按指數規律緩慢下降。
當U2的負半周幅值變化到恰好大于Uc時，D2、D4因加正向電壓變為導通狀態，U2再次對C充電，Uc上升到U2的峰值后又開始下降，下降到一定值時D2、D4變為截止，C對RL放電，Uc按指數規律緩慢下降；放電到一定值時D1、D3變為導通，重復上述過程
（4）穩壓電路：這里是選用LM317穩壓模塊對電路進行穩壓。它是利用穩壓管兩端的電壓稍有變化，會引起其電流有較大變化這一特點，通過調節與穩壓管串聯的限流電阻上的壓降來達到穩定輸出電壓的目的。
5 產品的安裝與調試
根據電路圖進行安裝與調試，接入220V市電，用萬用表對電源各波段的電壓進行測試，通過對電壓的測試檢測產品是否合格。
參考文獻
1 中國計量出版社組編.新編電子電路大全[M].北京：中國計量出版社，2001
2 童詩白，華成英主編.模擬電子基礎[M].北京：高等教育出版社，2006
【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。是電經整流、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。
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。
3.3 開關管控制信號發生電路
為了精確控制開關電路的電壓輸出，本系統采用脈寬調制的控制方式調節開關管的工作狀態。8155把單片機的高頻脈沖信號分頻后變成適宜的開關脈沖信號，作為8155的計數脈沖和門控信號，單片機把給定值與傳感器采集的信號進行比較，產生誤差信號，根據電壓控制算法設置8155產生不同占空比(0～90％)的方波信號，經過光電耦合器控制開關調整電路輸出設定的電壓。
3.4 監測和保護系統
為了使智能穩壓電源能可靠、安全地工作，本系統設置了多重監測和保護系統，主要包括過熱保護、過流保護和短路保護，其中過熱保護采用中斷方式控制。單片機系統通過溫度傳感器和電流傳感器檢測開關電路的工作溫度和電源輸出電流，倘若溫度和電流超過給定值，單片機系統就切斷開關電路激勵信號并啟動聲光報警。單片機對短路保護采用電壓和電流雙重檢測，只有當電壓很低，電流很大時才啟動短路保護。
3.5 鍵盤及顯示電路
智能穩壓電源的鍵盤與顯示部分裝在儀器操作面板上，由8位LED數碼管，3個LED指示燈以及16只鍵構成，其
中4位數碼管顯示電源電壓，4位數碼管顯示電流，3個燈作為報警顯示。鍵盤與顯示電路通過8155接口電路與8031相接。
4 軟件設計
本系統軟件是由一個主程序，兩個中斷服務程序和一個子程序組成，它控制著智能穩壓電源有條不紊地工作。
在初始化過程中，先是將8031各個口復位，然后從EEROM中讀出上次關機前存入的數據，控制開關電路，并進行顯示。初始化完成后，開中斷。若有中斷請求則響應，否則進行數據采樣并讀給定值，然后進行數據處理，若有短路或過流情況發生，則調用報警保護子程序，若沒有短路或過流情況發生，則接照電壓控制算法重新設置脈寬，激勵開關電路。兩個中斷服務程序分別是過熱檢測保護報警程序和鍵盤設定程序，子程序是保護報警程序。
電源是一切電子設備的基礎，沒有電源就不會有如此種類繁多的電子設備。中職學校電工電子專業的同學作為初學者首先遇到的就是要解決電源問題，否則電路無法工作、電子制作無法進行，學習就無從談起。
【關鍵詞】
直流穩壓電源 設計 優化 測評
【正文】
電子設備對電源電路的要求就是能夠提供持續穩定、滿足負載要求的電能，而且通常情況下都要求提供穩定的直流電能。另外，很多中職學校的電工電子專業初學階段首先遇到的就是要解決電源問題，否則電路無法工作、電子制作無法進行，學習就無從談起。下面我們就直流電源的基本設計問題進行探索。根據中職學生在校學習階段的實際需要，提出以下的設計任務和要求：
一、設計要求
1．輸出電壓可調：Uo= +3V ～ +9V
2．最大輸出電流：Io max= 800mA
3．輸出電壓變化量：ΔVop_p≤5mV
4. 穩壓系數：SV≤3×10-3
二、設計方案和論證
穩壓電源由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩壓電路四個部分組成，基本設計：
方案一：單相半波整流電路
傳統單相半波整流簡單，使用元件少，它只對交流電的一半波形整流，只要橫軸上面的半波或者只要下面的半波，所以整流效率不高，而且整流電壓的脈動較大，無濾波電路時，整流電壓的直流分量較小，Vo=0.45Vi，變壓器的利用率低。
方案二：單相橋式整流電路
使用的整流元件較全波整流時多一倍，整流電壓脈動與全波整流相同，每個元件所承受的反向電壓為電源電壓峰值。根據實際情況，綜合3種方案的優缺點:決定選用方案二。
三、各電路設計和參數估算
整流電路采用橋式整流電路，電路所示。在u2的正半周內，二極管D1、D2導通，D3、D4截止；u2的負半周內，D3、D4導通，D1、D2截止。
在設計時，常利用電容器兩端的電壓不能突變和流過電感器的電流不能突變的特點，將電容器和負載電容并聯或電容器與負載電阻串聯，以達到使輸出波形基本平滑的目的。選擇電容濾波電路后，直流輸出電壓：Uo1=(1.1～1.2)U2，直流輸出電流：
（I2是變壓器副邊電流的有效值。），穩壓電路可選集成三端穩壓器電路。
3．1集成三端穩壓器的選擇
三端可調式集成穩壓器內部含有過流、過熱保護電路，具有安全可靠，性能優良、不易損壞、等優點。其電壓調整率和電流調整率均優于固定式集成穩壓構成的可調電壓穩壓電源。LM317系列和lM337系列的引腳功能相同。
輸出電壓表達式為:
在式中，1.25是集成穩壓塊輸出端與調整端之間的固有參考電壓 ，此電壓加于給定電阻 兩端，將產生一個恒定電流通過輸出電壓調節電位器 ，電阻 常取值 。電路加入了二極管D，用于防止輸出端短路時10µF大電容放電倒灌入三端穩壓器而被損壞。
LM317其特性參數：
輸出電壓可調范圍：1.2V～37V
輸出負載電流：1.5A
輸入與輸出工作壓差ΔU=Ui-Uo：3～40V
能滿足設計要求,故選用LM317組成穩壓電路。
3．2電源變壓器的選擇
電源變壓器的作用是將來自電網的220V交流電壓u1變換為整流電路所需要的交流電壓u2。電源變壓器的效率為：
由于LM317的輸入電壓與輸出電壓差的最小值 ，輸入電壓與輸出電壓差的最大值 ，故LM317的輸入電壓范圍為：
即
，取
變壓器副邊電流： ，取 ，
因此，變壓器副邊輸出功率：
由于變壓器的效率 ，所以變壓器原邊輸入功率 ，為留有余地，選用功率為 的變壓器。
3．3整流二極管和濾波電容的選用
由于： ， 。
IN4001的反向擊穿電壓 ，額定工作電流 ，故整流二極管
選用IN4001。
3．4濾波電容
根據，
和公式
可求得：
所以，濾波電容：
電容的耐壓要大于 ，故濾波電容C取容量為 ，耐壓為 的電解電容。
四、 原理圖和元件清單
1． 使用DXP2004設計總原理圖，然后由軟件自動生成的元件清單。
2． 元件需要三極管、二極管、電解電容、電阻、穩壓管、電位器若干。
五、安裝與調試(使用Multisim10調試)
按PCB圖，制作好電路板。安裝時，先安裝小元件，這樣方便元件的擺放，因此先安裝整流電路，再安裝穩壓電路，最后再裝上濾波電路。軟件如果沒有LM317元件，用LM117代替。模擬實驗中：
1. 電位器R2取最大值時，Uo=9.088V
2. 同理電位器R2取最小值時,Uo=2.983V
3. 電位器在0到10K之間，輸出電壓連續可調：約為3V~9V。
六、測試性能與分析
1．輸出電壓與最大輸出電流的測試
一般情況下，穩壓器正常工作時，其輸出電流I0要小于最大輸出電流，Iomax，取 ，可算出RL=20Ω，工作時 上消耗的功率為：
故 取額定功率為10W，阻值為20 Ω的電位器。
測試時，先使 ，交流輸入電壓為220V，用數字電壓表測量的電壓值就是Uo。然后慢慢調小 ，直到Uo的值下降5%，此時流經 的電流就是 ，記下 后，要馬上調大 的值，以減小穩壓器的功耗。當R5（RL）=20歐姆，Uo=8.78V, Io=438.979mA，同理Uo下降5%（8.332V）時，Io=846.644mA,即Iomax=Io.
2．紋波電壓的測試
用示波器觀察Uo的峰值，（此時Y通道輸入信號采用交流耦合AC），測量ΔUop-p
的值（約幾mV）。由示波器得出：ΔUop-p=106。845uV
3．穩壓系數的測量
按實際連接電路， 在 時，測出穩壓電源的輸出電壓Uo。然后調節自耦變壓器使輸入電壓 ，測出穩壓電源對應的輸出電壓Uo1 ；再調節自耦變壓器使輸入電壓 ，測出穩壓電源的輸出電壓Uo2。則穩壓系數為：
因為，在調試中，無法得到自耦變壓器，所以只能把電壓歸算到降壓器的輸出電壓(Ui):
U1=198V,Ui=10.8V,U1=220V,Ui=12.0V,U1=242V,Ui=13.2V
Ui=10.8V時，Uo=8.72V Ui=13.2V時，Uo=8.740V
所以，穩壓系數： =0.0022
結論：誤差在允許的范圍內，本設計已達到要求。
論文關鍵詞： 直流穩壓電源 單片機 數字控制
論文摘要：本系統以直流電壓源為核心，AT89S52單片機為主控制器，通過鍵盤來設置直流電源的輸出電壓，設置步進等級可達0.1V，輸出電壓范圍為0—9.9V，最大電流為330mA，并可由液晶屏顯示實際輸出電壓值。系統有過流保護電路，當輸出電流過大時功率管自動截至，而且有紅色指示燈發出警報。本系統由單片機程控輸出數字信號，經過D/A轉換器（AD0832）輸出模擬量，再經過運算放大器隔離放大，控制輸出功率管的基極，隨著功率管基極電壓的變化而輸出不同的電壓。實際測試結果表明，本系統實際應用于需要高穩定度小功率恒壓源的領域。
Keywords： regulated power supply of direct current; single2ch ip m icrocomputer， digital control
Abstract：This system to dc voltage source as the core， mainly AT89S52 SCM， through the keyboard controller to install dc power supply output voltage， setting stepping class can reach.01v output voltage， the range of 0-9.9 V， the maximum current 330mA for， and can show the actual pipe by digital output voltage values. This system consists of microcontroller program output digital signal， through D/A converter (AD0832) output analog amplifier， through isolating amplifier output power， control of base， with the power to change the passive tube voltage output of different voltage. Test results show that this system application in need of high stability of small power constant-voltage source fields.
1 引言
幾乎所有的電子設備都需要穩定的直流電源，因此直流穩壓電源的應用非常的廣泛。 直流穩壓電源的電路形式有很多種，有串聯型、開關型、集成電路、穩壓管直流穩壓電源等等。在電子設備中，直流穩壓電源的故障率是最高的（長期工作在大電流和大電壓下，電子元器件很容易損壞）但在直流穩壓電源中，通過整流、濾波電路所獲得的直流電源的電壓往往是不穩定的。輸出電壓在電網電壓波動或負載電流變化時也會隨之有所改變。電子設備電源電壓的不穩定，將會引起很多問題。設計出質量優良的直流穩壓電源，才能滿足各種電子線路的要求。因此，直流穩壓電源的研究就頗為重要。目前產生直流穩壓電源的方法大致分為兩種:一種是模擬方法，另一種是數字方法。前者的電路均采用模擬電路控制，而后者則是通過數字電路進行自動控制。直流穩壓電源朝著數字化方向發展。因此對于數控恒壓源的研究是必要的。隨著科學技術飛速發展，對電源可靠性、輸出精度和穩定性要求越來越高，利用D/ A 轉換器的高分辨率和單片機的自動檢測技術設計程控電源就顯示出其優越性。程控電源既能方便輸入和選擇預設電壓值又具有較高精度和穩定性，而且可以任意設定輸出電壓或電流，所有功能由面板上的鍵盤控制單片機實現，給電路實驗帶來極大的方便，提高了工作效率。
2 系統方案論證與比較
方案一：采用各類數字電路來組成鍵盤控制系統，進行信號處理，如選用CPLD等可編程邏輯器件。本方案電路復雜，靈活性不高，效率低，不利于系統的擴展，對信號處理比較困難。
方案二：采用AT89S52單片機作為整機的控制單元，通過改變DAC0832的輸入數字量來改變輸出電壓值，從而使輸出功率管的基極電壓發生變化，間接地改變輸出電壓的大小。為了能夠使系統具備檢測實際輸出電壓值的大小，可以將輸出電壓經過ADC0832進行模數轉換，間接用單片機實時對電壓進行采樣，然后進行數據處理及顯示。此系統比較靈活，采用軟件方法來解決數據的預置以及電壓的步進控制，使系統硬件更加簡潔，各類功能易于實現，能很好地滿足題目的要求。
比較以上兩種方案的優缺點，方案二簡潔、靈活、可擴展性好，能達到題目的設計要求，因此采用方案二來實現。
3 總體方案框圖
系統總體方案框圖如圖1所示:
圖1 系統原理框圖
4 系統部分功能設計
4.1 穩壓輸出部分
4.1.1 穩壓輸出原理與電路
這部分將數控部分送來的電壓控制字轉換成穩定電壓輸出。D/A轉換部分的輸出電壓作為穩壓輸出電路的參考電壓。穩壓輸出電路的輸出與參考電壓成比例。穩壓輸出電路采用的是串聯式反饋穩壓電路（如圖2），在電路中，Q1—TIP122為調整管，U6A—LM358 為比較放大器，R19、R22組成反饋網絡。D/A轉換電路的輸出電壓DAOUT接到 U6A 的同向端，穩壓電源的輸出經R19、R22組成的取樣電路分壓后送到運放U6A的反向端，經運放比較放大后，驅動調整管Q1。路平衡時，D/A電路的輸出電壓 與取樣后的電壓 相等。
穩壓輸出部分的過流保護電路由R21和Q2組成。設 為保護動作電流，則當電源輸出電流I增加到 時，R21上的壓降 *R21使得Q2管導通，分掉了Q1上的基極電流，使輸出I不再增加，起到了過流保護作用。
圖2 穩壓輸出部分
4.1.2 穩壓輸出部分仿真圖
圖3 穩壓電路仿真圖
一般的直流穩壓電源是用可變電阻來實現輸出電壓的調節，那么要在直流穩壓電源的基礎上實現數字控制的話，實際上很簡單，我們只要將可變電阻換成數字控制部分來代替，就能實現數控恒壓源這一課題。所以，首先要做的，就是選擇合適的穩壓輸出電路并對其可行性進行了仿真。如圖9，很容易就驗證了此穩壓輸出電路的可靠。
4.2數字控制部分
4.2.1 單片機部分
圖4 單片機控制部分
控制部分是系統整機協調工作和智能化管理的核心部分，采用AT89S52單片機實現控制功能是其關鍵，采用單片機不但方便監控，并且大大減少硬件設計。
4.2.2 D/A轉換部分
系統設置D/A轉換接口，采用8位模數轉換器DAC0832。其電路如圖5.
圖5 D/A轉換部分
D/A轉換部分的輸出電壓作為穩壓輸出電路的參考電壓。穩壓輸出電路的輸出與參考電壓成比例。8位字長的D/A轉換器具有256種狀態。當電壓控制字從0，1，2，……到256時，電源輸出電壓為0.0，0.06，……15.0。
其時序圖如圖6：
圖6 DAC0832數模轉換時序圖
Clk為時鐘端，Data為輸入數據，LOAD為輸入控制信號。
每路電壓輸出值的計算：
REF為參考電壓，data為輸入8位的比特數據；
我們這里用的REF=5v；
4.2.3 A/D轉換部分
A/D轉換部分我們采用美國國家半導體公司生產的一種8 位分辨率、雙通道A/D轉換芯片ADC0832。其電路圖如圖7所示：
圖7 A/D轉換部分
ADC0832 是美國國家半導體公司生產的一種8 位分辨率、雙通道A/D轉換芯片。由于它體積小，兼容性，性價比高而深受單片機愛好者及企業歡迎，其目前已經有很高的普及率。學習并使用ADC0832 可是使我們了解A/D轉換器的原理，有助于我們單片機技術水平的提高。
4.2.3.1 ADC0832 具有以下特點：
· 8位分辨率；
· 雙通道A/D轉換；
· 輸入輸出電平與TTL/CMOS相兼容；
· 5V電源供電時輸入電壓在0~5V之間；
· 工作頻率為250KHZ，轉換時間為32μS；
· 一般功耗僅為15mW；
· 8P、14P—DIP（雙列直插）、PICC 多種封裝；
· 商用級芯片溫寬為0°C to +70°C，工業級芯片溫寬為?40°C to +85°C；
4.2.3.2 芯片接口說明：
· CS_ 片選使能，低電平芯片使能。
· CH0 模擬輸入通道0，或作為IN+/-使用。
· CH1 模擬輸入通道1，或作為IN+/-使用。
· GND 芯片參考0 電位（地）。
· DI 數據信號輸入，選擇通道控制。
· DO 數據信號輸出，轉換數據輸出。
· CLK 芯片時鐘輸入。
· Vcc/REF 電源輸入及參考電壓輸入（復用）。
ADC0832 為8位分辨率A/D轉換芯片，其最高分辨可達256級，可以適應一般的模擬量轉換要求。其內部電源輸入與參考電壓的復用，使得芯片的模擬電壓輸入在0~5V之間。芯片轉換時間僅為32μS，據有雙數據輸出可作為數據校驗，以減少數據誤差，轉換速度快且穩定性能強。獨立的芯片使能輸入，使多器件掛接和處理器控制變的更加方便。通過DI 數據輸入端，可以輕易的實現通道功能的選擇。
4.2.3.3 單片機對ADC0832 的控制原理：
正常情況下ADC0832 與單片機的接口應為4條數據線，分別是CS、CLK、DO、DI。但由于DO端與DI端在通信時并未同時有效并與單片機的接口是雙向的，所以電路設計時可以將DO和DI 并聯在一根數據線上使用。當ADC0832未工作時其CS輸入端應為高電平，此時芯片禁用，CLK 和DO/DI 的電平可任意。當要進行A/D轉換時，須先將CS使能端置于低電平并且保持低電平直到轉換完全結束。此時芯片開始轉換工作，同時由處理器向芯片時鐘輸入端CLK 輸入時鐘脈沖，DO/DI端則使用DI端輸入通道功能選擇的數據信號。在第1 個時鐘脈沖的下沉之前DI端必須是高電平，表示啟始信號。在第2、3個脈沖下沉之前DI端應輸入2 位數據用于選擇通道功能。其時序圖如圖8.
圖8 ADC0832時序表
如圖所示，當此2 位數據為“1”、“0”時，只對CH0 進行單通道轉換。當2位數據為“1”、“1”時，只對CH1進行單通道轉換。當2 位數據為“0”、“0”時，將CH0作為正輸入端IN+，CH1作為負輸入端IN-進行輸入。當2 位數據為“0”、“1”時，將CH0作為負輸入端IN-，CH1 作為正輸入端IN+進行輸入。到第3 個脈沖的下沉之后DI端的輸入電平就失去輸入作用，此后DO/DI端則開始利用數據輸出DO進行轉換數據的讀取。從第4個脈沖下沉開始由DO端輸出轉換數據最高位DATA7，隨后每一個脈沖下沉DO端輸出下一位數據。直到第11個脈沖時發出最低位數據DATA0，一個字節的數據輸出完成。也正是從此位開始輸出下一個相反字節的數據，即從第11個字節的下沉輸出DATD0。隨后輸出8位數據，到第19個脈沖時數據輸出完成，也標志著一次A/D轉換的結束。最后將CS置高電平禁用芯片，直接將轉換后的數據進行處理就可以了。
4.2.4 鍵盤部分
由于要實現人機對話，要顯示0—9.9V的電壓值，我們自制3*4按鍵的鍵盤來完成整個系統控制。電路原理如圖9所示。
圖9 鍵盤與顯示電路圖
按鍵的具體意義如下：
4.2.5顯示部分
本方案采用YM12864型lcd，可直接顯示4*8個漢字，界面友好，支持串并行兩種連接方式，其電路連接如圖10所示：
圖10 LCD12864與單片機連接圖
YM12864是一種具有4位/8位并行、2線或3線串行多種接口方式，內部含有國標一級、二級簡體中文字庫的點陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為128×64， 內置8192個16*16點漢字，和128個16*8點ASCII字符集.利用該模塊靈活的接口方式和簡單、方便的操作指令，可構成全中文人機交互圖形界面。可以顯示8×4行16×16點陣的漢字。 也可完成圖形顯示。
4.2.5.1 串行接口
*注釋1：如在實際應用中僅使用串口通訊模式，可將PSB接固定低電平，也可以將模塊上的J8和“GND”用焊錫短接。
*注釋2：模塊內部接有上電復位電路，因此在不需要經常復位的場合可將該端懸空。
*注釋3：如背光和模塊共用一個電源，可以將模塊上的JA、JK用焊錫短接。
4.2.5.2 并行接口
管腳名稱
管腳功能描述
VSS
電源地
VCC
電源正
V0
對比度（亮度）調整
RS(CS）
RS=“H”，表示DB7——DB0為顯示數據
RS=“L”，表示DB7——DB0為顯示指令數據
R/W(SID)
R/W=“H”，E=“H”，數據被讀到DB7——DB0
R/W=“L”，E=“HL”， DB7——DB0的數據被寫到IR或DR
E(SCLK)
使能信號
DB0
三態數據線
DB1
三態數據線
DB2
三態數據線
DB3
三態數據線
DB4
三態數據線
DB5
三態數據線
DB6
三態數據線
DB7
三態數據線
PSB
H：8位或4位并口方式，L：串口方式（見注釋1）
NC
空腳
/RESET
復位端，低電平有效（見注釋2）
VOUT
LCD驅動電壓輸出端
A
背光源正端（+5V）（見注釋3）
K
背光源負端（見注釋3）
*注釋1：如在實際應用中僅使用并口通訊模式，可將PSB接固定高電平，也可以將模塊上的J8和“VCC”用焊錫短接。
*注釋2：模塊內部接有上電復位電路，因此在不需要經常復位的場合可將該端懸空。
*注釋3：如背光和模塊共用一個電源，可以將模塊上的JA、JK用焊錫短接。
5 總電路軟件實現流程圖
圖10 總流程圖
程序見后面附錄。
6 電源測試結果
6.1電壓測試
預置電壓（V）
顯示電壓（V）
測量電壓（V）
1
1.05
1.05
1.2
1.10
1.17
1.4
1.35
1.38
1.6
1.55
1.61
1.8
1.75
1.78
2
1.95
2.00
2.6
2.55
2.60
3
3.00
3.03
3.7
3.70
3.68
5
5.00
5.01
7
7.00
6.97
8
8.10
8.06
9
8.75
8.75
9.7
9.65
9.63
6.2 性能測試
性能指標
測量條件
測量結果
測量儀表
全程輸出電壓
0-9.9V
DM-311型數字萬用表
負載電流
=5V， =25
206mA
過流保護
330mA
用單片機控制電源時，輸出直流0-9.9V，液晶屏顯示清晰正確，誤差較小，完美的實現了數控恒壓源這一課題。
但在功能上還不夠強大，沒有顯示預置電壓等等，還可以進一步得到提高。
參考文獻
[1]康華光
電子技術基礎 高等教育出版社
[2]串聯型直流穩壓電源的仿真分析
廣西師范學院學報 第21卷第2期
[3]用單片機制作的直流穩壓可調電源 電子世界 2005年第11期
[4]劉華毅，李霞，徐景德 電力電子技術 第35卷第六期2001年12月
[5]陳小忠、黃寧、趙小俠 單片機接口技術實用子程序 人民郵電出版社
附錄
附錄1：系統總體電路圖
附錄2:系統總程序
;***************************************************
;
項目名稱：數控恒壓源
;
設計者：謝明亮，馬學強，蘇向陽
;本程序是設計的一個數控恒壓源，先用一個3*4的鍵盤輸入
;所用的電壓，再通過DAC0832輸出電壓。再采用一個ADC08
;32將電壓讀回單片機，單片機再采用一片LCD串口顯示出來。
;***************************************************
;以下接口定義根據硬件連線更改
ADCS
BIT P2.5
;使能接口
ADCLK
BIT P2.4
;時鐘接口
ADDO
BIT P2.3
;數據輸出接口（復用）
ADDI
BIT P2.3
;數據輸入接口
CS
BIT P3.0
;H=DATA，L=COM
SID
BIT P3.1
;H=READ，L=WRITE
SCLK
BIT P3.6
;
KEYBUF EQU 30H
COM
EQU 41H
;控制字暫存單元
DAT
EQU 42H
;顯示數據暫存單元
CODER
EQU 43H
;字符代碼暫存單元
ADDR
EQU 44H
;地址暫存單元
ORG 0
LJMP
START
ORG 3
LJMP
KEYSCAN
ORG 30H
START:MOV SP，#90H
LCALL DEL_40MS
LCALL INI
MOV 70H，#00H
MOV 71H，#00H
MOV 34H，#02
;裝入通道功能選擇數據值
SETB IT0
SETB EX0
MOV P1，#0FH
;將P1口低4位設為輸入，高4位清零
SETB EA
MOV KEYBUF，#00H
;起初輸出0V電壓
MOV R2，#01H
;置送數時送數空間不同的標志位。
CLR A
MOV 24H，A
;清零24h，25h，31H，32H，33H。
MOV 25H，A
MOV 31H，A
MOV 32H，#05H
MOV 33H，#00H
MOV ADDR，#80H
MOV DPTR，#WEL_1
MOV 40H，#16
LCALL W_LINE
MOV ADDR，#90H
MOV DPTR，#WEL_2
MOV 40H，#9
LCALL W_LINE
MOV ADDR，#95H
MOV DPTR，#WEL_3
LCALL W_LINE1
MOV ADDR，#88H
MOV DPTR，#WEL_4
MOV 40H，#16
LCALL W_LINE
MOV ADDR，#98H
MOV DPTR，#WEL_5
MOV 40H，#16
LCALL W_LINE
LCALL DEL_1500MS
LOOP: LCALL LIGHT
;調顯讀數與示子程序
SJMP LOOP
;****************************************************
;鍵盤掃描程序
;鍵碼存在KEYBUF單元，格式為數字0-9和.號，還有enter鍵
;****************************************************
KEYSCAN:PUSH
PSW
PUSH ACC
PUSH DPH
PUSH DPL
CLR RS1
SETB RS0
;選擇1區工作寄存器
LCALL DELAY
MOV A，P1
CPL A
ANL A，#0FH
JZ
FINISH
MOV DPTR，#TAB1
MOV P1，#0EFH
;掃描第一行
LCALL DELAY
MOV P1，#0EFH
MOV A，P1
CPL
A
ANL A，#0FH
JZ
K1
;第一行沒鍵按下，則掃描第二行
SJMP KEND
K1: MOV P1，#0DFH
;掃描第二行
LCALL DELAY
MOV P1，#0DFH
MOV A，P1
CPL A
ANL A，#0FH
JZ K2
;第二行沒鍵按下，則掃描第三行
ADD A，#5
SJMP
KEND
K2: MOV P1，#0BFH
;掃描第三行
LCALL DELAY
MOV P1，#0BFH
MOV A，P1
CPL A
ANL A，#0FH
JZ K3
;第三行沒鍵按下，則掃描第四行
ADD A，#10
SJMP
KEND
K3: MOV P1，#7FH
;掃描第四行
LCALL DELAY
MOV P1，#7FH
MOV A，P1
CPL A
ANL A，#0FH
JZ FINISH
;第四行沒鍵按下，則返回
ADD A，#15
KEND:MOVC A，@A+DPTR
MOV KEYBUF，A;
MOV
33H，#01H
;置有中斷標志
SJMP
FINISH
FINISH:MOV P1，#0FH
;為下一次掃描作準備
POP DPL
POP DPH
POP ACC
POP PSW
RETI
TAB1:DB 00H，01H，02H，00H，03H;，00H，00H，00H，33H
DB 00H，04H，05H，00H，06H;，00H，00H，00H，00H
DB 00H，07H，08H，00H，09H;，00H，00H，00H，0AH
DB 00H，0AH，00H，00H，0BH;，00H，00H，00H，46H
;**************************
;LCD的初始化子程序
;************************** INI:
MOV COM，#30H
;功能設定，基本指令
LCALL WCOM
MOV COM，#30H
;基本指令，8-bit模式，基本指令
LCALL WCOM
MOV COM，#0CH
;顯示開，游標關，反白關
LCALL WCOM
MOV COM，#01H
;清除顯示
LCALL WCOM
MOV COM，#06H
;進入設定點，游標7右移，畫面不移動
LCALL WCOM
RET
W_LINE:
MOV COM，ADDR
LCALL WCOM
MOV R4，40H
;連續寫入N/2個中文或者N個西文字符
W_L1:
MOV A，#00H
MOVC A，@A+DPTR
MOV CODER，A
LCALL WCODE
INC DPTR
DJNZ R4，W_L1
RET
W_LINE1:
MOV COM，ADDR
LCALL WCOM
W_L11:
MOV A，70H
ANL A，#0FH
MOVC A，@A+DPTR
MOV CODER，A
LCALL WCODE
MOV A，#0BH
MOVC A，@A+DPTR
MOV CODER，A
LCALL WCODE
MOV A，71H
SWAP A
ANL A，#0FH
MOVC A，@A+DPTR
MOV CODER，A
LCALL WCODE
MOV A，71H
ANL A，#0FH
MOVC A，@A+DPTR
MOV CODER，A
LCALL WCODE
MOV A，#0AH
MOVC A，@A+DPTR
MOV CODER，A
LCALL WCODE
;DJNZ R4，W_L1
RET
WCOM:
LCALL STWC
MOV A，COM
LCALL W4_D
;送入高四位指令
LCALL W4_0
;連續送入四個0
LCALL W4_D
;送入高四位指令
LCALL W4_0
;連續送入四個0
CLR CS
LCALL DEL_2MS
RET
WCODE:
LCALL STWD
MOV A，CODER
LCALL W4_D
LCALL W4_0
LCALL W4_D
LCALL W4_0
CLR CS
LCALL DEL_2MS
RET
STWC:
SETB CS
SETB SID
MOV R3，#5
;連續送入5個"1"，起始
STWC1: SETB SCLK
CLR SCLK
DJNZ R3，STWC1
CLR SID
MOV R3，#3
STWC2:
SETB SCLK
;RW=0，RS=0，第八位"0"
CLR SCLK
DJNZ R3，STWC2
RET
STWD:
SETB CS
SETB SID
MOV R3，#5
;連續送入5個"1"，起始
STWD1:
SETB SCLK
CLR SCLK
DJNZ R3，STWD1
CLR SID
;RW=0
SETB SCLK
CLR SCLK
SETB SID
;RS=1
SETB SCLK
CLR SCLK
CLR SID
;第八位"0"
SETB SCLK
CLR SCLK
RET
W4_D:
MOV R3，#4
W4_D1:
RLC A
MOV SID，C
SETB SCLK
CLR SCLK
DJNZ R3，W4_D1
RET
W4_0:
MOV R3，#4
W4_01:
CLR SID
SETB SCLK
CLR SCLK
DJNZ R3，W4_01
RET
;********************
;2MS延時
;********************
DEL_2MS:
MOV R0，#2
D1:
MOV R1，#200
D2:
NOP
NOP
NOP
DJNZ R1，D2
DJNZ R0，D1
RET
;********************
;40MS延時
;********************
DEL_40MS:
MOV
R5，#20
D3:
LCALL DEL_2MS
DJNZ R5，D3
RET
;********************
;200MS延時
;********************
DEL_200MS:
MOV
R5，#100
D4:
LCALL DEL_2MS
DJNZ R5，D4
RET
;********************
;500MS延時
;********************
DEL_500MS:
MOV
R5，#250
D5:
LCALL DEL_2MS
DJNZ R5，D5
RET
;********************
;1500MS延時
;********************
DEL_1500MS:
LCALL DEL_500MS
LCALL DEL_500MS
LCALL DEL_500MS
RET
;*************************************
;用adc0832讀數并送數給顯示的子程序，
;并將鍵盤的按鍵數送給dac0832讓其輸出。
;*************************************
;==== ADC0832讀數據子程序====
LIGHT:SETB
ADDI
;初始化通道選擇
NOP
NOP
CLR
ADCS
;拉低/CS端
NOP
NOP
SETB
ADCLK
;拉高CLK端
NOP
NOP
CLR
ADCLK
;拉低CLK端，形成下降沿
MOV
A，34H
MOV
C，ACC.1
;確定取值通道選擇
MOV
ADDI，C
NOP
NOP
SETB
ADCLK
;拉高CLK端
NOP
NOP
CLR
ADCLK
;拉低CLK端，形成下降沿2
MOV
A，34H
MOV
C，ACC.0
;確定取值通道選擇
MOV
ADDI，C
NOP
NOP
SETB
ADCLK
;拉高CLK端
NOP
NOP
CLR
ADCLK
;拉低CLK端，形成下降沿3
SETB
ADDI
NOP
NOP
MOV
R7，#8
;準備送下后8個時鐘脈沖
AD_1:
MOV
C，ADDO
;接收數據
MOV
ACC.0，C
RL
A
;左移一次
SETB
ADCLK
NOP
NOP
CLR
ADCLK
;形成一次時鐘脈沖
NOP
NOP
DJNZ
R7，AD_1
;循環8次
MOV
C，ADDO
;接收數據
MOV
ACC.0，C
MOV
B，A
MOV
R7，#8
AD_13:
MOV
C，ADDO
;接收數據
MOV
ACC.0，C
RR
A
;右移一次
SETB
ADCLK
NOP
NOP
CLR
ADCLK
;形成一次時鐘脈沖
NOP
NOP
DJNZ
R7，AD_13
;循環8次
MOV
R7，#8
CJNE
A，B，LIGHT ;數據校驗
MOV A，B
MOV DPTR，#TAB5
;
MOVC A，@A+DPTR
;
MOV 72H，A
;將高位送72H單元
MOV A，B
MOV DPTR，#TAB6
;
MOVC A，@A+DPTR
;
MOV 73H，A
;降低為送73H單元
SETB
ADCS
;拉高/CS端
CLR
ADCLK
;拉低CLK端
SETB
ADDO
;拉高數據端，回到初始狀態
;========送數給顯示子程序段========
MOV 70H，72H
MOV 71H，73H
MOV ADDR，#95H
MOV DPTR，#WEL_3
LCALL W_LINE1
;=======送數給ADC0832的子程序========
MOV A，33H
;判斷有沒有中斷，
JZ L7
;沒有中斷就轉。
MOV 33H，#00H
;清中斷標志
L2: MOV A，30H
;
CJNE A，#0AH，L3
;判斷是否為點號，不為點號就轉。
JMP L7
;為點好就保持原來送數。
L3:CJNE A，#0BH，L4
;判斷是否為Enter鍵，不為就轉。
MOV 32H，24H
MOV 31H，25H
;
L9:MOV 24H，#00H
;
MOV 25H，#00H
;
MOV R2，#01H
;置送數時送數空間不同的標志位。
L7: MOV A，32H
;將鍵盤的兩數相與，查表，然后送數。
SWAP A
;
ORL A， 31H
;
MOV DPTR，#TAB4
;
MOVC A，@A+DPTR
;
CLR P2.0
MOV P0，A
LJMP L6
;
L4:CJNE R2，#01H，L5
;將鍵盤的第一位數送給24H
MOV A，30H
;
MOV 24H，A
;
DEC R2
;清零送數時送數空間不同的標志位。
JMP L7
;
L5:MOV A，30H
;將鍵盤的第二位數送給25H
MOV 25H，A
;
MOV R2，#01H
;置送數時送數空間不同的標志位。
JMP L7
;
L6:RET
;十六進制數轉換成為2進制BCD碼的碼表。
;
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
TAB5:DB 00H，00H，00H，00H，00H，00H，00H，00H，00H，00H;0
DB 00H，00H，00H，00H，00H，00H，00H，00H，00H，00H
DB 01H，01H，01H，01H，01H，01H，01H，01H，01H，01H;1
DB 01H，01H，01H，01H，01H，01H，01H，01H，01H，01H
DB 02H，02H，02H，02H，02H，02H，02H，02H，02H，02H;2
DB 02H，02H，02H，02H，02H，02H，02H，02H，02H，02H
DB 03H，03H，03H，03H，03H，03H，03H，03H，03H，03H;3
DB 03H，03H，03H，03H，03H，03H，03H，03H，03H，03H
DB 04H，04H，04H，04H，04H，04H，04H，04H，04H，04H;4
DB 04H，04H，04H，04H，04H，04H，04H，04H，04H，04H
DB 05H，05H，05H，05H，05H，05H，05H，05H，05H，05H;5
DB 05H，05H，05H，05H，05H，05H，05H，05H，05H，05H
DB 06H，06H，06H，06H，06H，06H，06H，06H，06H，06H;6
DB 06H，06H，06H，06H，06H，06H，06H，06H，06H，06H
DB 07H，07H，07H，07H，07H，07H，07H，07H，07H，07H;7
DB 07H，07H，07H，07H，07H，07H，07H，07H，07H，07H
DB 08H，08H，08H，08H，08H，08H，08H，08H，08H，08H;8
DB 08H，08H，08H，08H，08H，08H，08H，08H，08H，08H
DB 09H，09H，09H，09H，09H，09H，09H，09H，09H，09H;9
DB 09H，09H，09H，09H，09H，09H，09H，09H，09H，09H
DB 10H，10H，10H，10H，10H，10H，10H，10H，10H，10H;10
DB 10H，10H，10H，10H，10H，10H，10H，10H，10H，10H
DB 11H，11H，11H，11H，11H，11H，11H，11H，11H，11H;11
DB 11H，11H，11H，11H，11H，11H，11H，11H，11H，11H
DB 12H，12H，12H，12H，12H，12H，12H，12H，12H，12H;12
DB 12H，12H，12H，12H，12H，12H，12H，12H，12H，12H
TAB6:DB 00H，05H，10H，15H，20H，25H，30H，35H，40H，45H;0
DB 50H，55H，60H，65H，70H，75H，80H，85H，90H，95H
DB 00H，05H，10H，15H，20H，25H，30H，35H，40H，45H;1
DB 50H，55H，60H，65H，70H，75H，80H，85H，90H，95H
DB 00H，05H，10H，15H，20H，25H，30H，35H，40H，45H;2
DB 50H，55H，60H，65H，70H，75H，80H，85H，90H，95H
DB 00H，05H，10H，15H，20H，25H，30H，35H，40H，45H;3
DB 50H，55H，60H，65H，70H，75H，80H，85H，90H，95H
DB 00H，05H，10H，15H，20H，25H，30H，35H，40H，45H;4
DB 50H，55H，60H，65H，70H，75H，80H，85H，90H，95H
DB 00H，05H，10H，15H，20H，25H，30H，35H，40H，45H;5
DB 50H，55H，60H，65H，70H，75H，80H，85H，90H，95H
DB 00H，05H，10H，15H，20H，25H，30H，35H，40H，45H;6
DB 50H，55H，60H，65H，70H，75H，80H，85H，90H，95H
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; 數模轉換的代碼
;0
1
2
3 4
5
6
7 8
9
A
B
C
D
E
F
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WEL_5:
【關鍵詞】開關型 直流穩壓電源 探究 電路設計
【中圖分類號】G64 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2016）04-0163-02
在電力電子技術的不斷發展與技術革新下，開關型直流穩壓電源以其自身的工作表現與其可靠性成為我國電力系統中廣泛使用的一種設備。在實際應用中，開關型直流穩壓電源自重輕，工作內故障低，工作效率高，且其性價比占優勢，并具有功耗曉得良好表現。相比于其他開關型電源，開關型穩壓電源應用范圍廣，競爭力強，特別是對于粒子加速器等電源應用范圍來說，開關型穩壓電源具有著良好的專業性與穩定性。通過對于開關型穩壓電源的技術標準研讀與相關的影響因素分析，目前此類技術研究區域人員都是采用移相控制橋來對DC/DC變換小信號模式進行開關型穩壓電源的電路設計。
1.對于動態小信號模型的相關闡述
對于動態小信號模型來說，不同的模型選取進而得到的設計結果都會存在差異。所以，在模型的選取上，應根據其實際情況進行分析與配置。對于開關電源來說，其本質是作為一個非線性的控制對象在進行工作，如果要對其進行成功的設計與分析，那么在進行指導建模時，應以近似建立在其穩態時的小信號擾動模型為依據。這一思路一方面取決于小信號擾動模式穩態時具有與設計目標相近的工作表現；另一方面也是由于這樣的模型對于大范圍擾動時的擬態不夠精準，會造成相應結論的誤差或偏差。基于此，以小信號擾動模型來進行開關型穩壓電源的電路設計是保證其最終設計結果滿足設計要求的必要條件。
2.開關型穩壓電源的相關性能指標
2.1性能指標之穩定性。通過相關數據與實踐結果研究表明，在不同的開關型穩壓電源系統設計下，會產生不同程度的魯棒性。而在暫態特性方面，其表現也會相應提高。但對于直流新穩壓電源來說，其系統下對于增益余量的要求是大于或等于40dB，對于相位余量的要求則是大于或等于30dB。
2.2性能指標之瞬間響應指標。當開關電源處于非穩定狀態下，由于其所受的干擾，輸出量會出現相應的抖動現象。且其抖動量會隨著其干擾而變化，當干擾停止時，則其最終也會回到穩定值，基于此，在對開關型穩壓電源進行這方面的性能指標確定時，是以過沖幅度與動態恢復時間的長短來衡量其系統的動態特性的。在此定義下，瞬態響應指標內容主要是表現為，如果穿越頻率越高，則其系統恢復到動態平衡點的時間就越短，另一方面，系統在干擾情況下所表現的過沖幅度與其相位余量呈相關性。
2.3性能指標之電源精度。在電源精度方面，其控制要求嚴格，一般其最終的電源精度誤差需要控制在設計目標的1‰以下，且其紋波不得在1‰以上。考慮到紋波自身的分類有高頻與低頻兩種，而這兩種紋波是基于開頭頻率表現的。如高頻紋波就是受到開頭頻率的影響，必須通過濾波器進行控制。而低頻紋波則是受到電網波動的影響，必須通過系統的負反饋來進行控制。
3.關于開關型穩壓電源的電路設計
3.1關于系統下的補償網絡與相關相關設計應用。目前來說，對于開關型直流穩壓電源系統來說，其補償網絡是通過PI或者PID的算法來設計與制作的。也就是說，PI調節器的主要作用是對抗高頻紋波影響，也就是提高系統對于高頻干擾能力的抵抗性，但對于PI調節器來說，動態性差的缺點是無法忽視的。目前來說，實際應用中通過引入微分算法后可以有效提高系統的響應速度。但其缺點也顯而易見：一方面是由于零點的大量引入直接造成系統對于高頻信號的敏感度大幅度提高，放大器在此情況下，很容易產生堵塞現象；另一方面則是當開關紋波的放大倍數得到增大時，放大器也會隨之進入非線性區，這結果只會造成整個系統的不穩定。目前來說，對于這些缺陷是以超前滯后的方法來進行補償的。
3.2關于開關型穩壓電源的電路設計原理
3.2.1理想性技術指標如下：（1）輸入交流：電壓220V（50―60Hz）；（2）輸出直流：電壓5V，輸出電流3A；輸入交流電壓在180―250V區間變化時，輸出電壓相對變化量應小于2%；（4）輸出電阻R0
3.2.2關于開關型穩壓電源的基本工作原理。當線性自流穩壓電源處于低頻率工作狀態下時，那么調整管的工作由于其體積大，則其效率相應低，但當其調整管工作處于開關狀態下時，那么其的工作表現就為體積小，效率高。
3.3開關型穩壓電源的電路設計探究。從以上論述可以看出，開關型直流穩壓電源系統其低功耗的特點是由于晶體管位于開關工作狀態下時，對于功率調整管的功耗要求低。特別是對于理想狀態下的晶體管來說，當其處于一種截止狀態時，晶體管所經過的電流為0，相應的功耗也就為0；另一方面，由于開關型穩壓電源系統的穿越頻率較高，所以對于電路的動態響應速度得以提高，而且整個系統的響應速度不受低通濾波器的影響；另外，相對于直流470V的電壓來說，并環穿越頻率遠未達到這一頻率，輸出只為48V，特別是其電壓穩定性方式，經過測試，其低頻紋波穩定率都在0.996以上，完全滿足了設計要求。
4.結語
綜上所述，在進行開關型穩壓電源的電路設計時，小信號的模型選擇是關鍵點。為了進一步提高開關型穩壓電源系統的穩定性，超前滯后網絡補償原理有效地彌補了精度電源的紋波限制高的問題。通過實踐也表明，開關型穩壓電源的適用性非常強，必將為人們生活提供更好的服務。
參考文獻：
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[3]王滔.開關型穩壓電源[J].科技風，2012，（11）.
一、開關式穩壓電源的基本工作原理
開關式穩壓電源接控制方式分為調寬式和調頻式兩種，在實際的應用中，調寬式使用得較多，在目前開發和使用的開關電源集成電路中，絕大多數也為脈寬調制型。因此下面就主要介紹調寬式開關穩壓電源。
對于單極性矩形脈沖來說，其直流平均電壓Uo取決于矩形脈沖的寬度，脈沖越寬，其直流平均電壓值就越高。直流平均電壓U。可由公式計算，即Uo=Um×T1/T式中Um -矩形脈沖最大電壓值；
T -矩形脈沖周期；
T1 -矩形脈沖寬度。
從上式可以看出，當Um與T不變時，直流平均電壓Uo將與脈沖寬度T1成正比。這樣，只要我們設法使脈沖寬度隨穩壓電源輸出電壓的增高而變窄，就可以達到穩定電壓的目的。
二、開關式穩壓電源的原理電路
1、基本電路
交流電壓經整流電路及濾波電路整流濾波后，變成含有一定脈動成份的直流電壓，該電壓進人高頻變換器被轉換成所需電壓值的方波，最后再將這個方波電壓經整流濾波變為所需要的直流電壓。
控制電路為一脈沖寬度調制器，它主要由取樣器、比較器、振蕩器、脈寬調制及基準電壓等電路構成。這部分電路目前已集成化，制成了各種開關電源用集成電路。控制電路用來調整高頻開關元件的開關時間比例，以達到穩定輸出電壓的目的。
2．單端反激式開關電源
單端反激式開關電源的典型電路。電路中所謂的單端是指高頻變換器的磁芯僅工作在磁滯回線的一側。所謂的反激，是指當開關管VT1導通時，高頻變壓器T初級繞組的感應電壓為上正下負，整流二極管VD1處于截止狀態，在初級繞組中儲存能量。當開關管VT1截止時，變壓器T初級繞組中存儲的能量，通過次級繞組及VD1整流和電容C濾波后向負載輸出。
單端反激式開關電源是一種成本最低的電源電路，輸出功率為20－100W，可以同時輸出不同的電壓，且有較好的電壓調整率。唯一的缺點是輸出的紋波電壓較大，外特性差，適用于相對固定的負載。
單端反激式開關電源使用的開關管VT1承受的最大反向電壓是電路工作電壓值的兩倍，工作頻率在20－200kHz之間。
3．單端正激式開關電源
單端正激式開關電源的典型電路。這種電路在形式上與單端反激式電路相似，但工作情形不同。當開關管VT1導通時，VD2也導通，這時電網向負載傳送能量，濾波電感L儲存能量；當開關管VT1截止時，電感L通過續流二極管VD3繼續向負載釋放能量。
在電路中還設有鉗位線圈與二極管VD2，它可以將開關管VT1的最高電壓限制在兩倍電源電壓之間。為滿足磁芯復位條件，即磁通建立和復位時間應相等，所以電路中脈沖的占空比不能大于50％。由于這種電路在開關管VT1導通時，通過變壓器向負載傳送能量，所以輸出功率范圍大，可輸出50－200W的功率。電路使用的變壓器結構復雜，體積也較大，正因為這個原因，這種電路的實際應用較少。
4．自激式開關穩壓電源
自激式開關穩壓電源的典型電路。這是一種利用間歇振蕩電路組成的開關電源，也是目前廣泛使用的基本電源之一。
當接入電源后在R1給開關管VT1提供啟動電流，使VT1開始導通，其集電極電流Ic在L1中線性增長，在L2中感應出使VT1基極為正，發射極為負的正反饋電壓，使VT1很快飽和。與此同時，感應電壓給C1充電，隨著C1充電電壓的增高，VT1基極電位逐漸變低，致使VT1退出飽和區，Ic開始減小，在L2中感應出使VT1基極為負、發射極為正的電壓，使VT1迅速截止，這時二極管VD1導通，高頻變壓器T初級繞組中的儲能釋放給負載。在VT1截止時，L2中沒有感應電壓，直流供電輸人電壓又經R1給C1反向充電，逐漸提高VT1基極電位，使其重新導通，再次翻轉達到飽和狀態，電路就這樣重復振蕩下去。這里就像單端反激式開關電源那樣，由變壓器T的次級繞組向負載輸出所需要的電壓。
自激式開關電源中的開關管起著開關及振蕩的雙重作從，也省去了控制電路。電路中由于負載位于變壓器的次級且工作在反激狀態，具有輸人和輸出相互隔離的優點。這種電路不僅適用于大功率電源，亦適用于小功率電源
5．推挽式開關電源
推挽式開關電源的典型電路。它屬于雙端式變換電路，高頻變壓器的磁芯工作在磁滯回線的兩側。電路使用兩個開關管VT1和VT2，兩個開關管在外激勵方波信號的控制下交替的導通與截止，在變壓器T次級統組得到方波電壓，經整流濾波變為所需要的直流電壓。
這種電路的優點是兩個開關管容易驅動，主要缺點是開關管的耐壓要達到兩倍電路峰值電壓。電路的輸出功率較大，一般在100－500W范圍內。
6．降壓式開關電源
降壓式開關電源的典型電路。當開關管VT1導通時，二極管VD1截止，輸人的整流電壓經VT1和L向C充電，這一電流使電感L中的儲能增加。當開關管VT1截止時，電感L感應出左負右正的電壓，經負載RL和續流二極管VD1釋放電感L中存儲的能量，維持輸出直流電壓不變。電路輸出直流電壓的高低由加在VT1基極上的脈沖寬度確定。
這種電路使用元件少，它同下面介紹的另外兩種電路一樣，只需要利用電感、電容和二極管即可實現。
7．升壓式開關電源
升壓式開關電源的穩壓電路。當開關管VT1導通時，電感L儲存能量。當開關管VT1截止時，電感L感應出左負右正的電壓，該電壓疊加在輸人電壓上，經二極管VD1向負載供電，使輸出電壓大于輸人電壓，形成升壓式開關電源。
8．反轉式開關電源
關鍵詞：穩壓電路；功耗；工作效率
0引言
直流穩壓電源必須經過穩壓電路和濾波電路后才能得到電壓基本穩定、紋波相對較小的直流電，通過控制電路精確快速調整后，得到穩壓精度和性能符合標準的直流電壓。再經過濾波器濾波后，得到所需要的輸出直流電。
1硬件系統結構
從實用性、精確度和檢測設備實際等多方面考慮，采用單片機技術對電路進行處理，具有低功耗、高性能、抗干擾能力強等優點，采用單片機技術的穩壓電路。
總體設計方案主要為利用AT89C52單片機作為控制模塊，電源模塊運用直流穩壓電源的工作原理，為轉換電路提供所需的工作電壓；數模轉換模塊運用數模轉換器、運算放大器等元件將電信號進行處理，最終輸出滿足條件的電壓值。上述組合配合鍵盤掃描模塊、LCD顯示模塊等其他組件，把220V、50Hz交流電實現低電壓直流0到30V可調輸出。
硬件設計由AT89C52單片機作為控制中心。由電源電路、數模轉換電路、顯示電路和鍵盤電路等部分共同組成。系統的結構框圖如下圖所示。
2T89C52型單片機簡述
單片機的主控系統如下圖所示。XTAL1引腳和XTAL2引腳接時鐘電路，XTAL1接外部晶振和微調電容的一端，在片內為振蕩器倒相放大器的輸入，XTAL2接外部晶振和微調電容的另一端，在片內為振蕩器倒相放大器的輸出。1KST引腳為復位端，接在電容與P1.0P1.1、電阻并聯處EA引腳為接地端。
P1.2三端與數模轉換器5615相連，右側接口分別與顯示電路（ADO-AD7、A8-A10）和按鍵電路（A13、A14）相連。
3鍵盤電路
如圖所示，鍵盤電路有“+”、“-”兩個按鍵，分別同單片機P2.5、P2.6端口相連。按鍵功能顧名思義：“+”表示增加電壓值、“-”表示減少電壓值，按鍵一次改變的電壓值為0.1V。電路主要由2個10kΩ的電阻組成，當有鍵按下時，電路中出現通路產生電流，傳輸到單片機中，單片機軟件系統進行數據處理，分別將數字信號傳遞給數模轉換器5615和LCD顯示器。
4顯示電路
設計的顯示電路主要應用LCD液晶顯示屏，考慮到液晶顯示屏顯示效果好，清晰直觀，性價比高。標識端口D0到D7端口作為數據輸入端，標識端口E、1KW、1KS作為控制信號輸入端。顯示屏上面共顯示“Input”、“Output”兩個數值，“Input”為單片機發送給5615的數值，“Output”為外輸出的電壓值。其電路連接如圖所示：
5電源電路
本設計的電源電路主要包括降壓、整流、濾波、穩壓共四部分。工作主要通過外接電源輸入220V、50Hz交流電，經過處理后，為轉換電路輸出工作所需的5V、±15V、30V、32V五個電壓值，最大工作電流為IOMAX為1A，其主電路圖詳見附錄B。由于電路圖比較大，分為上下兩部分電路著重對各組成進行分析闡述。
電源電路（上）如下所示，其工作目標為輸出5V和±15V三個電壓值。
（1）降壓。此處的電源變壓器（TR1）起降壓作用，將220V交流電壓變為整流電路所需的低壓交流電。
（2）整流。電路的作用是將交流降壓電路輸出的大小、方向都變化的低電壓交流電轉換成單相脈動直流電。
（3）濾波。電路的主要元件是電容和電感，以電容濾波電路最常用，其特點是電路簡單，輸出脈動較小，輸出電壓平均值大，但輸出電壓隨負載變化較大。
（4）穩壓。經過濾波電路，輸出電壓雖已變得平滑，但輸出電壓會隨負載變化較大，后面需接穩壓電路。
根據本設計條件，穩壓器選用型號為LM7815、LM7915和LM7805的三端固定穩壓器各一個，分別用于輸出三個電壓值電源的穩壓。
電源電路如下所示，其工作目標為輸出32V和30V兩個電壓值。
經濾波之后，一條支路直接將32V電壓輸出，供數模轉換電路LM317穩壓器使用；另一支路連接LM317穩壓器，并與電阻R2和R1并聯，所輸出電壓為：U新=32V×R2/（R1+R2）=30V，通過計算可得R1：R2=1：23，由電路需滿足負載要求，應選阻值較大電阻，使電壓更穩定，因而選擇R1=200Ω，R2=4600Ω。電容C2在輸出前用于濾除小波紋，電路輸出直流30V電壓，供數模轉換電路OPA454運算放大器輸入。
6數模轉換電路
本電路用于將數控部分傳遞來的數據信號轉換成電壓信號輸出，也就是我們通常說的數模轉換（D/A轉換）。由于本電路圖較長，分為前后兩部分來闡述。
首先介紹下應用的幾個元件。
（1）TLC5615串行數模轉換器：輸出為電壓型，最大輸出電壓是基準電壓值的兩倍，并帶有上電復位功能（把DAC寄存器復位至全零）。
（2）LM324四運算放大器：具有真正的差分輸入，其最主要的優點是可工作在低至3V或者高至32V的電源下，共模輸入范圍更是包括了負電源，因而消除了在許多應用場合中采用外部偏置元件的必要性。其應用領域包括傳感器放大器，直流增益模塊和所有傳統的運算放大器。
（3）OPA454運算放大器：它是一種低成本的運算放大器，其最大的優點是，可以有效輸出10～100V范圍內的電壓值，并允許運用在標準低壓邏輯電路中。采用此器件，主要用于電路的最后一級放大。
（4）LM317集成穩壓模塊：最廣泛的電源集成電路之一，有固定式三段穩壓電路的最簡單形式，又具備輸出電壓可調的特點。此外，還具有調壓范圍寬、穩壓性能好、噪聲低、紋波抑制比高等優點。其輸出電壓范圍為1.2V到37V，能夠提供超過1.5A的電流，此穩壓器非常易于使用。
【關鍵詞】高性能；數字化交流穩壓電源；設計開發
中圖分類號：TM71文獻標識碼A文章編號1006-0278（2015）09-148-01
一、高性能交流穩壓電源的發展趨勢
（一）智能化與數字化
目前在研制高性能、高精度、多功能的儀器設備時，幾乎沒有不考慮采用微處理器的。以微處理器為主體取代傳統儀器設備的常規電子線路，將計算機技術與控制技術結合在一起，組成新一代的所謂“智能化儀器設備”。智能儀器解決了許多傳統儀器不能或不易解決的難題，同時還能簡化系統電路，提高系統可靠性，加快產品的開發速度。交流穩壓電源一方面為儀器設備提供電能量，是儀器設備的“動力源”，另一面它本身就是儀器設備，因此，它有可能而且應當智能化。
（二）模塊化
電源的模塊化有兩方面的含義，其一是指功率器件的模塊化；其二是指電源單元的模塊化。我們常見的功率器件模塊含有一單元、兩單元、六單元直至七單元，包括開關器件和與之反并聯的續流二極管，實質上都屬于“標準”功率模塊（SPM）。近年，有些公司把開關器件的驅動保護電路也裝到功率模塊中去，構成了“智能化”功率模塊（IPM），不但縮小了整機的體積，更方便了整機的設計制造。只要把控制軟件寫入該模塊中的微處理器芯片，再把整個模塊固定在相應的散熱器上，就構成一臺新型的電源裝置。
由此可見，模塊化的目的不僅在于使用方便，縮小整機體積，更重要的是取消傳統連線，把寄生參數降到最小，從而把器件承受的電應力降至最低，提高系統的可靠性。
（三）綠色化
電源系統的綠色化有兩層含義：首先是顯著節電，這意味著發電容量的節約，而發電是造成環境污染的重要原因，所以節電就可以減少對環境的污染；其次這些電源不能（或少）對電網產生污染，國際電工委員會（IEC）對此制定了一系列標準，如IEC555、IEC917、IECI000等。事實上，許多功率電子節電設備，往往會變成對電網的污染源：向電網注入嚴重的高次諧波電流，使電網電壓耦合許多毛刺尖峰，甚至出現缺角和畸變。20世紀末，各種有源濾波器和有源補償器的方案誕生，為21世紀批量生產各種綠色交流穩壓電源產品奠定了基礎。
二、高性能數字化交流穩壓電源的設計與開發
（一）功能設定
功能設定是交流穩壓電源進行設計與開發的基礎與依據。首先交流穩壓電源的設計應當滿足最基本的電源功能要求，從大的方面來說一個是供電功能―電源應當保證具有穩定的供電功能，另一個是保護功能：1.如果電路出現短路問題，可及時切斷電源，當故障解決，可恢復原本工作狀態；2.如果電路負載過大，應根據負載情況在一定的時間內自動關機（過載>>12o%，6oB后關機/過載大于lso%，2sB內關機；3.電壓保護，電壓過大或者過小都會對電源本身以及設備運行造成影響，因此當電壓在264V以上或者176V以下時應及時使穩壓電源關閉；4.過熱保護，當逆變器的溫度達到安全值以上時，應使穩壓電源關閉；5.直流母線電流負載超過規定的1s0%時，應當使穩壓電源關閉。
（二）電路設計
電路設計采用拓撲結構，交流電在整流橋予以整流處理后變為直流信號，這一信號再經由濾波電路到達逆變電路，逆變電路又將這一信號整合為交流信號，反向輸回濾波電路，然后在隔離變壓器的作用下，交流信號成為精密且穩定的電壓。變化電路由逆變開關的各種器件所組成，有隔離與非隔離兩種、隔離式的變化電路應用較為廣泛，逆變裝置應用的功率變換電路有三相全橋、單項全橋、半橋以及推挽等。
（三）控制系統
整個控制系統由八個模塊組成，每個模塊都有不同的功能分區：1.信號采集模塊，對信息的采集有利于系統參數的設置，保證輸出波形能夠達到理想的狀態，系統需要采集的信息包括電網與穩定電源的電流幅值、電壓幅值以及頻率；2.通信模塊，技術人員對設備的操控與管理都需要通過通信系統來完成，穩壓電源的通信模塊有兩個接口，Ethernet與RS485；3.鍵盤控制與屏幕顯示模塊，鍵盤可以取代開關完成對穩壓電源的遠程控制，完成對逆變器的開關，可對其進行菜單設置，輸入或取消指令，查詢信息與設置密碼等、屏幕則可以將電源運行的狀態，功率、電流、電壓等參數都可在屏幕上作以展示；4.驅動模塊，主要是指對逆變電路的驅動，有兩種方式：a.對PWM信號的功率予以放大；h.將主控電路與PWM信號以及逆變電路的電氣進行隔離；5.DSP單元模塊，DSP是逆變主控芯片，可對IGBT予以瞬時保護，能夠保證輸出電壓的穩定性，使波形達到理想狀態，另外還能夠產生脈沖信號以驅動IG-BT}OARM模塊，ARM有著通信功能，它能將DSP收集到的運行數據傳送給系統，也可以將系統發出的命令傳輸給DSP，它是人機互動實現的技術支持與基礎；6.實時時鐘，保證操作系統與運行系統時間的一致性，另外也可對系統參數與故障數據進行必要記錄；7.保護與報警模塊，系統在運行的過程中也在進行自我檢測與保護，故障發生時可進行自主診斷，如有較大故障則發出警報.以警示燈或蜂鳴器進行警示。
三、結語
總而言之，交流穩壓電源有著較高的穩定性、精確度與可靠性，其設計與開發對自測設備的運行有著重要的意義，隨著科技的發展，交流穩壓電源呈現出了數字化與高性能的特點，對其進行探究，有著一定的現實意義。
參考文獻：
中圖分類號：TN86文獻標識碼：A
Showing Board Production and Presentation of Principle of
Power Supply in series with the Fault Analysis
WANG Lihua
(Anyang Electronic Information School, Anyang, He'nan 455000)
AbstractThis article discusses showing board production and presentation of principle of power supply in series with the fault analysis, and the Demonstration of common faults. It has a positive effect for teachers in the teaching and learning Series power supply fault detection and analysis, and can help achieve good teaching results.
Key wordspower supply series; fault analysis; simulation; showing board
串聯穩壓電源是許多電子設備中常見的電路部件，其故障率比較高，電子信息專業的學生必須對穩壓電源的工作原理、元件參數、故障現象與分析判斷了如指掌。而實際上，大多數中專學生在校期間往往不能對穩壓電源的故障做出正確分析和準確判斷。為使學生在校期間能用盡量短的時間掌握這部分內容，我們根據幾年來的教學經驗制作了穩壓電源示教板在教學中進行示范演示，收到了良好教學效果。
1 制作原理及方法
把原理圖畫在適當的三合板或其他板上，把各元件固定在電路圖的相應位置。三合板背面用導線連接。指示表頭可放在較大空間位置上，并留有線柱，因表頭一般較小，上課時，可用實驗室的安培表和伏特表連接。圖上要標清元件符號和容量，負載L1、L2分別用12V、8W和12V、12W的汽車燈泡，以改變負載。故障開關用鈕子開關，放置在故障元件附近。電路正常工作時，開關可拔到同一方向，不要標出正常時和故障時的位置，以利于考核使用。
2 各故障開關的使用
K1：斷開正常，接通時可模擬變壓器次級短路、初級短路、整流二極管擊穿、保護電容擊穿故障。現象為：BX1 斷或A1 初級電流很大；整流濾波輸出電壓U2 指示為0，電源輸出U3 指示為0。[注：K1 接通時間要短]
K2：斷開正常，接通時可模擬濾波電容漏電。現象為整流輸出電壓U2 降低，電源輸出電壓U3減低，穩波電壓增大。[注：K2 接通時間要短]
K3：斷開正常，接通時可模擬調整管BG5 擊穿故障。現象為整流輸出電壓U2 正常，電源輸出電壓U3 升高到15-20V，且不隨W的調節而變化。
K4：接通正常，斷開時可模擬BG5 截止或開路損壞故障。現象為整流輸出電壓U2 正常，電源輸出電壓U3 為0。
K5：斷開正常，接通時可模擬BG6 擊穿或飽和時故障。現象為電源輸出電壓U3 升高到15-20V，且不可調。
K6：接通正常，斷開時可模擬BG6 開路或截止時故障。現象為整流輸出電壓U2 正常，電源輸出電壓U3 為0。
K7：斷開正常，接通時可模擬BG7 飽和或擊穿損壞的故障。現象為電源輸出電壓U3 降為6-7V，且不可調。
K8:接通正常，斷開時刻模擬穩定二極管開路損壞故障。現象為電源輸出電壓U3 為20V。
K9：斷開正常，接通時可模擬BG8 擊穿損壞故障。現象為整流輸出電壓U2 正常，電源輸出電壓U3 為0。
K10：接通正常，斷開時可模擬BG7 截止、開路損壞、W中心抽頭開路故障。現象為電源輸出電壓U3 為15-20V。
K11：接通正常，斷開時可模擬濾波電容容量變小故障。現象為電源輸出電壓U3 降低，紋波電壓增大。
3 教師可在以下幾個方面做演示教學
（1）元件識別。利用示教板上的實際元件幫助學生識別電源部分元件的型號和參數，使其掌握元件的使用方法。
（2）分析穩定原理和性能。變壓器初次接上交流調壓器，電源輸出端接上負載（12V、12W燈泡），改變輸入電壓，觀察電源輸出電壓的變化情況。再將輸入電壓調到220V，改變輸出負載（12V、12W、12V、8W，空載三種情形），觀察輸出電壓變化，分析穩定原理和性能。
（3）輸入接220V電壓，輸出接正常負載（12V、12W燈泡），演示測量電源正常工作是的有關數據，使學生掌握測量數據的方法。這些數據為：變壓器初級220V，次級17V，整流輸出電壓20V左右，電源輸出電壓12V，初級交流電流0.2A左右，直流電流1A左右，各晶體管的管腳電位。教師要根據測量情況，講解分析三極管的工作狀態，二極管、三極管、電容的耐壓參數。
（4）利用示教板的實際數據講解小型穩壓電源的設計。
（5）故障現象演示與分析舉例。
圖 1
模擬：開關K1 接通模擬BG4 被擊穿的情況。
演示：現象為開機時電源輸出U3 為零。
分析：首先，檢查保險或其他元件是否有損壞，或者用萬用表測試有關測試點電壓，以分析故障部位。通過觀察發現，直流保險BX2 完好，交流保險BX1 斷。由此可分析，故障出在變壓整流和濾波電路上，而穩壓電路和負載電路正常。同樣，用萬用表測試電壓會發現整流濾波輸出U2 為0，也會得出同樣的結論。由于交流保險BX1 斷開是短路造成的，短路原因有：濾波電容擊穿；整流二極管或保護電容擊穿；變壓器初級或次級短路。確定故障元件必須借助于萬用表。可關掉電源，對懷疑元件逐一檢查，查濾波電容兩端電阻，阻止不為0，可排除濾波電容擊穿；查四個整流二極管的正反向電阻，用萬用表?0歐姆檔進行測量，可發現BG2 兩端電阻正反向都為0，即懷疑BG4或C4擊穿，分別焊下BG4 或C4 進行判別確定。對變壓器初次級短路可用測試電阻和電壓的方法確定。
本演示操作分析：可使學生學會根據故障現象確定故障部位、故障元件的思路和方法。
故障現象：不接負載，電源輸出電壓U3 為20V，整流濾波輸出U2 為20V。比較故障時電壓指示和正常工作時電壓值，可知造成這種現象的故障部位在穩壓電路。故障原因可能是BG5擊穿或BG6擊穿；講BG7開路，W中心抽頭開路，BG8開路，分析如圖1。
至于是由哪個元件損壞造成，可以用下面兩種方法檢查。（1）電壓測試：分別檢查各個晶體管的各腳電位，與正常值進行比較判別。（2）電阻測試：用R?0檔在路測量每個晶體管PN結的正反向電阻，判別三極管是否有損壞。
對造成這種故障的原因，可分別用故障開關進行演示。對其他故障的觀察分析和演示，教師可根據情況自行設計，必要時也可讓學生親自操作分析，以提供學生的動手能力和分析問題的能力。（1）有條件的可利用示教板觀察輸出電壓的紋波電壓。利用示波器或電子毫伏表進行測試，可分析紋波電壓對電視機和其他電器設備的影響。（2）利用示教板可考核學生對穩壓電源的各方面知識的掌握程度。如工作原理分析、元件選用、故障檢測與分析等。
【關鍵詞】同步降壓；降壓控制器；場效應管
【Abstract】A low voltage， high current Buck DC/ DC switching power supply with a synchronous buck controller LM5119 core and a low loss MOSFET and a forward topology is designed. It is composed of a filter circuit， a synchronous control circuit and a DC/DC Buck circuit. The filter circuit uses the parallel capacitor to reduce the ripple voltage. After testing， the efficiency of the power supply is greater than 92%， the ripple factor 0.063%-0.238%， the load effect of 0.0889%， the source effect 0.0056%-0.011%. The performance indicators are better than the marketed product level.
【Key words】Synchronous Buck； Buck Controller； FET
0 引言
隨著開關電源在計算機、通信、航空航天、儀器儀表及家用電器等方面的廣泛應用，人們對其需求量日益增長，并且對電源的效率、體積、重量及可靠性等方面提出了更高的要求。開關電源以其效率高、體積小、重量輕等優勢在很多方面逐步取代了效率低、又笨重的線性電源。隨著電力電子技術的發展，特別是大功率器件IGBT和MOSFET的迅速發展，將開關電源的工作頻率提高到相當高的水平，使其具有高穩定性和高性價比等特性。開關電源技術的主要用途之一是為信息產業服務。信息技術的發展對電源技術又提出了更高的要求，從而不斷促進了開關電源技術的發展。
1 研究目的
現在，市場上的高精密開關電源普遍價格較高，一般均在數百及千元以上，而且性能指標并不算很高，且性能指標更高的價格昂貴。我們希望可以設計出一款成本較低、各方面性能可以和市場性能較高的產品相媲美的一款穩壓電源，以借此機會來鍛煉一下自己的動手能力，將自己所學到的知識運用到生產實踐中。
2 方案論證
2.1 PWM控制方案
方案一：采用單片機產生PWM
單片機編程產生的方波信號，易于調節、紋波小、抗干擾能力強。但在完成相應要求的同時，因51單片機資源有限，在控制中需要用到PWM調制和A/D采樣，用51單片機產生高頻的PWM比較困難，而且會造成程序不穩定，況且A/D轉換還需要外部器件，成本也較高。
方案二：采用TL494產生PWM
TL494是一個固定頻率的脈沖寬度調節電路，內置了線性鋸齒波振蕩器，振蕩頻率可通過外部的一個電阻和一個電容進行調節。但電路較復雜，搭建困難。
方案三：采用LM5119炔康緶凡生PWM
LM5119 是一款雙同步降壓控制器，適用于高電壓或各種輸入電源的降壓型穩壓器應用。其控制方法基于采用仿真電流斜坡的電流模式控制。電流模式控制具有固有的輸入電壓前饋、逐周期電流限制和簡化環路補償的功能。使用仿真控制斜坡可降低脈寬調制電路對噪聲的敏感度，有助于實現高輸入電壓應用所必需的極小占空比的可靠控制。LM5119 的工作頻率可以在 50 kHz 至 750 kHz 范圍內設定。LM5119 可利用自適應死區時間控制來驅動外部高邊和低邊 NMOS 功率開關管。用戶可選的二極管仿真模式可實現非連續模式操作，提高輕負載條件下的效率。具有自動切換外部偏壓功能的高電壓偏置穩壓器可進一步提高效率。其他功能包括熱關斷、頻率同步、打嗝 （hiccup） 模式電流限制和可調輸入欠壓鎖定。該器件采用有芯片連接焊盤的功率增強型無引線 LLP-32 封裝，以幫助散熱[1]。
采用LM5119內部電路產生PWM的優點是電路穩定性強，定時電阻Rt和AGND引腳之間連接的外部電阻可設定LM5119的開關頻率，Rt可同步內部振蕩器至外部時鐘，使振蕩器產生相應的PWM波。
通過比較上述三種方案及結合設計要求，可以看出方案三明顯優于其他方案，所以采用方案三進行設計制作。
2.2 主回路拓撲方案
DC/DC主回路拓撲采用半橋Buck電路，通過LM5119的HO和LO端輸出的PWM控制2個MOS管實現交替導通，通過電感Lo和電容Chb的充放電實現降壓。減小了原邊開關管的電壓壓力，電路結構簡單，可適用較高頻率電路。
3 產品（作品）設計與制作
3.1 輸入輸出電壓設定
輸入電壓范圍設定為12-20V，中心工作電壓16V。輸出設計為兩路：一路輸出9V、5A；另一路輸出5V、9A。通過對芯片使能端的設置，可以實現任一路輸出，也可以同時輸出，并且兩路可以各自獨立工作，互不干擾。
3.2 濾波電容選用
（1）輸入電容Cin：經過不斷實驗嘗試，我們選擇了6個2.2uF的陶瓷電容并聯，實現梯級濾波。
（2） VIN濾波器Cvin：考慮到需防止注入到VIN引腳的高頻開關噪聲引起電源故障，我們選用了0.47uF的陶瓷電容。
（3） UVLO分壓器Cft：考慮到為分壓器提供濾波，我們選用100pF的陶瓷電容。
（4） VCC電容Cvcc：考慮到需要為HO驅動器和自舉二極管提供峰值瞬態電流，并為VCC穩壓器提供穩定性，我們采用了0.47uF的電解電容。
（5）輸出電容Co：考慮到輸出電容器需平滑電感紋波電流引起的輸出電壓紋波，并在瞬態負載條件下提供充電電源，我們選用了兩個220uF的電解電容作為主輸出電容，并加入兩個22uF電容，進一步降低輸出電壓紋波和尖峰。
3.3 開關管選用
開關管一般采用IGBT或MOSFET，IGBT的優點是耐壓高，但導通內阻大，損耗大；MOSFET優點是導通內阻極小，但耐壓不高，但考慮到輸入輸出電壓均不高，且要求損耗小、體積小，所以選用貼片式低損耗MOSFET[2]。
3.4 輸出電感制作
進口貼片電感價格太高、采購耗時長，而且參數不可改變，所以我們采用自制電感，可以很方便通過改變電感線圈匝數而改變電感參數。
3.5 電路原理圖設計
根據設計方案和芯片使用說明，我們自主設計了工作原圖，由于在制作期間，需要多次調整參數，所以畫的原理圖未標出參數的具體數值，以便隨時調整元件參數。原理圖是使用ALTIUM DESIGNER軟件設計的。原理圖見圖1。
3.6 PCB設計
為了使控制芯片元件布局緊湊且達到良好效果，PCB板采用四層設計，讓電源和接地各占一層，并進行分區，避免信號地和模擬地之間的串擾。由于電源線、接地線不再占用頂層和底層板面資源，所以可以將元器件布置得更緊湊，芯片工作狀態更好，可以獲得極佳效果，PCB板圖見圖2
3.7 產品制作
根據設計要求，我們通過反復論證確定了元件參數、型號和數量，并選購所需材料。然后精心制作，雖然絕大部分元器件采用貼片封裝，但我們都采取了手工焊接，實踐證明效果很不錯，作品實物圖見圖3。
4 總結
4.1 本產品（作品）的性能
本產品制作成本約為100元左右，而市場精密電源售價一般在數百甚或千元以上，我們的產品成本遠遠低于市場同類產品的價格，與我們同等價格的產品測出的性能指標比我們的產品性能指標相差一個數量級。紋波測試見圖4
從表1可以看出，我們產品的成本低、效率高，性能要遠遠高于市場水平，具有較大的發展前景。
4.2 本產品（作品）的創新點
（1）采用四層PCB板設計、元器件布局緊湊合理，電源工作狀態良好。
（2）自制電感線圈，替代了進口產品，不僅使電源綜合成本降低20%以上，而且感參數可以自行調整。
（3）本產品制造成本低，而性能指標高（見表1），主要指標均高于市售產品水平。
（4）極高的效率，對于滿載輸出45-90W的電源（單路輸出45W，雙路輸出90W）達到92.3%的效率，已差不多到了極限。
（5）采用節能設計，輕載時可以啟用二極管仿真模式，可以實現高效輸出；重載時，禁用二極管仿真模式，增強帶負載能力。
【參考文獻】
關鍵詞：網絡圖論；節點導納矩陣；穩壓電路；串聯反饋
中圖分類號：TM13 文獻標識碼：A
文章編號：1004373X(2008)0516504
Research on Analysis of Transistor Constant-voltage Circuit Based on Feedback in Series
LI Rong,WANG Xiaohong
(Shaanxi Polytechnic Institute,Xianyang,712000,China)
Abstract：In this paper,based on the view point of network graph theory,we build the mathematics model of linear network which contains controlled devices.Then,the explicit function descriptive relationships of the electric parameter which belong to the whole network are given out.Using the parameter separating out method,we resolve the problems of the electronic circuit model.As a result,we make the network analysis systematically and build the foundation for the computer analyzing and designing.According to the characteristics of electronic circuits,a node-matrix analytical method is used to deduce the analytic equations.These equations are used to computing the constant-voltage coefficient,the output resistance of the constant-voltage source.Furthermore,we analyze the performance alternation of the constant-voltage source caused by the changes of circuits′ parameters and structure qualitatively and quantitatively.
Keywords：network graph theory;node matrix;constant-voltage circuit;feedback in series
1 串聯反饋型晶體管穩壓電路的計算模型
串聯反饋型晶體管穩壓電路中含有的元器件種類繁多，把他作為我們研究問題的對象， 使得研究結果具有普遍性。串聯反饋型晶體管穩壓電路如圖1所示。圖中，[AKU?]i為電網電壓經變壓、整流、濾波后的輸出電壓值；VT1為調整管，VT2為放大管，VD為穩壓管， 內阻為r。假設，VT1的參數為rbe1,β1；VT2的參數為rbe2,β2。
根據電路圖可知電路有5個獨立節點，輸入為節點1，輸出為節點5，其余節點按順序標于圖中。
根據放大電路導納矩陣的建立方法，可以對此電路建立計算模型。
(1) 首先去掉晶體管VT1和VT2，寫出剩余部分電路的導納矩陣。
此導納矩陣即是用來描述串聯反饋型晶體管穩壓電路的數學模型。對于穩壓電源而言，我們所關心的是穩壓電源的輸出電壓是否恒定、輸出電阻是否很小、穩壓系數是否很小。有了穩壓電源的數學模型，下一步的問題就是如何對數學模型進行求解。
2 串聯反饋型晶體管穩壓電路性能指標的求解
2.1 串聯反饋型晶體管穩壓電路性能指標的求解
對于直流穩壓電路來說，可以假設有兩個外加恒流源電流，分別記為[AKI?]│1和[AKI?]│n，方向以從外節點流入為正。這樣整個電路的方程組包括反映信號源和負載的方程各一個。由于對外只有兩個節點，可以用兩個方程來描述，再考慮外加恒流源和支路電流關系的兩個方程，總共6個方程來描述。利用直流穩壓電源的節點導納矩陣，可以得到端口方程：
式中，Δ為穩壓電路節點導納矩陣的行列式；Δ11為此導納矩陣中位于第1行第1列的元素所對應的代數余子式；Δn1為此導納矩陣中位于第n行第1列的元素所對應的代數余子式；Δ1n為此導納矩陣中位于第1行第n列的元素所對應的代數余子式；Δnn為此導納矩陣中位于第n行第n列的元素所對應的代數余子式。
由圖1可知[AKI?]│1=[AKI?]1,[AKI?]│5=[AKI?]5，并代入式(6)，得:
式(11)和式(13)就是描述穩壓電路質量指標的解析式，從而作為求解穩壓電源的質量指標的依據。對于直流穩壓電源來說，只要建立形如式(3)的節點導納矩陣，并計算出他的行列式以及相應的代數余子式Δ,Δ11,Δ15,Δ55,Δ11,55，代入式(11)或式(12)以及式(13)或式(14)，就可以求出穩壓電路的穩壓系數及輸出電阻。
3 參數變化和電路結構的改變對穩壓電源性能指標的影響
用以衡量穩壓電源穩壓特性的指標是質量指標。在電子線路中常用的質量指標有穩壓系數輸出電阻和紋波電壓等。對于穩壓電源來說，穩壓電源的輸出電壓越穩定、輸出電阻越小、穩壓系數越低，穩壓電源的穩壓效果就越好。通過對穩壓電源的分析，根據不同的需要可以采用不同的方法來改變相應的質量指標。下面針對幾種不同的方法給出相應性能指標的解析式。
3.1 參數變化對穩壓電源性能指標的影響
造成電路參數變化的原因大致有兩種:第一種是自然條件發生變化引起的。常見的有環境溫度的變化，會造成晶體管輸入電阻rbe、電流放大系數β等發生變化，勢必會造成晶體管節點導納矩陣中的元素值發生變化；第二種是人為因素造成的，比如改變電阻值，更換晶體管等，也會改變晶體管節點導納矩陣中相應的元素值。這兩種情況，僅僅是改變了放大電路導納矩陣中的某些元素的值，并不會改變放大電路的節點數。在分析參數變化對穩壓電源性能指標的影響時，可以采用相關的解析式求得相應的數值和參量變化后性能指標的相對變化率。
在此以更換調整管為例，說明其對穩壓電源的性能的影響。為了提高穩壓電源的輸出電流，我們可以采用大功率的晶體管作為穩壓電源的調整管。此時電路的節點數不發生變化，放大電路的附加矩陣[WTHX]Y[WTBX]δ就是調整管的節點導納矩陣[WTHX]Y[WTBX]VT1，既有:
式(15)中的行號、列號b,c,e應分別與晶體管的基極、集電極和發射極在穩壓電源中的實際編號相對應。對于┩1所示的串聯型直流穩壓電源來說，b,c,e分別對應于節點2、節點1和節點50,在式(15)中，他的二階及二階以上的高階子式的行列式都為零，只有6個一階子式為非零值，可以找到由[WTHX]Y[WTBX]δ造成的相應代數余子式的增量值：
到第e行上，然后去掉第b行第b列構成的累加代數余子式；Δij,(c+e)(b+e)為在[WTHX]Y[WTBX]矩陣中去掉第i行第j列，把第c行加到第e行上，把第b列加到第e列上，然后去掉第c行第b列構成的累加代數余子式。
有了式(16)，可以得到更換晶體管之后對穩壓電源性能指標造成的影響：
(1) 穩壓系數
3.2 電路結構的改變對穩壓電源性能指標的影響
為了改善電子電路的性能，可能需要添加一條支路，或者把原有的某條支路改變接點的位置，或者插入某個環節，或者將兩個節點短路等，這都使得電路結構發生一定的變化。這種變化不僅改變了導納矩陣中元素的位置，甚至會擴大或縮小導納矩陣的階數。為了方便分析問題，假設放大電路的節點數不變，從而研究電路結構發生某種變化對穩壓電源性能指標產生的影響。
3.2.1 在不同節點處加接電容對紋波系數的影響
對于圖1所示的串聯反饋型晶體管穩壓電路，為了減小紋波系數，常采用對地跨接一個大電容的方法來實現。至于這個電容的容值有多大，接在哪個節點上，我們要經過理論計算和實際物理實驗加以驗證并得到確定。下面針對此電路，求解在不同的節點處跨接相同電容的情況下的紋波系數的解析式。
(1) 在i=2,k=0處跨接電容C1，此時附加矩陣為：
參考文獻
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作者簡介
李 戎 女，1960年出生，陜西工業職業技術學院副教授，碩士。
【關鍵詞】模擬電子技術；演變形成；研究；適應能力
模擬電子技術主要由以下幾個方面構成：首先是含線性元器件以及非線性元器件組成的電子元器件，其中含線性元器件包括有電阻、電容以及電感等，非線性元器件包括有二極管、三極管等；其次是基本放大電路，其主要是以基本電子元器件所構成，基本放大電路主要有共基、共射、共集三種形式的放大線路；最后是基本典型應用電路。本文主要研究了模擬電子技術電路的演變形成過程。
一、功率放大電路的演變
功率放大器能夠為電路提供足夠大的負載信號功率。在一定的條件下（正弦波輸入、輸出基本不失真）。在電路參數確定的情況下，負載可能獲得的最大交流功率就是最大輸出功率。輸出大功率的能源來自電源提供的功率，在一定的輸出功率下降低直流電源的功耗能夠很好的提高電路的效率。功放在輸入信號的控制下會成為功率變換器，其作用是將電源的直流電轉換為負載需要的信號功率，由于功放管本身就會產生較大的耗散功率，因此為避免出現發熱現象，所以應當加入例如散熱片等保護裝置，在特殊情況下還需要應用其它保護措施。在進行操作時若想提高效率必須進行無用管耗的減少，以實現有用輸出功率的提高，基于此，對于功放的靜態設置應定為乙或丙類狀態下。已知的基本共集電極電路的特點是功放在電壓由多級電壓放大器提供時，只能承擔良好的帶負載或電流的放大能力，功放能夠基于此進行演變。
二、穩壓電源電路的演變
（一）穩壓電源電路的特點
（1）作為電子設備能源的直流穩壓電源，其與其他功率放大器一樣需要輸出大功率，并且需要在總負載狀態下運行工作。
（2）直流穩壓電源與供方有一個不同點，就是直流穩壓電源是一個能源轉換電路，其能夠把需要的直流電通過電網交流電進行轉換得到，由于其在負載變化以及交流電網波動的情況下還能夠使直流電壓保持穩定，固稱為穩壓電源，直流電源的核心就是其的穩壓環節，電路相對而言也比較復雜。
（二）穩壓電源電路的演變過程
基本共集電極電路能夠滿足以上兩個特點，是電壓的負反饋，在輸出電壓時能夠滿足穩定運行要求，因此可以直接利用已知的射極跟隨器組成穩壓電路，在電路中交流電通過電容和整流的過濾，形成直流電壓，為防止輸入端交流電網出現波動現象，需要介入穩壓管，實現基極的穩定電壓，同時也有利于射極跟隨輸出電壓的穩定。為防止輸出端的負載發生變化，通過電壓負反饋對輸出電壓進行穩定處理，變化的電壓可以選擇利用調整管承受，同時由于調整管與負載是串聯著的，因此又稱為串聯型穩壓電路。在該電路中由于靜態設置使調整管處于甲類線性放大區，因此會造成效率低、管耗大等問題，在這種情況下，若想提高效率，應當演變從類狀態的設法，但是由于穩壓電路不能夠對外開輸入信號進行放大處理，因此只能對調整管進行處理，使其處于開關狀態，以此降低管耗。
（三）其他穩壓電路的形成
在串聯型穩壓電路中，如果甲類的靜態設置的調整管在線性放大區，就會產生許多不利的因素，例如管耗大、效率低等，為了避免這些問題的出現常常使用的是乙類狀態的演變方式，但是這種情況也有弊端，其對于外來輸入信號無法進行相關放大處理，因此只能使調整管保持在開關狀態，以此來降低管耗量。在此基礎上，利用比較器控制和調整輸出電壓的反饋信號與外加振蕩的三角波輸出信號，使管導通與截止相互轉換工作，進而利用濾波實現直流電壓的輸出，形成串聯開關調整型穩壓電路的演變。
綜上所述我們可以得到，若想直接進行有源負載、恒流源以及各種差分放大器的演變形成就需要應用到基本共射極電路，各種運放的線性與非線性應用電路的形成可以利用基本反饋電路。
三、結束語
本文通過分析模擬電子技術的功率放大電路以及穩壓電源電路的演變，總結歸納了模擬電子技術從已知到未知放大電路的一般規律和方法，闡述了其對放大電路中的各種電流、電壓等較強的適應能力。
參考文獻
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