稳压电源的设计与制作篇1

[关键词]单片开关电源复合式AC/DCMAX8873

一、引言

电源是现代电力电子设备不可缺少的组成部分,其性能的优劣直接影响设备的性能。传统的电源由于笨重、效率低而逐渐被重量轻、体积小、效率高的开关电源所代替。复合式开关电源作为一种高效率的开关电源,是对线性稳压电源和开关稳压电源进行优化组合形成的一种电源设计方案,它即具有输出电压稳定程度高、纹波电压小、电源转换效率高等众多优点。本文介绍了一种新型复合式开关稳压电源,该电源采用了一种新型单片AC/DC单片开关电源作为前级稳压器,为低压差线性稳压器MAX8873提供直流输入电压,然后利用低压差线性稳压器MAX8873获得高质量的稳压输出,组成高效率、输出可调的复合稳压电源。实验证明该电路具有良好的性能,有很高的实用性。

二、AC/DC开关电源

本设计采用基于TrenchDMOS工艺设计的一种AC/DC开关电源管理芯片。该芯片的工作方式为PWM即脉冲宽度调制方式;电路正常工作温度范围是-35℃至130℃;工作的开关频率为100KHz;占空比调节范围是3%～65%。其特点是宽压输入,输出电压纹波小,芯片效率高。该开关电源变换器集成了耐650V高压的功率开关管、电流限流比较器、振荡器、旁路调整器/误差放大器、高压电流源、基准源和过温、过压/欠压、过流及自动重启等保护电路,采用PWM调制模式达到在不同的负载下的高效率,采用隔离结构降低了芯片的EMI。开关电源控制集成电路的原理图如图1所示:

针对变压器原边绕组的漏感产生的高压毛刺,采用二极管D1与稳压管VR1并联接入原边绕组侧,用来吸收高压毛刺。光电耦合三极管U2的偏置电压由二极管D3与电容C3构成的整流电路提供。稳压管VR2、电阻R1、光电耦合三极管U2、电容C5组成电压反馈电路,用来确保电压稳定能都稳定输出。稳压管VR2和电阻R2保证了电源空载或轻载时输出电压的稳定性。利用电容C2降低输出直流电压的交流纹波。

电路工作原理:输入交流电先经过整流桥BR1整流,之后再经电容C1滤波,最后转变为脉动的直流电压。当MOSFET开关管导通时,电容C1两端的电压加到反激变压器的原边,流过原边绕组的电流线性增加,变压器储存能量。当MOSFET开关管关断时,电感原边电流由于没有回路而突变为零,此时稳压管VR1的击穿电压高于原边的感应电势而截止。

该AC/DC开关电源控制芯片结构示意图如图2所示,该集成电路的主要组成部分有旁路调整器/误差放大器、锯齿波/振荡发生电路、PWM比较器、基准电压源、软启动电路、上电复位电路及其它保护电路等。

从图2可以看出控制芯片的最大特色是把外置管脚数控制为三个。振荡器和功率管的内置使管脚数减少,功率管的内置还提供了启动偏置电压。控制引脚C不仅给内部供电,还提供了反馈电流信号,可用于控制电路的旁路电流和控制PWM占空比。此外,来利用功率管的导通电阻作为敏感电阻,来实现各个周期内的限流保护,这些都是该电路的特色。

三、低压差线性集成稳压器MAX8873

低压差集成稳压器是近年来应用广泛的高效率线性稳压集成电路。传统的三端集成稳压器普遍采用电压控制型,为保证稳压效果,其输入输出压差一般取2V~4V来保证正常工作。低压差稳压器采用电流控制型,选用低压降的晶体管作为内部调整管,能够把输入输出压差降低到0.6V以下,提高了电源的转换效率。产品主要有MAXIM公司生产的MAX8873系列,MICREL公司生产的MIC39500系列,TI公司生产的TPS767系列,LT公司生产的LT1528系列等。本文采用应用广泛的MAX8873芯片,MAX8873的典型工作电路如图3所示。

MAX8873是MAXIM公司生产的输出120mA的低压差线性稳压器。其中IN和OUT分别为电压输入端和输出端,GND为公共端,SET和SHDN分别为调整端和控制端。其主要特点有:组成电源元件最少,压差低,静态电流低,有关闭电源控制,输出电压固定,由外接电阻组成的分压器时输出电压可调,内部有输出电流限制、过热保护及电池反接保护等。

MAX8873有两种工作模式:工作在预置的电压模式下或工作在可调的电压模式下。在预置的电压模式下,内部电位器能够设置它的输出电压,我们通过连接SET端到地选择这种模式。在可调模式下,我们通过在SET端连上两个外部电阻作为分压器来选择输出电压,电压范围可从1.25V到6.5V。

为了减小寄生电容的影响,我们在电阻R1两端串上一个10PF到25PF的电容。而在预置电压模式下,SET端和地之间的阻值不能小于100K,否则SET端的电压将超过两种工作模式的门限值60mV。

四、新型复合式开关稳压电源的设计

本复合式开关稳压电源的原理图如图4所示。

电源输入交流宽输入电压85V-265V,双路输出电压+5V/1.5A,-5V/1.5A,输出功率15W。电路包括输入整流滤波,脉宽调制,高频变压器,电流反馈,低压差线性稳压,整流滤波输出等几部分。交流输入经整流滤波后,产生一个的直流电压加在变压器初级绕组的一端和控制芯片的源极,变压器初级的另一端由控制芯片内的高压功率管驱动。变压器两组副边经整流滤波后分别产生±5.5V的输出电压,该电压经LC滤波后输入到MAX8873中,经MAX8873输出后再通过下一级LC输出滤波得到±5V的高稳定输出。

在设计PCB板时要注意,电容C2负极应直接连反馈绕组,将反馈绕组上的浪涌电流直接返回到输入滤波电容,提高抑制浪涌干扰的能力。控制端附近的电容应尽可能靠近源极和控制端的引脚。控制芯片的源极采用单点接地法,即控制端旁路电容C12的负极、反馈电路的返回端、高压返回端应分开布线,最后在源极管脚处汇合。安全电容C13应通过宽而短的印制导线分别接至反馈绕组和次级绕组的返回端。尽量使用大尺寸的低电感引线。

五、实验结果

在市电输入下,当负载从0达到额定值时,电路的负载调整率为95%,输出电压纹波在40mV左右,输出纹波主要由变压器漏感的电压和整流管电压产生,可以通过进一步优化PCB版布局等方法来改善。

六、结束语

本文采用基于TrenchDMOS工艺设计的一种AC/DC开关电源管理芯片和低压差线性稳压器MAX8873设计了一种新型通用的复合式开关稳压电源。该电源具有体积小,效率高,输出电压稳定,负载调整率好等优点,实验表明该电源是一种性能良好的高精度稳压源。

参考文献:

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稳压电源的设计与制作篇2

关键词：Atmega16单片机；DA转换器；开关稳压芯片；BUCK电路

数控直流电压源，就是输出电压可控的直流电压源。如今，电子设备己成为人们日常工作和生活中必不可少的一部分，而电源恰恰是电子设备的心脏，为电子设备提供所必需的能量，起着万分关键的作用。电源系统对安全性、可靠性、便捷性以及实用性的要求正变得越来越高，数控直流电压源也因此逐渐受到人们的青睐。传统可调电源往往通过电位器来达到目的，虽然这样的电源有很大的输出功率，但很难做到精确调整，效率也不高。而数控直流电压源输出精确可调，亦有较高的输出功率以及转换效率，且更加轻便。本文的目的就是研究和实现高效低耗的数控直流电压源。

1数控直流电压源基本组成及工作原理

本文所设计的数控直流电压源的基本组成结构框图如图1所示，系统中，MCU选用AVR单片机Atmega16，它内部资源丰富，功耗低，可以保证系统稳定、可靠运行。DA转换器选用TLC5615，其基准源由基准源芯片REF5020产生。模拟电路模块包括开关稳压芯片LM2596_ADJ，运放芯片TL082，开关型电压转换芯片LMC7660以及功率电感等器件，共同构成一个BUCK电路。输出电压、电流经采样电路采入MCU并由液晶LCD5110进行显示。按键作为输入设备，对输出电压进行设置。

本设计工作原理是将单片机与DA转换器进行SPI通信，使DA输出可调的控制电压，送到运放TL082反相端。而以开关稳压芯片LM2596_ADJ为核心的BUCK电路上电后即输出电压，经分压后送到运放同相端，此时TL082作为比较器使用以比较上述两个电压。运放输出信号经二极管IN4148送入LM2596-ADJ的反馈脚（FB端）控制输出电压，由于LM2596-ADJ内部有1.235V基准电压以及比较器，当FB脚处电压小于基准时，会抬高输出电压；反之，则会降低，最终达到稳定从而达到数控的功能。接上负载后，输出电压、电流经采样点路送入MCU，就能在LCD5110上显示输出电压与输出电流。当采得电流值大于额定值，则将软件关闭LM2596_ADJ的使能端，进行过流保护。

2系统硬件电路设计

2.1单片机最小系统电路设计

单片机最小系统是利用最少的器件而使单片机工作的电路组织形式。最小系统电路原理图如图2，包括单片机、振荡电路、复位电路及供电电路。

2.2DA转换器及其基准源电路设计

DA转换器及其基准源电路设计如图3所示，REF5020电路简单，在其2脚（Vin）与4脚（Gnd）之间加上18V以下直流电压，再在6脚（Vout）接小电容即可得到基准电压。TLC5615为10位DA转换器，其1～4脚可与单片机标准SPI口PB4～7相连，通过收到的10位数字码控制输出电压。它的5脚与8脚加上供电电压，6脚（REFIN）接来自基准源的2.048V电压，就能在7脚获取DA的输出电压。

2.3稳压电路及其后级滤波电路设计

LM2596系列是降压型开关稳压芯片，其电路为一标准BUCK电路。稳压电路及其后级滤波电路设计如图4所示，输入电压从其1脚（IN）与3脚（GND）接入，输入电压为40V以下直流电压。开关信号由其2脚（OUT）输出，加到电感与吸纳二极管上。5脚（ON/OFF）为芯片使能端，低电平有效。4脚（FB）为反馈端，接入反馈信号以控制输出电压。图中上半部分为5.0V稳压输出，为单片机供电。下半部分为主稳压电路，输出可数控的电压。PCB设计要点，输出电感、电容以及后级滤波电路参数设计可按实际设计要求参考芯片技术手册。

2.4负电压产生电路设计

由于需为运放提供双电源，故需产生一负电压，可利用开关型电压转换芯片LMC7660。负电压产生电路设计如图5，在芯片8脚（V+）与3脚（GND）加入一正直流电压，并在2脚与4脚之间串上一10～22μF电容，即可在5脚得到对应正电压的负电压。

2.5比较电路设计

比较电路设计如图6所示，本部分电路的核心思想是将输出电压（经分压后）与DA输出的控制电压进行比较，若输出电压小，则抬高输出电压；反之，则降低，使两个电压达到动态平衡以达到数控目的。本电路中，运放与反相端之间的电容，与反馈端的电阻构成一个类似积分器的结构，当平衡时，正负偏移量相等，故系统输出将很稳定。

3系统软件设计

系统软件总流程图如图7所示，本部分设计包括单片机与DAC的SPI通信子程序、AD采样子程序、掉电保持子程序、液晶显示子程序以及键盘扫描子程序，从而达到控制DA输出电压、获取实时电压电流、掉电保持、实时显示以及键盘控制等多项功能，具体见下文分析。

3.1单片机SPI通信程序设计

AVR单片机Atmega16的标准SPI口为PB4～PB7，当直接使用时，只需配置若干相关寄存器即可进行数据的主从机传输，且由于本程序无需从DA传数据到单片机，故实际上MISO（PB6）口是不需工作的。工作时，需要配置SPI相关寄存器，即SPCR寄存器以及确定主机模式、时钟频率等。当使能端（PB4）有效，将一个字节数据赋给数据寄存器SPDR，就可传送一个字节的数据到TLC5615，完成后状态寄存器SPSR中的SPI完成标志位置位，在下次传送时需软件清零，完成后PB4拉高以停止SPI数据传输。

3.2AD采样程序设计

Atmega16单片机内部集成了一个8通道10位的AD转换器。使用时，首先需要配置AD模式寄存器ADMUX以确定AD的参考电压选取、采样通道、放大倍数等。下面要配置ADC控制和状态寄存器ADCSRA寄存器以决定分频率，AD中断是否使能，AD是否启动等。另外，若要使用AD中断，还要配置全局中断寄存器SREG。完成后就会开始进行AD转换，转换得到的10位数字码存在两个寄存器ADCH与ADCL，在程序中取出两个寄存器内容后进行一定的转换即可。

3.3掉电保持程序设计

Atmega16内部具有512字节EEPROM，地址范围为0～511。EEPROM的读写方便，ROM的每个地址可存储一个字节。每当用于控制的10位数字码变化，就将其按高低8位拆分，存入ROM中，当开机时再取出相应地址里的内容，重组10位数字码，即可完成掉电保持功能。

3.4液晶显示程序设计

LCD5110是84*48点阵液晶显示屏，它采用串行接口与MCU进行通信且支持多种串行通信协议。液晶显示字符的原理就是将每个6*8的点阵进行选择性点亮，使其显示出相应字符的形状。本设计需显示电压、电流，当得到AD采样结果后，将数据按位拆分，并显示在不同位置即可。

4结论

通过测试，本文所设计的数控直流电压源性能稳定可靠，设计电路实用、简单，效率高，带负载能力较强，该系统有如下特点：

（1）本系统输出电压在0～24V可调，步进为0.1V，输出电流最大可达3A，输出电压值、电流值由液晶LCD5110显示。

（2）最大输出功率45W以上，电源效率在80%以上，纹波不大于100mV。

（3）具有掉电保持、过流保护、常用电压预置等多种功能。

本数控直流电压源设计方案巧妙、电路及控制原理简单，输出可调且具有不错的带负载能力、很高的转换效率，可应用于供电电压在24V以下的各类电子设备供电。

参考文献：

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[2]蔡宣三，倪本来.开关电源设计与制作基础[M].北京：电子工业出版社，2012.6

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[4]路秋生.开关电源技术与典型应用[M].北京：电子工业出版社，2009.

作者简介：

沈瀚祺，男，（1991～）浙江桐乡人，杭州电子科技大学电子信息学院本科生，研究方向：数字图像处理与DSP芯片设计。

稳压电源的设计与制作篇3

【关键词】稳压电源；斩波电路；单片机；PWM；IGBT

直流稳压电源是一种常见的电子设备，被广泛的应用与各个领域。目前市面上使用的直流电源大部分是线性电源，而线性直流稳压电源由分立器件组成，存在体积大、效率低、可靠性差、操作不便、故障率高等缺点。随着电子技术的迅猛发展，各种电子设备对电源性能的要求越来越高。稳压电源日益朝着小型化、高效率、模块化、智能化方向发展。

本文介绍了一种以单片机系统为核心的新型可调直流稳压电源的设计，他主要由斩波电路和AT89S52单片机控制系统构成。它具有体积小、重量轻（体积和重量只有线性电源的20～30%）、效率高（一般为60～70%，而线性电源只有30～40%）、自身抗干扰性强、输出电压范围宽、模块化等优点。而且价格低廉，操作简单。具有较高的应用价值。

1.系统的总体设计

该系统由两部分组成，即主电路和控制电路。如图1所示，主电路由整流滤波电路、IGBT斩波电路、滤波电路组成；控制电路由控制电源、AT89S52单片机系统、IGBT驱动电路、ADC模数转换电路、8279键盘显示电路、检测保护电路组成。

主电路中整流滤波电路采用常用的三相桥不可控整流器，将电网的三相交流电压转换成直流，再经电容滤波得到平滑的直流电压。稳压电路是由大功率器件IGBT实现的降压斩波电路。

控制电路以AT89S52单片机为逻辑控制器，用于控制逻辑的实现。键盘和显示电路作为人机交互，用于显示和设定系统数据。ADC0809模数转换电路将系统实时电压反馈给单片机，由单片机进行处理。检测保护电路的作用是保护ADC0809检测电路，由于系统输出电压较高，不能直接接入ADC0809检测电路，需要通过检测保护电路将系统输出电压转换到ADC0809能够检测的范围才能接入电压检测电路。

2.控制电路设计

2.1控制系统的核心—AT89S52

AT89S52作为该系统的核心，其主要作用为产生并输出PWM波，他根据系统设定电压，调整PWM波的占空比，PWM波作为IGBT驱动电路的输入信号，从而调整输出电压，通过ADC转换电路获得实际输出电压，并与系统反馈的电压值进行比较，对占空比进行微调，是系统达到所需的输出电压。另外，它还用于键盘数据的读取和显示数据的刷新。

2.2人机交互——键盘显示电路设计

本系统设计了键盘和数码管显示功能，用于设定和显示系统数据。键盘和数码管采用仪表中常用的驱动芯片8279进行控制。8270芯片为一种可编程键盘与显示接口芯片，该芯片编程简单，能够自动扫描，并且与单片机接口方便，已经成为设计单片机应用系统的优选器件之一。以8279为控制芯片的键盘和数码管显示电路如图2所示，鉴于本系统所需显示和设定的数值较少，故采用4个8段数码管来显示系统数据。键盘为4X4扫描式键盘，16个按键中，10个按键为0～9的数字按键，另外6个按键为功能选择和设定按键。

8279以A0来区分信息特征，当A0=0时，单片机读出为数据；当A0=1时，单片机读出数据位芯片状态字，写入数据为控制命令。8279内部有两个数据缓冲区，即一个16字节的显示数据缓冲区和一个8字节的键盘数据缓冲区，显示数据时，只需要将需要显示的数据写入显示缓冲区即可。当有按钮闭合时，8279会自动去抖，并扫描键值，最后将键值存入键盘数据缓冲区，单片机只需要从数据缓冲区中读取数据即可得到键值，编程简单。

2.3ADC0809模数转换电路设计

ADC0809是较为常用的一款逐次逼近式A/D模数转换芯片，它是带有微处理机兼容的控制逻辑的CMOS组件，具有8位A/D转换器和8路多路开关，可以和单片机直接接口。ADC0809的组成包括：

一个8路模拟开关；

一个地址锁存与译码器；

一个A/D转换器；

一个三态输出锁存器。

多路开关可分时选通8个模拟通道，芯片允许8路模拟量分时输入，共用A/D转换器进行转换。三态输出锁器用于锁存A/D转换完的数字量，OE为低电平时，说明A/D转换器正在进行模拟量的转换，只有当OE端为高电平时，锁存器读取转换完的数据。

2.4IGBT驱动电路设计

日本富士公司推出的厚膜驱动集成电路EXB841是专门的IGBT驱动芯片，适合驱动1200V/300A以下的IGBT模块。EXB841为高速型驱动模块，具有隔离强度高、反应速度快、能够过流保护等优点，市场占有率较高。该驱动电路如图3所示，EXB841的15引脚外加PWM控制信号，当触发脉冲信号施加于14和15引脚时，在GE两端产生约16V的IGBT开通电压；当触发控制脉冲撤销时，在GE两端产生-5.1V的IGBT关断电压。

3.系统的软件设计

整个系统程序采用模块化设计方法，主要包括系统初始化模块、模拟电压读取模块、显示模块、按键处理模块、PWM脉宽调制模块和看门狗模块等。

看门狗模块分为初始化子程序和喂狗子程序两部分，初始化子程序用于启用看门狗功能和初始化看门狗定时器，本系统设看门狗定时器时间为2S，若2S时间内，没有执行喂狗程序，则看门狗电路发出复位信号，系统程序自动复位。

开机后，首先调用初始化子程序，初始化系统，此时系统按照默认参数，计算PWM占空比，并由定时器0和定时器1生成1KHZ的PWM波，由P2.3输出。由定时器2产生一个10MS的定时器中断，中断程序中读取实际电压，然后与设定电压比较，根据误差调整PWM波的占空比，使实际值逐渐趋近设定值。然后刷新输出，由数码管显示系统实时电压。

当有按键按下时，系统进入外部中断子程序，此时在外部中断子程序中调用按键处理子程序，来实现系统电压值的设定。

PWM波的调制程序是系统软件的关键所在，它的功能好坏直接影响系统的稳定性。它由定时器0和定时器1通过中断生成。定时器0和定时器1都工作在定时方式1，定时时间到出发相应中断。由定时器1控制PWM波周期，定时器0控制PWM波的占空比。当定时器1产生中断时，置位PWM输出口P2.3，同时启动定时器0。当定时器0中断发生时，中断程序复位P2.3，同时关闭定时器0。这样只需要调整定时器0的定时时间即可调整PWM波形的占空比。

定时器2产生一个10MS的中断，该中断程序用于调整PWM波的占空比，其流程图如图5所示，首先读取实际电压，然后与设定电压作比较，根据误差改变定时器0的定时时间，调整公式如下：

其中：为本次中断定时器0的初始设定值；

为上次中断时0的初始设定值；

为比例系数；

为设定电压与反馈电压的差值。

经过实际调试，当k取1.5时，系统能够达到较好的稳压效果。

4.结束语

通过系统调试，程序没有出现错误，得到的输出电压稳定可靠，采用键盘和数码管显示作为人机交互，操作简单方便，智能化相对来说比较高。用户反映良好。

基于单片机控制的直流稳压电源采用了先进的单片机控制技术、完善的保护电路及专用高性能基准稳压源元件，具有稳压精度高、纹波干扰小、安全可靠等特性，故可广泛应用于国防、科技、生产等领域。

参考文献

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稳压电源的设计与制作篇4

关键词：反激绕组充电切换稳压

中图分类号：TD6文献标识码：A文章编号：1007-3973（2012）010-032-02

各类矿山在线安全监测系统经常处于高温、多尘、高湿、高寒、雷电等极端恶劣条件中，同时，矿山环境又存在频繁停电、供电线路屡遭破坏的实际问题。因此，在线安全监测系统的可靠性问题—特别是供电的可靠性问题—已经成为业界关注的焦点问题之一。大多数矿山在线安全监测系统在紧急事故中因供电中断导致的系统瘫痪，极大地限制了其应用范围，也为矿山安全生产埋下了隐患。基于这种现状，矿山行业迫切需要一种能够提供具备高可靠性，可以在外部失电情况下为用电设备提供稳定电源供给，保证系统或者局部关键设备能稳定持续工作的不间断直流电源。

为解决上述问题，本文提出一种高可靠性的不间断直流供电装置。目前，常用不间断直流供电技术有两种，一种是电池常在线型，电池在不停的充电同时也在为后端用电设备不停的提供能量；另一种是电池后备型，正常情况下，市电通过转换为用电设备提供能量，当市电故障时，电池才投入使用。文中提出的装置属于第二种类型，在市电正常的情况下通过市电转换为稳定的输出电压；当市电故障时电池投入使用，经过转换提供稳定的输出。正常情况下电池一直处于充电管理过程中，采用这种方式可以极大的保证电池的使用寿命，延长设备使用年限。

1不间断直流电源实现方法

1.1不间断直流电源基本架构

文中提出的不间断电源装置采用反激开关电源设计，分为初级变换、输出稳压两级结构。初级变换采用反激隔离变换实现电池充电和初级电压变换，输出稳压级是一组DCDC变换单元，实现二次输出稳压变换。

初级变换单元采用反激变换器的形式，实现输入输出隔离，副边输出两组绕组S1和S2，其中S2绕组的输出提供给电池充电，S2绕组的输出采用闭环控制，实现对电池的恒流恒压充电控制；S1绕组的输出开环无稳压调节，直接连接到后级的输出级稳压DC-DC线路输入端。电池的输出经过一个整流MOS管连接到DC-DC线路的输入端。

1.2S2绕组设计

变压器S2绕组的输出经过整流后向后级电池进行充电，对S2绕组整流后输出的电压及电流进行检测，通过一级放大后反馈到变压器原边控制器的输入参考电压端，进而调整控制器的开关占空比实现输出的稳流稳压控制。

在电池欠电严重的情况下，先实现恒流控制，快速的给电池提供能量；当电池电压升到一定数值以后实现输出恒压控制，减缓电池充电速度。

图2为电池恒流恒压充电反馈检测控制线路图。其中，恒流与恒压数值的可以通过调整取样电阻进行修改，在使用过程中根据不同电池的充电性能进行相应调整。

1.3S1绕组设计

变压器副边S1绕组的输出是开环状态，经过整流后，输出一个波动的直流电压，当电池电量充满时，S1绕组的整流输出要大于电池的电压，保证在任何状态下S1绕组的输出始终大于电池电压。

1.4切换电路设计

S1绕组的整流输出直接连接到DCDC稳压线路，电池的输出经过一个反接的N沟道整流MOS管连接到DCDC稳压线路输入端。

在输入交流电压存在时，初级反激变换器S1绕组的输出电压始终大于电池的充电输出电压，由于MOS管内部二极管的反向截止作用，S1绕组的整流输出向DCDC稳压线路单元提供能量，电池处于热备份充电管理状态。

在输入交流电压消失后，S1的绕组输出电压开始下降直至消失，当电池的电压大于S1绕组输出的时候，MOS管的反向二极管开始导通，电池开始给DCDC稳压线路提供能量，保证输出电压的稳定。

S1的输出监测及MOS控制线路是一组辅助功能单元，实现在S1无输出的情况下，控制MOS管开通；当S1输出恢复时，关断MOS管。

S1绕组的整流输出与电池之间通过MOS内部的反向二极管特性实现切换，当S1输出确定已经消失的情况下通过控制线路开通MOS管，屏蔽二极管导通状态，减少器件功率消耗。

1.5输出DCDC稳压线路

输出DCDC稳压线路实现输出的最终稳压。线路支持宽范围电压输入，保证在S1整流输出供电或电池供电的状态下最终输出电压的稳定。

1.6保护线路

该不间断直流电源的各类保护线路通过嵌入式MCU进行监测和控制，主要实现电池及输出的过压、过流、欠压等检测控制和多状态配合保护。

2测试及性能分析

2.1试验测试方法

不间断直流电源的测试主要是针对电池的充电和输入掉电电池切换，交流正常输入情况下，将一组欠电电池接入，通过示波器或万用表监测电池的充电状态、输出电压状态；当电池充满电后切掉交流输入，监测输出电压的变化。

2.2电池充电测试

该电源所用的电池为标称电压12V的锂电池，容量2300mAh，在充电过程中对电池电压进行监测，绘制电池充电电压图表。

从图4中可以看出，在电池充电起始阶段，电池电压上升比较快，这个阶段电池一直处于恒流充电状态，当电池充电到接近75%能量，既电压充到接近10.5V的时候，转为恒压充电状态，从这时开始电池电压缓慢稳步上升，在充电电压达到12V的时候转为浮充状态。

2.3电池切换输出电压测试

在电池充好电以后，切掉输入交流输入，在设备输出带80%负载的情况下监测输出电压状态。

在进行电池切换的过程中输出电压并无明显的波动，说明该电源产品实现了交流输入与电池之间的无抖动切换，保证设备在电池切换过程中输出电压无跌落，供电稳定。

3总结

实验表明，本文设计的不间断直流电源能够在正常输入交流供电的情况下，对电池的进行良好充电，并在供电故障状态下，实现输出电压的无抖动切换。同时，电池在输入正常情况下处于热备份状态，当输入消失后才投入工作，有效的增加了电池的使用寿命，保证了设备的可靠供电，为各类设备和在线监测系统在恶劣矿山环境下的稳定运行提供了有效保障。

参考文献：

[1]任锦瑞.矿山电源质量问题及谐波处理[J].机电与自动控制，2008，06（29）：39-41.

[2]闫福军.宽电压输入反激式开关电源的研究[D].成都：电子科技大学，2010.

[3]张维.单端反激式开关电源研究与设计[D].西安：西安电子科技大学，2011.

[4]应建华.锂电池充电器中恒流恒压控制电路的设计[J].微电子学，2008，03（38）：445-448.

稳压电源的设计与制作篇5

【关键词】三相逆变电源;DSPIC;全数字控制;设计

在当前，随着电力电子技术的高速发展，尤其是逆变技术在多领域的广泛应用，人们对逆变电源的性能要求也较过去有了较大程度的提高，不仅要求输出的波形质量尽量好，而且对其稳态与动态性能的要求也日益更高。基于此，本研究成功设计了一种基于DSPIC全数字控制的三相逆变电源，现对其技术方案简要陈述如下，以供业内人士参考。

1.本三相逆变电源的总体设计思路

在本设计方案中，主要包括的几个部分为：

①括主控制电路;

②驱动保护电路;

③工作电源;

④三相逆变电路;

⑤输出滤波电路;

⑥稳压电路;

⑦前级处理电路。

其具体设计思路如图1所示。

图1三相逆变电源的总体设计思路

2.硬件设计

2.1主控制芯片的选择及其特性简述

本设计选用的是美国微芯科技公司生产的DSPIC数字信号控制器（DSC）为电源的主控芯片，同时该芯片为16位闪存单片机设计，其快速中断处理能力与对设备的切断功能均颇为强大，另还兼具了数字信号处理设备（DSP）的数据吞吐和运算功能，进而在运算速度与数字信号处理方面有非常不错的表现，对指令的执行速度甚至超过了30MIPS。此外，该芯片还配备了自编程闪存，可耐受的工作环境温度可达到工业级。

2.2电源开关元件的选择及其特性简述

本设计采用绝缘栅双极型晶体管（IGBT）作为电源开关元件，IGBT不但具有效应管（MOSFET）的高速开关功能，而且还具有电力晶体管（GTR）的低通压降优点，是一种集多方面优点于一身的复合型开关元件。

2.3主控制电路的设计

在主控制电路的设计中，将复位、晶振、六路PWM输出以及报警等等多项功能考虑进其中，具体详见图2所示。

图2主控制电路原理图

2.4逆变电源开关元件（IGBT）的驱动电路设计

IGBT的门极驱动电路在很大程度上影响着其开关时间、功耗以及承受短路电路的能力，是关系到IGBT静、动态性能的关键部件，故其对应的驱动保护电路设计尤为重要，本次详细设计如图3所示。

图3IGBT驱动电路设计图

2.5逆变电源的保护电路设计

一旦出现输入（出）电流与电压不稳定以及电源开关元件温度过度升高的情况，有可能对整个逆变系统造成破坏性的损坏，故在本设计中，分别设计了电源的输入过流保护电路（如图4所示）与超温保护电路（如图5所示），其中，以超温保护电路为例，一旦IGBT的温度超过了额定温度，主控芯片立即发出故障信号并自动将所有的IGBT切断，同时还将通过指示灯发出警报以提示已有异常发生。

图4输入过流保护电路设计

图5超温保护电路设计

2.6逆变电路的稳压电路设计

在本设计中，为便于逆变控制系统调节输出电压的大小及波形，继而采用了闭环控制策略，具体详见图6所示。逆变电压经变压器降压整流后，再经分压电阻分压采样，形成闭环。

图6稳压电路设计图

3.软件设计

综合借助DSPIC对数字信号的处理功能及其快速的计算能力，同时采用了SPWM脉宽调制技术，对六路PWM值实时计算，再将计算的结果传输到内部的PWM控制模块产生PWM波形。其中，开关频率选用20kHz，其周期为50μs，通过软件对所产生的PWM波形的正弦数值进行分析并生成表格，将其提前存储到控制芯片当中。存储正弦数字表为180个数值，根据波形的对称性和三相相位相互差120度的特性，在0到180的正弦数值表中加入一定计算就可以得到所需要角度的对应数值。控制芯片根据回馈采样，利用PI调节，对正弦数值表中的每个值进行重新计算后送如PWM模块，以达到稳压的目的。同时每1毫秒对所有输入采样和各种保护进行处理，若有保护信号动作，立即关闭PWM模块，使驱动波形变为无效，进而达到及时保护IGBT的目的。此外，为了最大程度减少启动器对器件产生的冲击，本设计在软件方面还特地增设了一个软启动程序，进而确保其输出的电压不会徒然升至过高。

4.实验结果

图7、图8所示为经过LC滤波前后的三相逆变电压线电压波形，频率为50HZ，符合设计要求。

图7LC滤波前的逆变电压波形

图8LC滤波后的逆变电压波形

5.结束语

本研究成功设计了一种基于DSPIC的全数字控制三相逆变电源，其样品目前已通过检测，检测结果显示，本产品采用DSPIC进行控制，其可控性、可靠性以及波形质量与带负载能力等，均显著优于传统电路设计，建议将其作为新一代逆变电源产品进行批量生产并推广应用。

参考文献

稳压电源的设计与制作篇6

关键词：线性稳压器；开关稳压器；电源

中图分类号：TP303+.3文献标识码：A文章编号：1009-3044（2014）11-2656-04

Abstract：AnalyzesthebasicprinciplesandcharacteristicsoftheDC-DCregulator，analyzesandcomparestheperformanceandstructureoftheprincipleoflinearregulatorandswitchingregulator，andprovidesavarietyofimportantfactorsintheactualsituationoftheDC-DCdesign.Describestothebasicmethodofpowerchipselection，andprovidesareferencefortheDCpowercircuitdesign.

Keywords：linearregulator；switchingregulator；powersupply

电源的应用无处不在，所有的电子系统都需要恒压电源或者恒流电源的支持。输出直流称为直流电源，由前端直流转后端直流的称为DC-DC变换器，而直流转交流的变换器称为逆变器。所以，DC-DC变换器是用于提供DC电源的电路或模块。

1DC-DC变换器的主要分类

1.1线性型（Linear）

线性型变换器：可以从电源向负载连续输送功率的DC-DC变换器。线性型变换器通过在线性区域内运行的晶体管或场效应晶体管（FieldEffectTransistor或FET），电路的输入电压中减去超额电压，调节从电源至负载的电流流动，从而产生经过调节的输出电压。

1.2开关电源型（Switcher）

开关电源型变换器：以脉宽方波的形式从电源向负载输送功率。其特点是开关器件的周期性开通和关断（定频型、变频型、定变混合型）。将原直流电通过脉冲宽度调制PWM（PulseWidthModulation）或脉冲频率调制PFM（PulseFrequencyModulation）来控制有效的直流输出。PWM调制稳定电压的方式是，在开关频率不变化的前提下，依靠脉冲宽度的增大或缩小改变占空比例，进而调节电压达到稳定，它核心部件是脉宽调制器。在PFM调制方式运作的时候，脉冲宽度是固定的，开关频率的增加或减少控制了占空比，使得电压保持稳定，脉频调制器是它的核心部件[1]。

2线性稳压器（LinearRegulator）

线性稳压器如78XX系列三端稳压器等，是一种无需使用开关元件而能提供恒定电压恒定电流输出的DC-DC转换器。

2.1线性稳压器的工作原理

线性稳压器和输出阻抗形成了一个分压网络。线性稳压器等效于受控的可变电阻器，可根据输出负载自行调解以保持一个稳定的输出。输出电压通过连接到误差放大器反相输入端的分压电阻采样，误差放大器的同相输入端连接到一个参考电压Vref。误差放大器试图使其两端输入相等2.2线性稳压器的类型

线性稳压器中的元件是双极型晶体管或场效应管MOSFET。双极型线性稳压器具有较高的压降电压，并能支持较高的输入电压并拥有更好的瞬态响应。MOSFET低压差线性稳压器LDO（LowDropoutRegulator）能支持非常低的压降，低静态电流，改善噪声性能和低电源抑制。为使线性稳压器处在正常工作状态之下，Vin和Vout之间最小压差称为压降电压（Drop-outVoltage），不同的稳压器结构会产生不同的压降电压，这也是几种线性稳压器的最大区别。如LM340和LM317这些稳压器使用NPN达林顿管，称其为NPN稳压器（NPNRegulator）。然而低压差（Low-dropout）稳压器（LDO）和准LDO稳压器（Quasi-LDO）为新型电源设计提供了更高性能[2]。

2.3LDO的应用选择

开关稳压器是一种采用开关组件与能量存贮部件（电容器和感应器）一起输送功率的DC-DC转换器，它提高了电源转换效率和设计灵活性。开关稳压器主要分为以下两类：电感储能开关稳压器和无电感型开关稳压器（充电泵）。

3.1电感储能开关稳压器的工作原理

电感用于储存能量及向负载释放储能，电感在开关管开通状态下从Vg获得能量。

4DC-DC变换器的应用选择

5结论

通过分析比较最常见的两类三种直流稳压电源，了解了直流稳压电源的结构及构成原理，提出了电源电路环路控制的设计方案，为直流稳压电路正确合理的设计提供了参考方案。根据不同的实际设计需要和参数选用不同类型直流稳压电源，有利于整个系统平稳安全的工作。

参考文献：

[1]杨建伟.谈开关电源的原理和发展趋势[J].科技与企业，2012（22）：359.

[2]TulteD.Low-Vinbuckregulatortogglesfast-switching/verylow-dropoutmodes[J].ElectronicDesign，2005，53（21）：27.

[3]OliverN.ChargepumpversusboostconverterthegreatbattlebetweenwhiteLEDdriversolutions[J].GlobalElectronicsChina.2005（9）：49-50.

[4]王学智.开关电源的原理和发展趋势[J].黑龙江科技信息，2007（11）：21.

[5]严惠琼，都思丹.新型National系列半导体电源芯片分析综述[J].南京大学学报，2007（43）：35-46.