直流稳压电源电路基于AT89C51的设计方案研究与探索

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直流稳压电源电路基于AT89C51的设计方案研究与探索

作者：郭志辉

来源：《科技创新导报》2011年第16期

摘 要:本系统稳压电源部分采用电压调整器μA723外加调整管2SC3280实现此功能,再通过单片机AT89C51来起控制电路,实现了扩充多种功能。稳流部分采用了三端稳压调整器LM317T实现。DC-DC变换器采用了两片PFM控制芯片MAX770来实现,使输出电压提高到+100V,输出电流最大可以达到100mA。电压调整,负载调整率及纹波电压均优于指标要求。可以说本系统比其它同类产品要好的多。此研究可供工程技术人员、电子爱好者参考使用。 关键词:AT89C51直流稳压电源电路设计

中图分类号:TM44 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)06(a)-0058-01

1 几种常见方案论证与比较 1.1 稳压电源部分

方案一:简单的并联型稳压电源;并联型稳压电源的调整元件与负载并联,因而具有极低的输出电阻,动态特性好,电路简单,并具有自动保护功能;负载短路时调整管截止,可靠性高,但效率低,尤其是在小电流时调整管需承受很大的电流,损耗过大,因而不能采用此方案。方案二:输出可调的开关电源;开关电源的功能元件工作在开关状态,因而效率高,输出功率大;且容易实现短路保护与过流保护,但是电路比较复杂,设计繁琐,在低输出电压时开关频率低,纹波大,稳定度极差,因而也不能采用此方案。

方案二:由μA723组成的零伏起调电源;μA723内部设有高精度基准电压源和高增益的放大器,外围电路比较简单,电压稳定度也比较高,其典型电压调整率为0.01%,负载调整率为0.03%,且热稳定性好,输出噪声也很小,还内设有过电流控制电路,使用安全可靠,具有较高的性价比,为首选方案。

1.2 稳流电源部分

方案一:采用7805三端稳压器电源;固定式三端稳压电源(7805)是由输出脚Vo,输入脚Vi和接地脚GND组成,它的稳压值为+5V,它属于CW78xx系列的稳压器,输入端接电容可以进一步的滤波,输出端也要接电容可以改善负载的瞬间影响,此电路的稳定性也比较好,只是采用的电容

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必须要漏电流要小的钽电容,如果采用电解电容,则电容量要比其他的数值要增加10倍,但是它不可以调整输出的直流电源;所以此方案不易采用。

方案二:采用LM317可调式三端稳压器电源;LM317可调式三端稳压器电源能够连续输出可调的直流电压。不过它只能连续可调的正电压,稳压器内部含有过流,过热保护电路;由一个电阻(R)和一个可变电位器(RP)组成电压输出调节电路,输出电压为:Vo=1.25(1+RP/R)。

由此可见此稳压器的性能和稳压稳定都比上一个三端稳压电源要好,所以此此方案可选,此电源就选用了LM317三端稳压电源,也就是方案二。 1.3 DC-DC变换部分

综合考虑效率,输出功率,输入输出电压,负载调整率,纹波系数,采用充电泵型变换器,该类电源以电容代替电感作贮能元件,为一个或多个电容供电。该类电源的最大特点是元件易得,体积小,电路比较简单,无电感;但由于对充电泵的要求严格,不适合于工作在大负载条件下,因而在大多数电源中没有被广泛使用。

2 电路原理及各部的分离电路

(1) 稳压电路部分:采用精密电压调整器μA723,外加大功率调整管以提供大电流输出。本设计还通过单片来实现了短路过流保护,过热保护。温度开关KT一端通过一个上拉电阻接正电源,另一端接地,当温度过高时开关断开,产生一个零电平跳变送给单片来进行处理。过流检测和短路保护原理采用单片机MCS-51(89C51)对输出电流进行周期性的检测,可以方便地实现短路保护及短路故障排除后自恢复的所有功能.过流或短路时,检测电路向单片P1口发出报警信号,单片证实后启动它的保护电路,经过短时间延时后继续查询P1口上的内容,如无报警信号,则电路又恢复到正常状态。过热保护,发声报警等功能也直接由单片机(89C51)来实现控制。

(2)稳流电源部分:LM317是三端可调式正电压调整器,正常工作时在其调整端与输出端之间有一个高稳定度的1.25V电压,利用该电压即可以获得可调的电流输出。实际中,LM317输出端与电位器之间串接了一个10Ω/1W的电阻,使最大电流限制在125mA左右,以免发生过流现象。 (3)DC-DC变换部分:DC-DC变换器的核心部件是两片升压开关调节器MAX770,MAX770结合了PFM低的吸取电流和PWM大功率应用下效率高的特点,能比以往的PWM器件提供更大的电流。

用MAX770制成的升压器如下图所示;由于MAX770对VMOS管的驱动能力有限,使用了一片MAX770很难实现本电路的性能指标,因此本电路采用了两级MAX770。

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3 测试方法与调试过程 略。

4 电路的结果分析 4.1 稳压电路部分

(1)最大输出电流:它由μA723的3脚所接电阻R9决定,计算公式为:Imax=0.6/R9,由于本电路中R9为0.33Ω,因此Imax限制为2A左右。(2)输出电压的可调范围:由于本电路中uA723的7脚接-2V,因此可以实现从零伏起调,这也是本电路的特色之一,本电路实现了0～20V可调,超过指标要求;(3)电压和负载调整率及纹波电压:优于指标要求,这是由μA723特性与方案设计思路决定的。(4)效率的测试:输出为9V,而输入为17V左右,因此有一部分功率被调整管吸收,从而导致了效率并不是很高。 4.2 稳流电路部分

(1)Rmin=10Ω,Rmax=1010Ω;I’min=1.25/1010≈1.24mA>Imin;受输入电压+12V与LM317内部压降约为1.7V的影响,可能的最大电流为:I’max=(12-1.7)/220≈46.82mA >?Imax;Imin>I’min是由于LM317在小电流负载下稳压性能变差造成的,Imax 4.3 DC-DC变换电路

由于该变换部分输入电压为12V,输出电压为100V,升压比较大,要保证电流输出能力,多级并联式开关升压器是一种较好的选择。在保证第二级满载输出时,第一级至少应留有80%的裕量,且第一级电压波动应不大于5%。

5 总结与归纳

此设计采用了电压调整管(?A723)外加调整管(2SC3280)来实现电压的调整部分,还通过单片机(89C51)来实现电路的控制,也实现了扩充多功能,而稳流部分采用了LM317可调式三端稳压电源管,通过LM317来实现 了电路中的稳流部分,至于电路的最后一部分(DC-DC变换部分)我们是采用两片升压开关调节器(MAX770)来实现了电路中的DC-DC变换部分.本次设计在电压调整器的电路中,采用了适当的联接方法,可以实现电压”零”伏起调;测试方法与过程也比较充分,同时也实现了电压的可调。(软件部分有需求者可与作者联系)。