简述基于单片机的数控稳压电源的设计与总结
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摘要：单片机的发明，为多领域的进步提供了强大的技术支持，基于单片机设计制造的稳压电源，越来越受到肯定和普遍使用，它不仅结构紧凑，价格低廉，性能卓越，而且由于单片机具有计算和控制能力，利用它对采样数据进行各种计算，从而可排除和减少由于骚扰信号和模拟电路引起的误差，大大提高稳压电源输出电压和控制电流精度，降低了对模拟电路的要求。
关键词：单片机；稳压电源；设计
随着新型单片机的出现以及更稳定先进的的电路拓扑技术的普及，传统应用技术，由于功率器件性能的限制使电源性能的影响减至最小，新型的电源电路拓扑和新型的控制技术，可使电源工作在处在安全的稳压状态，不仅大大的提高开关电源工作效率，更可为工业、生活提供更好的服务和更安全的保障，稳压电源在实际应用中十分必要。
一、设计中应用的硬件描述
1.单片机
单片微型计算机简称单片机，是典型的嵌入式微控制器（Microcontroller Unit），常用英文字母的缩写MCU表示单片机，它最早是被用在工业控制领域。数控稳压电源的系统是以单片机为CPU，EEROM是用来保存最后一次从键盘输入的电压、电流数据以及温度、脉宽调整数据等，每次开机时单片机从EEROM中读出数据控制电源输出。
2.传感器
传感器则是将物理信号转换为电信号的器件，电流传感器是由一段康铜片串接在电源输出电路中制成，电压传感器使用电阻分压方式，单片机系统通过电流、电压传感器检测电流和电压，测得两路模拟信号，先通过各自放大器放大成与A/D转换器相匹配的信号，经多路选择开关CD4051送给A/D转换器。
3.控制开关
控制开关，经过光电耦合器的调控可以把单片机的高频脉冲信号分频后变成适宜的开关脉冲信号，作为计数脉冲和门控信号，单片机把给定值与传感器采集的信号进行比较，产生误差信号，根据电压控制算法设置8155产生不同占空比(0～90％)的方波信号。
4.键盘及显示电路
数控稳压电源的键盘与显示部分装在仪器操作面板上，由8位LED数码管，3个LED指示灯以及16只键构成，其中4位数码管显示电源电压，4位数码管显示电流，3个灯作为报警显示。键盘与显示电路通过8155接口电路与8031相接。
二、4种基本的设计方案
1. 采用模拟的分立元件，利用纯硬件来实现功能，通过电源变压器、整流滤波电路以及稳压电路，实现稳压电源稳定输出±5 V、 ±12 V、±15 V。但由于模拟分立元件的分散性较大，各电阻电容之间的影响较大，因此所设计的指标不高、不符合设计要求、且使用的器件较多、连接复杂、灵活性差、功耗也大，同时焊点和线路较多，使成品的稳定性和精度受到影响。
2.采用传统的调整管方案，主要特点在于使用一套双计数器完成系统的控制功能，其中二进制计数器的输出经过 D /A 变换后去控制误差放大的基准电压，以控制输出步进。十进制计数器通过译码后驱动数码管显示输出电压值，为了使系统工作正常，必须保证双计数器同步工作。
3. 使用十进制计数器，一方面完成电压的译码显示，另一方面其输出作为 EEPROM的地址输入，而由 EEPROM 的输出经 D /A变换后控制误差放大同步的问题，但由于控制数据烧录在 EEPROM中，使系统设计灵活性降低。
4.采用单片机作为整机的控制单元，通过改变输入数字量来改变输出电压值，从而使开关控制电源输出电压发生变化，间接地改变输出电压的大小。为了能够使系统具备检测实际输出电压值的大小，经过 ADC0809进行模数转换，间接用单片机实时对电压进行采样，然后进行数据处理。利用单片机程控输出数字信号，经过 D /A 转换器( DA0830)输出模拟量，再经开关电源控制电路，使得输出电压达到稳压的目的。
三、方案的比较与总结
1.采用线性调压电源，以改变其基准电压的方式使输出不仅增加 /减少，这样不能不考虑整流滤波后的纹波对输出地影响，还能是用万用表量出。使用运算放大器做前级的运算放大器，由于运算放大器具有很大的电源电压抑制比，可以减少输出端的纹波电压。为抑制纹波而在线性调压电源输出端并联的大电容降低了系统的响应速度，这样输出的电压难以跟踪快变的输入，输出电压波形与 D /A 变换输出波形相同，不仅可以输出直流电平，而且只要预先生成波形的量化数据，就可以产生多种波形输出，使系统有一定驱动能力的信号源。
2.利用纯硬件来控制电压的输出，其中最基本的电路原理分析，需要计算负载的大小，稳压管的选择有关，采用中、小规模器件实现系统的数控部分，使用的芯片很多，造成电路内部接口信号繁琐，中间相互关联多，抗干扰能力差，双计数器一旦出现计数不同步时，会导致显示电压与输出电压不一致。采用AT89C51单片机完成整个数控部分的功能，同时,AT89C51作为一个数控化的可编程器件，便于系统功能的扩展。
3.采用具有 D /A转换功能的 PWM 调节电路、斩波电路、阔流器和可调稳压管 ( LM317)去控制输出参考电压，在利用 A /D转换采样，使输出更准确，且纹波小，电流亦可扩展，容易保护电路。
4.由于 D /A变换与功率驱动电路引入的误差，显示值与电源实际输出值之间可能出现较大偏差。采用 A /D转换电路，通过对输出电压的采样，经过单片机的分析处理，通过数据的反馈环节，使电压更加稳定，这样使得显示值与实际输出之间的偏差减为最小。直接对输出电压采样并显示输出实际电压值，一旦系统工作异常，出现预制值与输出值偏差过大，用户可以根据该信息予以处理，还采用了键盘 /显示器的查询时间，提高了CPU的利用率。
四、稳压电源的功能特点
当电网电压出现瞬间波动时，稳压电源会以10-30ms的响应速度对电压幅值进行补偿，使其稳定在±2%以内。稳压器除了最基本的稳定电压功能以外，还应具有过压保护（超过输出电压的+10%）、欠压保护（低于输出电压的-10%）、缺相保护、短路过载保护最基本的保护功能。电网有时会出现幅值很高，脉宽很窄的尖脉冲，它会击穿耐压较低的电子元件。稳压电源的抗浪涌组件能够对这样的尖脉冲起到很好的抑制作用。数控设备多采用AC/DC整流+PFC高频功率因数校正，自身有一定的干扰性同时对干扰源也有严格要求。稳压电源的滤波组件能够有效隔离电网对设备的干扰同时也能有效隔离设备对电网的干扰。
五、总结
随着科技的不断进步，社会在不断的发展，造成用电设备不断增多。但电力输配设施的老化和发展滞后，以及设计不良和供电不足等原因造成末端用户电压的过低，而线头用户则经常电压偏高。对用电设备特别是对电压要求严格的高新科技和精密设备，犹如没有上保险。不稳定的电压会给设备造成致命伤害或误动作，影响生产，造成交货期延误、质量不稳定等多方面损失。同时加速设备的老化、影响使用寿命甚至烧毁配件，使业主面临需要维修的困扰或短期内就要更新设备，浪费资源；严重者甚至发生安全事故，造成不可估量的损失。