郑俊荣
身份证号码：440782198604165617
摘要：随着电力电子技术水平的不断提高，稳压电源在各行各业中得到了广泛的应用与推广，使电气设备及其控制系统的工况特性得到了大幅度的提高，实现电气设备的节能降耗。下文对一种以单片机为主控制器的直流稳压电源的设计过程进行简要的分析。
关键词：直流稳压电源；单片机；设计
前言
直流稳压电源是电气设备及其控制系统的重要电源系统，在电力电子教学、电气设备开发研究等工程领域等领域得到了广泛的应用与推广。本设计以直流电压源为核心，利用AT89S51单片机为主控制器，实现直流稳压电源的数字控制。
1.基于单片机的直流稳压电源的优势
基于单片机的智能高精度直流稳压电源，结合了最先进的单片机控制技术采用高性能基准稳压电力电子元件，稳压调压精度高而且抗干扰能力强，克服了传统直流稳压源的缺点。同时整个控制系统具有完善的保护电路，大大提高了设备的使用寿命。随着电力电子技术的成熟，单片机价格越来越经济，且集成度相当高，大大减少了直流电源系统开发成本，具有明显的工程实际应用价值。
2.本设计电源的功能和特点
本电源采用可控硅作为第一级调压元件，用稳压电源芯片LM317、LM337作第二级调压元件，通过AT89S51单片机控制继电器来改变电阻网络的电阻，从而改变调压元件的外围参数，获得从2V～18V、0.1V步长可调电压，驱动能力最大可达1A，同时可以显示正负两路电源的电压值和输出电流的大小。
该电源主要特点如下：
（1）通过控制可控硅BT151的导通角，使整流后输出电压的平均值发生变化，达到调压的目的，以降低稳压电源芯片LM317、LM337的功耗；
（2）保存掉电前设置的电压值，重新上电后用户不用设置电压值，避免了调试中断重新上电后电压值过高损坏用户设备的可能；
（3）有两组互相隔离的电压输出，一路输出固定电压+5V，另外一路输出正负步长0.1V可调电压，输出范围为±2V～±18V，最大负载电流为1A，显示实际输出电压误差不超过0.05V；
3.硬件电路设计
硬件电路主要包括变压器、整流滤波电路、正负压差控制电路、稳压及输出电压控制电路、电压电流采样电路、掉电前重要数据存取电路、单片机、键盘显示和程序下载电路等几部分，硬件部分原理框图如图1所示。
图1：硬件原理框图
3.1压差控制电路
压差控制电路为降低三端稳压器件LM317、LM337的功耗，必须控制LM317、LM337输入端与输出端的压差，压差控制电路由单结晶体管BT33、积分电路（RP、C3）和可控硅BT151组成，如图2所示。由于负端电路与正端电路完全对称，下面分析的电路以正端为例进行说明。
充放电路由BT33和RP、C3组成，充放电时间τ=RPC3，通过控制RP电阻的大小来改变充放时间τ，从而改变可控硅BT151的导通角，使整流后输出电压的平均值发生变化，达到调压的目的。为了实现自动调压差，将RP用继电器控制的电阻网络代替。
继电器采用松下公司生产的TQ-12，它有2组常开、常闭触点，由单片机的I/O口控制其断开与闭合，继电器控制电路如图4所示。为了使正负两路电源的内部消耗均衡，对继电器采用-12V供电。为解决单片机I/O口输出的TTL电平（高电平和低电平）能否控制继电器断开和闭合的问题，利用图4中R1、R1′电阻进行分压。电阻值的大小可利用叠加原理计算确定。只要选取合适的电阻值，就可以达到控制的目的。
3.2稳压及输出电压控制稳压电路
稳压及输出电压控制稳压电路由三端稳压芯片LM317（负端为LM337）及外围元件组成，在B1上产生固定电压1.25V。为了达到起始电压为2V，在电路中串接电阻R2，R2的大小决定电路输出的起始电压，最小电压值为1.25V。计算选取合适的R2阻值，适当匹配输出电压控制电路中电阻网络的阻值，即可达到0.1V可调输出电压。
3.3电压电流采样电路
电压电流采样电路电压电流采样电路由运放LM324和串行ADO834组成。ADO834为4通道8位逐次逼近式多路串行模数转换器，其输出与TTL和CMOS兼容。图中由A1与A2等构成电流采样处理电路，由A3等构成电压采样电路，它们分别输出到串行ADO834的某个通道。正负两端电压电流的采集正好需要4个通道，由单片机控制进行轮流采集。
3.4掉电前重要数据的存取
掉电前重要数据存取电路掉电前保存当前设置的电压值，可以方便用户在重新上电后不再设置，而且也不会因为电压值过高损坏用户设备。X5045是在单片机系统中广泛应用的一种电压监测与复位电路芯片，它把上电复位、看门狗定时器、电压监测控和E2PROM四种常用功能组合在单个芯片里，以降低系统成本、节约电路板空间。其看门狗定时器和电源电压监测功能可对系统起到保护作用，512×8位的E2PROM可用来存储单片机系统的重要数据。本设计通过软件设置，在每次电压设置值结束后把该值直接写入到X5045的某个内存单元，而系统在初始化的过程中直接将上次保存的数值读入单片机，单片机根据该数值控制电阻网络，从而获得需要的电压值。
4.软件设计
软件采用C51编程，整个系统的软件流程图如图2所示，其中外部中断用于键盘进行电压设置，定时器中断用于瞬间过载保护。
图2：系统的软件流程图
5.总结语
以AT89S51单片机为核心设计的一种智能稳压电压源系统，有效保证电气设备的安全稳定运行。系统输出电压采用数显和键盘输入控制，提高了电源的人性化服务。基于AT89S51单片机的一种稳压电压源系统系统集成度高、可靠性强、具有自我故障检测保护功能，具有良好的实用价值。
参考文献：
[1]李全利.单片机原理及应用技术[M].北京高等教育出版社，2014.
[2]陈太洪.基于LM399的高精密度稳压电源[J].工矿自动化，2011，（02）：66-72.