直流稳压电源设计方案范例(3篇)

直流稳压电源设计方案范文

关键词：STC12C5A60S2；单片机；直流电源

中图分类号：TN86

直流电源是通信机房的必需设备，它的主要任务就是通过把交流系统整流出直流电，为通信机房的交换设备、传输设备等提供直流工作电源，其性能和质量的好坏直接关系到通信设备能否稳定运行[1]。然而，目前使用的直流稳压电源大部分是利用分立器件组成的线性电源，在输出特性上存在输出精度和稳定性不高的问题。此外，在调整精确的电压输出时，因为电位器的阻值特性为非线性，在调整时需要花费一定的时间。因此，具有精度高，智能化的数控直流电源在工业生产中逐渐得到了广泛的应用。本文采用单片机作为控制核心，设计一种用于通信机房的12-48V可调高精度数控直流电源。

1总体方案

本次设计的数控直流电源方案如图1所示，主要包括键盘输入，LED显示，PWM信号输出，功率输出，A/D转换等模块，单片机负责对各个模块之间的协调处理。其基本原理是单片机控制输出占空比可调的PWM信号，经过功率放大、滤波之后获得稳定直流电压输出。另一方面，对输出的电压进行取样并进行A/D变换后反馈到单片机，根据取样电压与设定电压进行比对，再对PWM信号占空比进行调节，从而形成闭环控制。输出电压值用键盘进行设置，并采用LED数码管进行动态显示。

图1数控直流电源方案

2主要硬件组成

2.1STC12C5A60S2单片机简介

STC12C5A60S2是宏晶科技公司的一款增强型MCS-51单片机。该单片机采用单时钟/机器周期（1T），指令代码完全兼容传统8051，但速度快8-12倍。此外，其内部集成MAX810专用复位电路，2路PWM，8路高速10位A/D转换（250K/S），非常适用机电控制场合。

2.2核心电路设计

脉冲宽度调制（PWM）是一种模拟控制方式，其根据相应载荷的变化来调制晶体管基极或MOS管栅极的偏置，来实现晶体管或MOS管导通时间的改变，从而实现开关稳压电源输出的改变。这种方式能使电源的输出电压在工作条件变化时保持恒定，是利用微处理器的数字信号对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术[2]。图2所示为本通信直流电源的核心模块。单片机内部的可编程PWM模块信号从P1.3引脚输出，R1为上拉电阻，信号经过限流电阻R2连接到功率三极管VT的基极。功率三极管VT放大的PWM波经过LC滤波整形，通过对单片机内部的PWM模块编程，控制其占空比在25-100%之间连续可调，从而最终获得12-48V范围的直流电压。图中，DT为续流二极管，其作用是在控制开关关断期间，给储能滤波电感L释放能量提供电流通路。在PWM电源中，输出的PWM波频率通常为20kHz。

由于STC12C5A60S2单片机内部A/D模块要求输入电压不能超过5V，因此采用R3和R4构成的分压电路对输出电压进行取样之后，再连接到单片机内部进行A/D转换，如图2所示。

图2PWM驱动输出及A/D取样电路

3软件程序设计

软件程序中，需要对STC12C5A60S2单片机内部模块进行初始化，主要包括对PWM模块和A/D模块的相应控制寄存器进行设置。其中，PWM_init（）函数的主要代码及说明如下（晶振频率12M）：

CMOD=0x08；//设置PWM频率Fosc/256，为50kHz

CL=0x00；//PCA定时器清零

CH=0x00；//PCA定时器清零

CCAPM0=0x42；//PWM0设置PCA工作方式为PWM方式

CCAP0L=0xc0；//设置PWM0初始值与CCAP0H相同

CCAP0H=0xc0；//PWM占空比为25%

AD_init（）函数的主要代码及说明如下：

P1ASF=0x01；//P10口做AD使用

P1M0=0x01；//用于A/D转换的P1.0口

P1M1=0x01；//P1.0先设为开漏，断开内部上拉电阻

ADC_CONTR=0x88；//开启AD高速转换

系统工作流程为：单片机上电复位，初始化系统内部PWM模块，A/D转换模块以及其他相关寄存器。在主函数的循环中，单片机读取10位A/D转换结果，并与当前设置的电压值进行对比，根据误差对PWM模块的控制寄存器进行修正，改变占空比，直到输出电压值与设定值一致。另外，通过按键扫描程序检测键盘状态，根据键盘输入调用相应程序对输出电压值进行设置，同时通过LED数码管显示设置的电压值以及实际输出的电压值，让用户实时了解电源的工作状态。

4结束语

该数控直流电源采用了10位高精度A/D对输出电压进行采用，并实现了闭环控制。相对于常见分立元件的直流电源以及开环输出的数控直流电源，本设计的电源具有电压调节方便，精度高等优点，能够满足通信机房对电源电压及精度的要求。

参考文献：

[1]杨文红.通信直流电源设计方案的研究[J].洛阳大学学报，2004（02）：28-30.

[2]司明.一种开关电源PWM控制电路设计[D].辽宁大学，2013.

[3]赵建领，薛园园.51单片机开发与应用技术详解[M].北京：电子工业出版社，2009.

直流稳压电源设计方案范文

关键词：热力热电阻导热

一、差配方法的差异

现在我们可以注意到，这种落后的差配方不允许显式计算。相反，整个系统的节点必须被写入整个方程组，并同时解决了温度是否确定的问题。因此，我们说，向后差分方法为以后的瞬态分析产生了一个隐含的配方温度。可以按照讨论的方法进行方程组求解。毕奥和傅立叶数字也可以通过使用这个符号以下面的方式定义问题，已建成总结出一些典型的节点方程中都有显式和隐式的配方。对于这种情况，一个明确的前向差分方法的优点是直接计算未来的节点温度，但是，这种计算的稳定性有管辖选择值。自动删除一个较小的值而保留一些最大的值。在另一方面，没有这样的限制施加在从它们的隐含制剂获得的方程的解。这意味着，较大的时间增量可以被选择计算。最明显的隐式方法的缺点是对于每一个时间的数量进行较多的计算。对于涉及大量节点的问题，隐式方法可能会导致花费更多的时间在最终的解决方案里面，大多数问题只涉及一个节点数量，对于瞬态热传导一个数值分析的许多应用探讨问题，这应该是显而易见的，现在有限差分技术可适用于几乎任何情况，只需一点点耐心复杂的问题就会变得相当容易解决，只有适度的计算机设施。使用微软的Excel表格中的瞬态热传导问题的解决方案在讨论传导传热问题中有限元方法是非常必要的。

二、热电阻能力

热电阻温度检测原理：纯金属和大多数合金的电阻率都随温度升高而增加，即具有温度系数。热电阻温度计就是利用金属导体的电阻值随温度变化而改变的特性来进行温度测量的。也就是说在一定温度范围内，电阻-温度关系是线性的。温度的变化，可导致金属导体电阻的变化。这样，只要测出电阻值的变化，就可达到测量温度的目的。

在电子电路和电气设备中，通常都需要电压稳定的直流电源供电，直流电源可分为两在类，一类是化学电源，各种各样的干电池、蓄电池、充电电池等电源；其优点是体积小、重量轻、携带方便等，缺点是成本高，易污染。另一类是稳压电源，它是把交流电网220V的电压降为所需的数值，然后通过整流、滤波和稳压电路，得到稳定的直流电压，这是现实生活中应手比较广的一类。直流稳压电源的姐成一般是由电源变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路四部分组成。电源变压器的功能交流电压变换部分，将电网电压变为所需的交流电压，并将直流电源与交流电网隔离；整流部分的作用产将变换后的交流电压转为单方身的脉动电压。单方向在脉动电压存大很大的脉动成份，不能直接提供给负载，脉动谐波成份成为纹波。电路形式有半波整流、全波整流、桥式整流等形式；滤波电路的作用是滤除交流分量，得到更纯净的直流电源；稳压部分的作用是维持输出直流电压的基本稳定。经过滤波电路后的电压和稳定性比较差。电压受温度、负载、电网电压波动等因素的影响较大，故需要稳压电路来保持电压的恒定。

导热率K是材料本身的固有性能参数，用于描述材料的导热能力。这个特性跟材料本身的大小、形状、厚度都是没有关系的，只是跟材料本身的成分有关系。所以同类材料的导热率都是一样的，并不会因为厚度不一样而变化。但如果仔细看一些导热材料的资料，会发现很多导热材料的热阻值，同厚度并不是完全成正比关系。这是因为导热材料大都不是单一成分组成，相应会有非线性变化。厚度增加，热阻值一定会增大，但不一定是完全成正比的线性关系，可能是更陡的曲线关系。所以测试并计算出来的热阻值并不完全是材料本身的热阻值，应该是材料本身的热阻值加所谓接触面热阻值。因为接触面的平整度、光滑或者粗糙、以及安装紧固的压力大小不同，就会产生不同的接触面热阻值，也会得出不同的总热阻值。

物理科学就是这样，很多参数是无法真正的量化的，只是一个“模糊”的数学概念。通过这样的“模糊”数据，人们可以将一些数据量化，而用于实际应用。此处所说的“模糊”是数学术语，“模糊”表示最为接近真实的近似。而同样道理，根据热阻值以及厚度，再计算出来的导热率K值，也并不完全是真正的导热率值。傅力叶方程式，是一个完全理想化的公式。我们可用来理解导热材料的原理。但实际应用、热阻计算是复杂的数学模型，会有很多的修正公式，来完善所有的环节可能出现的问题。

三、稳态的瞬态解除极限情况

正如我们所看到的，稳态数值配方的结果，当右侧被设置为零导致在不稳定情况下计算时使用大量的时间增量来计算。同时，很难获得一个稳态的解，后一种方法可能会出现相当繁琐的计算步骤，高斯赛德尔迭代方法用于解决许多稳态数值问题，如何去解决，当然还有许多采用计算机的计算。如果产生的热变电阻从对流边界条件或者可变热导率遇到变化时，一般的解决方案的稳态极限可以提供的优势是会记得直接的稳态解，当可变热阻力出现，由此产生的稳态节点方程变为非线性的，其解决方案可能很难有所改变。这种情况下，短暂的解决方案仅仅是要求每个电阻在每个时间增量端部进行重新计算，电阻可以是直接输入，如在节点方程的变量中添加计算，然后对于足够大数量的时间增量进行极值计算，直到温度值不再发生显著变化。在这一点上，才能稳态下的结果值。

参考文献

直流稳压电源设计方案范文篇3

【关键字】DC-DC变换器LM5117CSD18532KCSMOS场效应管

一、系统方案论证

开关电源方案采用LM5117用于高侧MOSFET的CSD18563以及用于低侧MOSFET的CSD18532（X2）。该方案适用于高电压或各种输入电源的降压型稳压器应用。其控制方法采用仿真电流斜坡的电流模式控制。电流模式控制具有固有的输入电压前馈、逐周期电流限制和简化环路补偿的功能。使用仿真控制斜坡可降低脉宽调制电路对噪声的敏感度，有助于实现高输入电压应用所必需的极小占空比的可靠控制，同时不会影响输出纹波。

电流恒定控制采用场效应管CSD18532KCS构成压控恒流源，再由LM5117芯片控制DC-DC实现降压变换。该方案可以实现电压线控制电源，增加了执行效率提高恒流效果。拥有超低的QG、QGD、雪崩额定值和逻辑电平等优点，并且不会影响输出纹波，输出电流波动较小。本文的过流保护如图1所示，调整下MOS管Q2的源极电阻R14使输出电流≥3.1A时，电路进入打嗝模式，启动限流保护。

二、电路设计

LM5117包含一个双电平UVLO（欠压锁定）电路。当UVLO低于0.4V时，LM5117处于关断模式。关断比较器可提供100MV的迟滞，以避免转换过程中的跳动（CHATTER）。当UVLO引脚的电压高于0.4V，但低于1.25V时，控制器处于待机模式。在待机状态下，VCC偏置稳压器被激活，而HO和LO驱动器被禁用，SS引脚保持低电平。此功能允许通过一个集电极开路或漏极开路器件将UVLO引脚拉至低于0.4V，以实现远程关断功能。当VCC引脚超过其欠压锁定阈值，且UVLO引脚电压高于1.25V时，HO和LO驱动器被启用，并开始正常运行。

此处直接选取13.5V电压能正常开机即可，根据UVLO=1.25V，这里选取电阻RUV2为91K，RUV1=10K，使得U=1.25*（91K+10K）/10K，即UIN>12.6V，此电路即可工作。

在MOS管导通的时间里，电感L会将通过的电流转换为磁能，把能量贮存起来。电容C将通过电感L的那部分电流转化为电荷贮存起来。在MOS管截止的时间里，电感L会产生反向电动势，将其输送给负载R并与续流二极管D组成回路，同时电容C将电荷转换成电流向负载供电。

三、系统测试

为了减少误差，测试方案采用，多次重复测试的方法进行。测量电路点如图2所示（3、4、5、6、7为测量点）：

额定输入电压下，产品主要做了以下5组测试，测试结果如表1所示：

由表1可知：

①|？UO|在0.01～0.03V之间，符合|？UO|=|5V-UO|≤100MV的设计要求；

②IOMAX在3.00～3.01之间，符合额定输入电压下，最大输出电流：IO≥3A的设计要求；

③输出噪声纹波电压峰峰值UOPP在32MV～40MV之间。符合UOPP≤50MV（UIN=16V，IO=IOMAX）的设计要求；

参考文献

[1]侯振义.直流开关电源技术及应用[M].北京：电子工业出版社.2015，P17-39.

[2]张占松，蔡宣三.开关电源的原理与设计[M].电子工业出版社，2011，P35-58.

[3]王水平，付敏江.开关稳压电源.原理、设计与实用电路.[M]西安：西安电子科技大学出版社，2009，P127-136.