数字稳压电源系统设计

李 彬

（广东理工学院，肇庆526100）

数字可调式稳压电源是一种常见的精准控制电子设备，其内部是基于单片机来进行工作的。与数字可调式稳压电源比较，传统的稳压电源存在着许多饱受诟病的缺点，例如稳压控制精度较低、设备体积相对大、调节起来困难、电路构造复杂等[1]-[5]。为了可以更好地解决上述这些问题，可以考虑利用数字可调式稳压电源进行处理。

1 整体方案设计

数字可调式稳压电源的整体设计方案如图1所示。单片机的作用相当于人类的大脑，核心的逻辑运算离不开它。该单片机与显示电路以及PWM控制器相连接，接受来自A/D转换电路跟键盘的数据指令。辅助电源电压等级为5V，PWM控制器与DC-DC变换器连接，然后通过滤波器，输出到U、I取样当中，最后再通过A/D转换部分，把数据传回单片机。A/D转换电路的作用是把来自U、I取样系统的模拟信号转变成数字信号，并经过滤波处理传输给DC-DC变换器。

图1 数字可调式稳压电源系统框图

2 电路设计

DC-DC变换器采用大功率PNP型三极管TIP147。该三极管为电压控制型元件场效应管，与常见的三极管有很大的不同，并且PNP三极管还是电流控制型元件[6]。除了具有噪声小的优点外，场效应管还有像功耗低、不会发生二次击穿的现象、输入电阻相当之大、辐射跟温度对其影响较小以及安全工作区域比较宽等优点。得益于这些优点，PNP型三极管最应该被用于低噪声、高灵敏度的电路。如今PNP型三极管也成为三极管的重要代表类型，DC-DC设计电路如图2所示。

数字稳压电源系统采用了LC型π型滤波器，如图3所示。虽然LC型π型滤波电路有着外特性较为软、冲击电流相当大的缺点，但它的输出电压脉动系数比仅仅只有LC滤波时更小一些，波形也更为平滑，输出电压也显著提高。C8为可以滤除高频信号的电容，实际情况中可以优先使用陶瓷型的。C12为滤波器输出端的滤波电容，它在这里的作用是平滑滤波。C9、C10以及C11则是滤波器输入端的滤波电容，同样具有平滑滤波的作用。

图2 DC-DC设计电路

由于该数字稳压电源系统用的是STC12C5410AD型的单片机，它的A/D取样的参考值为工作电源，也就是5V。如果输出电压大于5V，便无法正确测量输出电压，所以R11跟R12会构成一个分压电路。每当输出电压为3～10V时，AD0处的电压范围就为0.6～2V，这样就可以满足A/D取样的条件，输出电压取样电路如图4所示。

图3 滤波电路设计

下图5为输出电流I取样电路设计。图中的U3A、U3B运算处理器为LM358，内部包含了两个双运算放大器，这两个放大器不仅相互独立，而且都具有高增益跟内部频率补偿。在实际的运用中，无论是单电源，还是双电源模式，LM358都能轻松驾驭。因此，在设计过程中，采取放大倍数为50的LM358，此时设计方案最经济、最简便。除了具有内部频率补偿外，LM358运算放大器还具有低输入偏流、低功耗电流、直流电压增益较高、单位增益频带较宽和输出电压摆幅大等特性。

本设计采取多个键盘构成的开关矩阵，这也是单片机系统中常用的输入设备。当操作人员想向数字稳压电源系统输入相关指令或者数据时，可以通过键盘来完成一系列操作。一般来说，单片机的系统采用的是非编码键盘，键盘电路如图6所示。

图4 输出电压U取样电路

图5 输出电流I取样电路

图6 键盘电路

3 结论

数字可调式稳压电源最终可以实现输出电流稳定以及输出电压可调等功能，并且使实时输出电压值跟输出电流值能准确地显示在操作屏幕上，帮助操作者更加准确地控制电压输出值，实现电源系统稳定与安全的目标。