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[摘要] 本文介绍的开关稳压电源是以数控方式产生30V～36V可调直流电压，该设计是以AT89S52单片机产生一个标准PWM波，通过光电耦合将PWM提供给一个积分电路，然后再控制开关电源，同时单片机外接键盘，通过按键由单片机实现控制输出的步进调整要求；另外，数据的采集显示等功能都有单片机控制实现。
[关键词] 开关 稳压 电源
一、方案的选择与论证
根據题目的要求，提出以下几种系统方案。
1、方案一 如图1所示：
将220V交流电压经过EMI滤波及整流滤波后，得到约300V的直流电压加到半桥变换器上，用脉宽调制电路产生的双列脉冲信号去驱动功率MOS管，通过功率变压器的耦合和隔离作用在次级得到准方波电压，经整流滤波反馈控制后可得到稳定的直流输出电压。但此开关电源为降压型开关电源，而本设计题目是升压型开关电源，所以不满足设计题目要求。
2、方案二 如图2所示：
在稳压电路前加入DC-DC变换器，采用脉宽调制（PWM）技术，并采用恒压差控制技术，在这种情况下，由DC-DC变换器来完成，从不稳定的直流电压到稳定的直流电压的转变，由于采用脉宽调制技术和恒压差控制技术，使得线性稳压电路两端压差减小，电路消耗大幅度下降，解决了方案一中的效率低下的问题。其次，由于使用脉宽调制技术，使得电路有了过流、过热、自动恢复等功能。
图1 方案一
图2 方案二
3、方案三如图3所示：
本方案结合方案1、2的优缺点，利用单片机产生PWM波通过光电耦合实现信号源的控制的隔离。通过稳压处理后控制开关变压器，后面的输出电压测试通过A/D转换后由单片机处理输出显示。
图3 方案三
二、方案的确定
根据题目的要求，电源输出的电压为30V～36V，而输出电流则要求达到2A左右，这就成了一个小电压大电流的电源，一般的电源输出电压都比较低，而且电流也很小，达不到题目的要求，在控制环节，考虑到输入很容易影响输出的结果，题目要求电压调整率SU=2%，在DC-DC变换器的效率η≥70%，而传统的线性电源效率只能达到30％～40％，比较以上三个方案，我们选择方案三。
三、方案的实现
1、控制部分电路
控制部分选用AT89S52单片机控制同时也由它产生PWM波和对输出结果的显示。为了获得较好的PWM信号波源，采用单片机软件自动生成，根据后面的需要，P1.0口输出一个标准140K的方波信号，输出后通过一个高速的光点耦合器件6N137进行隔离输出，再通过一个积分电路输出控制开关电源，这部分的实现电路如图4所示。
PWM波产生的部分程序如下。
PwmData0 equ xxx;T0计数器初值
PwmData1 equ xxx;T1计数器初值
...
mov tmod,#00010001b
setb et0
setb et1
mov th0,#high(65536-PwmData0)
mov tl0,#low(65536-PwmData0)
;******************
;可变脉宽PWM输出,T0控制占空比，T1控制脉宽（最大65536us）
tim0:
clr et0
clr p1.0;PWM输出脚
mov th1,#high(65536-PwmData1)
mov tl1,#low(65536-PwmData1)
setb et1
reti
;----------------------
tim1:
clr et1
setb p1.0
mov th0,#high(65536-PwmData0)
mov tl0,#low(65536-PwmData0)
setb et0
reti
图48051单片机控制电路
2、开关电源部分
经积分后的信号输入一个由两支三极管构成的功率MOS管的缓冲和驱动电路，然后将信号传给驱动功率管MOSFET IRF9530，IRF9530作为功率开关管供电。由于IRF9530的导通电阻只有，功率损耗很小，同时并联一个续流二极管，这样有效的抑制输出噪声纹波电压，所以使用这种方法极大的提高了开关变压器控制信号的输入功率，由于开关电源内部关键元器件工作在高频开关状态，本身消耗的能量很低，开关电源效率可达80%~90%，
这就能实现题目要求在DC-DC变换器的效率η≥70%的指标，比普通线性稳压电源提高将近一倍，为达到题目要求的在DC-DC变换器的效率η≥70%，我们采用开关变压器输出电压采样部分，利用两个三极管够成一个镜象电流源对电压采样，该部分构成一个脉冲调制电路，当输出电压升高时，T4的内阻下降，导致与T4并联的R3、C3的参数发生变化，从而使得T1的脉冲宽度变窄，变窄以后将降低后面的输出，降低输出后其稳压的过程与上述相反，从而达到输出电压不变。具体的实现电路如图5所示。
图5开关电源电路
3、供电电源部分
隔离变压器部分由于我们实验室只备有220V~15V的变压器，没有20V~18V的变压器，在此我们就用了一个220V~15V的变压器替用，其电路图如图6所示，只可能也是后面输出电压值有些偏小的原因之一，另外单片机供电部分考虑相互影响的因素，还是另做了一个常规的±5V类型的电源供电，在此由于很简就没给出电路图。
图6隔离变压器电路
四、测试方案及结果
1、测试所用仪器
DT9202数字万用表，
MOS-620示波器，
CMC250频率计，
ME-52仿真器
TOP851烧程器
EPROM擦除器
P42.00计算机一台
LENOVO喷墨式打印机一台
2、数据测试
PWM波调整与输出电压值测试，测试结果见表一。
表一PWM波值与输出电压值
PWM频率(KHz) 输出电压(V)
130 30.02
135 31.00
140 31.99
145 33.00
150 34.02
155 35.05
160 35.85
(2) 电压调整率测试，测试结果见表二。
表二 U2/SU测量值
值(V) 电压调整率
15 1.80%
16 1.75%
17 1.55%
18 1.20%
19 1.40%
20 1.80%
21 1.68%
四、结论
本设计通过测试已基本达到题目要求，对输出的数控基本实现，DC-DC变换器的效率η≥70%的目标已实现，输出电压的采样及显示功能已实现。
参考文献:
[1]许艳慧.一种智能化高精度数控直流电源的设计与实现[J].微计算机信息，2007，32，（11-2）：136-138.
[2]苏家健，曹柏革，汪志锋．单片机原理及应用技术[M].北京：高等教育出版社，2007．
[3]邓坚，杨燕翔，齐刚．数控直流稳压电源设计口]．计算机测量与控制，2008，(12)：191—193．
[4]祝敏．直流数控可调稳压电源的设计口]．电子元器件应用，2008，10(4)：62—64．
[5]高文焕，李冬梅．电子线路基础(第二版)[M]．北京：高等教育出版社，2005．
[6]朱锡仁．电路测试技术与仪器[M]．北京：清华大学出版社，2008．
[关键词] 开关 稳压 电源
一、方案的选择与论证
根據题目的要求，提出以下几种系统方案。
1、方案一 如图1所示：
将220V交流电压经过EMI滤波及整流滤波后，得到约300V的直流电压加到半桥变换器上，用脉宽调制电路产生的双列脉冲信号去驱动功率MOS管，通过功率变压器的耦合和隔离作用在次级得到准方波电压，经整流滤波反馈控制后可得到稳定的直流输出电压。但此开关电源为降压型开关电源，而本设计题目是升压型开关电源，所以不满足设计题目要求。
2、方案二 如图2所示：
在稳压电路前加入DC-DC变换器，采用脉宽调制（PWM）技术，并采用恒压差控制技术，在这种情况下，由DC-DC变换器来完成，从不稳定的直流电压到稳定的直流电压的转变，由于采用脉宽调制技术和恒压差控制技术，使得线性稳压电路两端压差减小，电路消耗大幅度下降，解决了方案一中的效率低下的问题。其次，由于使用脉宽调制技术，使得电路有了过流、过热、自动恢复等功能。
图1 方案一
图2 方案二
3、方案三如图3所示：
本方案结合方案1、2的优缺点，利用单片机产生PWM波通过光电耦合实现信号源的控制的隔离。通过稳压处理后控制开关变压器，后面的输出电压测试通过A/D转换后由单片机处理输出显示。
图3 方案三
二、方案的确定
根据题目的要求，电源输出的电压为30V～36V，而输出电流则要求达到2A左右，这就成了一个小电压大电流的电源，一般的电源输出电压都比较低，而且电流也很小，达不到题目的要求，在控制环节，考虑到输入很容易影响输出的结果，题目要求电压调整率SU=2%，在DC-DC变换器的效率η≥70%，而传统的线性电源效率只能达到30％～40％，比较以上三个方案，我们选择方案三。
三、方案的实现
1、控制部分电路
控制部分选用AT89S52单片机控制同时也由它产生PWM波和对输出结果的显示。为了获得较好的PWM信号波源，采用单片机软件自动生成，根据后面的需要，P1.0口输出一个标准140K的方波信号，输出后通过一个高速的光点耦合器件6N137进行隔离输出，再通过一个积分电路输出控制开关电源，这部分的实现电路如图4所示。
PWM波产生的部分程序如下。
PwmData0 equ xxx;T0计数器初值
PwmData1 equ xxx;T1计数器初值
...
mov tmod,#00010001b
setb et0
setb et1
mov th0,#high(65536-PwmData0)
mov tl0,#low(65536-PwmData0)
;******************
;可变脉宽PWM输出,T0控制占空比，T1控制脉宽（最大65536us）
tim0:
clr et0
clr p1.0;PWM输出脚
mov th1,#high(65536-PwmData1)
mov tl1,#low(65536-PwmData1)
setb et1
reti
;----------------------
tim1:
clr et1
setb p1.0
mov th0,#high(65536-PwmData0)
mov tl0,#low(65536-PwmData0)
setb et0
reti
图48051单片机控制电路
2、开关电源部分
经积分后的信号输入一个由两支三极管构成的功率MOS管的缓冲和驱动电路，然后将信号传给驱动功率管MOSFET IRF9530，IRF9530作为功率开关管供电。由于IRF9530的导通电阻只有，功率损耗很小，同时并联一个续流二极管，这样有效的抑制输出噪声纹波电压，所以使用这种方法极大的提高了开关变压器控制信号的输入功率，由于开关电源内部关键元器件工作在高频开关状态，本身消耗的能量很低，开关电源效率可达80%~90%，
这就能实现题目要求在DC-DC变换器的效率η≥70%的指标，比普通线性稳压电源提高将近一倍，为达到题目要求的在DC-DC变换器的效率η≥70%，我们采用开关变压器输出电压采样部分，利用两个三极管够成一个镜象电流源对电压采样，该部分构成一个脉冲调制电路，当输出电压升高时，T4的内阻下降，导致与T4并联的R3、C3的参数发生变化，从而使得T1的脉冲宽度变窄，变窄以后将降低后面的输出，降低输出后其稳压的过程与上述相反，从而达到输出电压不变。具体的实现电路如图5所示。
图5开关电源电路
3、供电电源部分
隔离变压器部分由于我们实验室只备有220V~15V的变压器，没有20V~18V的变压器，在此我们就用了一个220V~15V的变压器替用，其电路图如图6所示，只可能也是后面输出电压值有些偏小的原因之一，另外单片机供电部分考虑相互影响的因素，还是另做了一个常规的±5V类型的电源供电，在此由于很简就没给出电路图。
图6隔离变压器电路
四、测试方案及结果
1、测试所用仪器
DT9202数字万用表，
MOS-620示波器，
CMC250频率计，
ME-52仿真器
TOP851烧程器
EPROM擦除器
P42.00计算机一台
LENOVO喷墨式打印机一台
2、数据测试
PWM波调整与输出电压值测试，测试结果见表一。
表一PWM波值与输出电压值
PWM频率(KHz) 输出电压(V)
130 30.02
135 31.00
140 31.99
145 33.00
150 34.02
155 35.05
160 35.85
(2) 电压调整率测试，测试结果见表二。
表二 U2/SU测量值
值(V) 电压调整率
15 1.80%
16 1.75%
17 1.55%
18 1.20%
19 1.40%
20 1.80%
21 1.68%
四、结论
本设计通过测试已基本达到题目要求，对输出的数控基本实现，DC-DC变换器的效率η≥70%的目标已实现，输出电压的采样及显示功能已实现。
参考文献:
[1]许艳慧.一种智能化高精度数控直流电源的设计与实现[J].微计算机信息，2007，32，（11-2）：136-138.
[2]苏家健，曹柏革，汪志锋．单片机原理及应用技术[M].北京：高等教育出版社，2007．
[3]邓坚，杨燕翔，齐刚．数控直流稳压电源设计口]．计算机测量与控制，2008，(12)：191—193．
[4]祝敏．直流数控可调稳压电源的设计口]．电子元器件应用，2008，10(4)：62—64．
[5]高文焕，李冬梅．电子线路基础(第二版)[M]．北京：高等教育出版社，2005．
[6]朱锡仁．电路测试技术与仪器[M]．北京：清华大学出版社，2008．