一种应用于电气系统的稳压电源的研究与设计

张博群

【摘 要】稳压电源是电气系统正常实现控制功能的重要因素，根据电气控制系统的特点，结合单片机控制技术、电子技术设计了一种能够进行0～5V直流电压以及最大3A的电流输出，输出电压可通过电位器旋钮灵活调节，为了保证用电安全，系统还设置了安全报警功能。结论表明本电源输出稳定、精度高，适应了目前电气系统对于电源的需求。

【关键词】稳压电源；电气系统；电流；电压；研究

0 引言

数字可调低压直流稳压电源指的是将市电或者其他电源作为输入，通过内部电路的转换作用，能够为大多数电器器件进行直流供电的一种电子控制系统，它有模拟电路式以及模拟数字混合式两种类型，模拟电路式稳压电源出现较早，内部结构简单，通常由整流模块、稳压装置以及其他一些必要部分组成，由于内部不含有过流检测以及过压检测等功能，因此成本非常低；而数字模拟混合式充电器在模拟式的基础上添加了数字模块，使得充电器可以实现控制，因此过流过压以及显示功能在这种类型的稳压电源中非常常见。在传统式的模拟电路稳压电源中，只有整流和稳压模块两个部分，当50Hz的市电输入到系统后，整流模块将50Hz的交流电整流成直流电电压，该电压大小随着市电电压的大小而发生变化，因此整流模块输出的电压不能够直接为一些电气设备供电，变化不定的电压很容易损坏电子设备。根据以上缺点，设计出了一种新型的数字可调低压直流稳压电源，将微处理器引入系统内部，通过对电流的检测实现过压过流保护等动作，并且能够根据输出电压电流的大小，判断出稳压电源的工作状态，并将其显示在液晶屏上反馈给使用者，大大提高了用户体验度与系统智能化。

1 总体方案设计

数字可调低压直流稳压电源的硬件系统以STC89C51单片机作为核心部分，该部分由STC89C51单片机芯片、复位电路以及晶振电路组成，负责驱动ADC0832模数转换器对稳压模块输出的电压进行采集，并将采集结果进行读取，驱动LCD1602液晶屏对输出电压值进行显示，与此同时还要负责判断输出电压是否超过安全范围，当超过时驱动报警器进行报警。数字可调稳压电源的总体设计方案如图1所示。

图1 整体系统框图

2 单元电路设计

2.1 LM2596S稳压芯片电路设计

本系统采用+12V直流电压作为输入。电容C3为输入电源滤波电容，用于将输入电压中的高频杂波进行滤除。LM2596的3和5号管脚直接接地即可；2号管脚为输出端，4号管脚为输出反馈端，L1电感用于阻挡高频杂波进入负载，电位器R1用于调节输出电压值的大小，在本系统中只需转动电位器的转动杆即可实现输出电压的可调；二极管D1用于进一步对输出电压进行稳定，电容C1用于对输出电压中的高频杂波进行滤除。电路中LM2596S的输出电压将被ADC0832模数转换器进行采集，接到ADC0832芯片的2号管脚CH0（1号采集通道）。

稳压电路设计如图2 所示。

2.2 显示器设计

稳压电源采用LCD1602液晶屏作为显示输出，LCD1602数据管脚DB0～DB7与51单片机的P0.0～P0.7直接相连，控制管脚RS、RW以及EN与单片机的P2.5、P2.6以及P2.7直接相连，分辨率管脚VO通过电阻分压获得1.1V直流电压。显示电路可以将电源的实时工作状态进行显示，有效提升了产品的智能化水平。

2.3 报警电路设计

报警电路为了实现当输出电压超过安全范围时进行报警信号的发出，主要由蜂鸣器、MOS管以及电阻组成的报警器电路，其中R2和R3两个电阻用于限流，防止大电流将MOS管以及蜂鸣器烧坏，同时R2也达到了降低蜂鸣器音量的作用。R3左端与51单片机的P2.0管脚直接相连，当P2.0输出高电平，SI2302管被导通，电流通过蜂鸣器，发出报警信号；当P2.0输出低电平时，MOS管不能被导通，蜂鸣器不工作。

3 软件设计

3.1 主控制流程

稳压电源系统的主程序控制流程如下，首先给系统上电，接着各芯片在得到电源后开始进行各自的初始化。初始化完成后，用户通过电位器旋钮来调节LM2596S的输出电压，通过按键来对安全电压进行设置，接着STC8951单片机将驱动ADC0832开始对输出电压进行采集，将模拟电压转换成8位串行数字信号传送给51单片机，接着51单片机将对采集到的结果进行判断，当超出安全范围时，立即驱动蜂鸣器进行报警，与此同时51单片机将驱动LCD1602液晶屏显示充电器的流程设计。

3.2 模数转换电路流程设计

在系统上电后ADC0832进入工作状态，此时51单片机产生时钟信号通过P3.6管脚进行输出，当时钟信号的第一个脉冲输出时，此时P3.7管脚输出高电平，这样就成功启动了ADC0832的采集转换。接着在第二和第三个时钟信号来临的时候通过DI管脚对采样通道进行选择，也就是选择用CH0还是CH1管脚采集，当P3.6依次输出1和0时表示选择CH0作为采样的输入通道，当P3.6依次输出1和1时表示选择CH1作为采样的通道。在接下来的八个时钟信号中，ADC0832通过DO管脚将转换后的八位数字信号一位一位输（下转第204页）（上接第128页）出给51单片机的P3.6管脚，八位数据的输出顺序是从高到低进行传送。在第12至20个信号中，ADC0832通过DO管脚将转换后的八位数字信号再次一位一位输出给51单片机的P3.6管脚，八位数据的输出顺序是从低到高进行传送。接着，51单片机在接收到这两组八位数据后，通过对比来判断两个数据是否一致，当一致时表示转换结果正确，可以使用，否则将判断为转换失败，这就是ADC0832的一次转换流程。

4 调试与结论

在软件、硬件设计的基础上，进行了稳压电源系统用的安装与调试，系统调试过程中遵循先单元电路再系统调试的原则，对模块电路性能确认的基础上进行系统联调，为了保证电源的输出效果，采用了数字示波器对输出了检测，输出的纹波系数很小，同时精度也达到了电气系统电源的设计需求，最后带上了不同电气系统作为负载，对稳压电源系统的负载进行了测试。结论表明，基于单片机技术的稳压电源设计性能可靠，精度高，在电气系统的供电中具有重要的应用。调试结果如图3所示。