電源對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)是比較重要的一部分，電源電壓的穩(wěn)定性與整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定有密切關(guān)系，因此設(shè)計(jì)穩(wěn)定的電源是必不可少的。
直流穩(wěn)壓電源電路原理
直流穩(wěn)壓電源一般由變壓器、整流器、濾波器和穩(wěn)壓器四部分組?，壤_?所示。變壓器把220v交流電（市電）變?yōu)榉€(wěn)壓所需的低壓交流電；整流器把低壓交流電變?yōu)橹绷麟?；整流后的直流電中仍?huì)含有交流成分，可以通過(guò)濾波電路將交流成分濾除；經(jīng)濾波后，穩(wěn)壓器再把不穩(wěn)定的直流電壓變?yōu)榉€(wěn)定的直流電壓輸出。
在很多應(yīng)用直流電機(jī)的場(chǎng)合中，要求為電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路提供1個(gè)其輸出能從0 v開(kāi)始連續(xù)可調(diào)（0～24 v）的直流電源，并且要求電源有保護(hù)功能。實(shí)際上就是要求設(shè)計(jì)一個(gè)具有足夠調(diào)壓范圍和帶負(fù)載能力的直流穩(wěn)壓電源電路。該電路的設(shè)計(jì)關(guān)鍵在于穩(wěn)壓電路的設(shè)計(jì)，其要求是輸出電壓從0 v開(kāi)始連續(xù)可調(diào)；所選器件和電路必須達(dá)到在較寬范圍內(nèi)輸出電壓可調(diào)；輸出電壓應(yīng)能夠適應(yīng)所帶負(fù)載的啟動(dòng)性能。
1.電路的設(shè)計(jì)
符合上述要求的電源電路的設(shè)計(jì)方法有很多種，比較簡(jiǎn)單的有3種：
（1）晶體管串聯(lián)式直流穩(wěn)壓電路。電路框圖如圖1所示，該電路中，輸出電壓uo經(jīng)取樣電路取樣后得到取樣電壓，取樣電壓與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較得到誤差電壓，該誤差電壓對(duì)調(diào)整管的工作狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整，從而使輸出電壓發(fā)生變化，該變化與由于供電電壓ui發(fā)生變化引起的輸出電壓的變化正好相反，從而保證輸出電壓uo為恒定值（穩(wěn)壓值）。
單純的串聯(lián)式直流穩(wěn)壓電源電路很簡(jiǎn)單，但增加輔助電源后，電路比較復(fù)雜，由于都采用分立元件，電路的可靠性難以保證。
（2）采用三端集成穩(wěn)壓器電路。如圖2所示，他采用輸出電壓可調(diào)且內(nèi)部有過(guò)載保護(hù)的三端集成穩(wěn)壓器，輸出電壓調(diào)整范圍較寬，設(shè)計(jì)一電壓補(bǔ)償電路可實(shí)現(xiàn)輸出電壓從0 v起連續(xù)可調(diào)。
（3）用單片機(jī)制作的可調(diào)直流穩(wěn)壓電源。該電路采用可控硅作為第一級(jí)調(diào)壓元件，用穩(wěn)壓電源芯片lm317，lm337作為第二級(jí)調(diào)壓元件，通過(guò)at89cs51單片機(jī)控制繼電器改變電阻網(wǎng)絡(luò)的阻值，從而改變調(diào)壓元件的外圍參數(shù)，并加上軟啟動(dòng)電路，獲得0～24 v，0.1 v步長(zhǎng)，驅(qū)動(dòng)能力可達(dá)1 a，同時(shí)可以顯示電源電壓值和輸出電流值的大小。
其硬件電路主要包括變壓器、整流濾波電路、壓差控制電路、穩(wěn)壓及輸出電壓控制電路、電壓電流采樣電路、掉電前重要數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路、單片機(jī)、鍵盤(pán)顯示等幾部分，硬件部分原理圖如圖3所示。
正、負(fù)端壓差控制電路的作用是減少lm317和lm337輸入端和輸出端的壓差以降低lm317和lm337的功耗。穩(wěn)壓電路由三端穩(wěn)壓芯片lm317（負(fù)壓用lm337）及外圍器件組成，輸出電壓控制電路采用繼電器控制的電阻網(wǎng)絡(luò)。
該電源穩(wěn)定性好、精度高，并且能夠輸出±24 v范圍內(nèi)的可調(diào)直流電壓，且其性能優(yōu)于傳統(tǒng)的可調(diào)直流穩(wěn)壓電源，但是電路比較復(fù)雜，成本較高，使用于要求較高的場(chǎng)合。在實(shí)際中，如果對(duì)電路的要求不太高（這種情況較多），多采用第二種設(shè)計(jì)方案。
2.實(shí)際電路的設(shè)計(jì)
電路采用三端集成穩(wěn)壓器電路方案，電路原理圖如圖4所示。其中ic為三端集成穩(wěn)壓器。晶體管t，阻r3，和電容器c組成軟啟動(dòng)電路。電阻r4和二極管d組成電壓補(bǔ)償電路。電容c2為輸出濾波電容。
（1）三端集成穩(wěn)壓器lm317及其調(diào)壓原理。圖4中ic采用了lm317系列三端集成穩(wěn)壓器，其輸出電壓調(diào)節(jié)范圍可達(dá)1.25～37 v，輸出電流可達(dá)1.5 a，內(nèi)部帶有過(guò)載保護(hù)電路，具有穩(wěn)壓精度高、工作可靠等特點(diǎn)。其輸出電壓的調(diào)節(jié)原理如圖5所示。由于lm317的2，3腳之間的電壓u32為一穩(wěn)定的基準(zhǔn)電壓（1.25 v），故有：
其中，r1為固定電阻，故調(diào)節(jié)r2可以調(diào)節(jié)輸出電壓uo，并且uo的最小值為1.25 v。
(2)電壓補(bǔ)償電路的設(shè)計(jì)。因要求輸出電壓從0 v起調(diào)，lm317集成穩(wěn)壓器不能直接滿足要求，需設(shè)計(jì)一個(gè)電壓補(bǔ)償電路，抵消lm317的1.25 v最小輸出電壓。電壓補(bǔ)償電路由電阻r4和二極管d組成。
式中，u3為lm317的3腳電壓；uo為輸出電壓；ud為二極管d的正向壓降，即為補(bǔ)償電壓，其值略大于lm317的基準(zhǔn)電壓(1.25 v)。這里用3只串聯(lián)的鍺材料整流二極管的導(dǎo)通壓降來(lái)實(shí)現(xiàn)。
（3）軟啟動(dòng)電路設(shè)計(jì)。軟啟動(dòng)電路由晶體管t，電阻r3，r和電容器c組成。其作用是使電路輸出電壓uo有一個(gè)緩慢的上升過(guò)程，以適應(yīng)感性負(fù)載（如直流電機(jī)）的啟動(dòng)特性。當(dāng)輸入電壓ui接入時(shí)，因c上的電壓不能突變，故t因基極電位較高而飽和導(dǎo)通，使u2（lm317的2腳電位）和u3都很低，故uo很小。啟動(dòng)的時(shí)間可以通過(guò)改變c和r的值進(jìn)行調(diào)整。
（4）改進(jìn)方案。由于該電路的輸出電壓的調(diào)整完全依賴電電位器r2的改變，因此r2的改變范圍較大，這樣在輸出電壓的調(diào)整過(guò)程中，容易調(diào)過(guò)頭或調(diào)不足，要準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)0～24 v寬范圍的電壓任一電壓有些調(diào)整比較麻煩，必須反復(fù)調(diào)整，只依賴r2是比較困難的。電路如圖6所示。
（5）電路主要測(cè)試數(shù)據(jù)。接上電源變壓器和整流濾波電路以后對(duì)電路進(jìn)行測(cè)試的結(jié)果為：電路在負(fù)載為1 a時(shí)輸出電壓調(diào)整范圍如表1所示；在輸出電壓為額定值（24 v）下的負(fù)載特性如表2所示。電網(wǎng)電壓波動(dòng)±10％（負(fù)載電流1 a）情況下輸出電壓如表3所示。
3.結(jié) 語(yǔ)
該穩(wěn)壓電路應(yīng)用三端集成穩(wěn)壓電器，并加入補(bǔ)償電壓的方法解決lm317系列輸出電壓不能從0 v開(kāi)始起調(diào)的問(wèn)題。軟啟動(dòng)電路的引入適應(yīng)負(fù)載的啟動(dòng)特性。電路的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功能完善、可靠性高。