引言

直流电源通常可分为直流线性电源和开关电源。线性电源的主要优点是稳定性好，主要缺点是效率较低。开关电源的效率高，但稳定性不如线性电源。因此，对稳定度要求较高的场合，线性稳压电源依然是首选n捌，可见两种电源各有其优势及缺陷。针对这一问题，本文设计了一种在高精密仪器领域适用的基于开关线性复合技术口的开关线性复合式双稳电源，其基本原理是将线性电路与开关电路的优势互补，在总体上提高电源系统的性能。

为了实现低纹波、高稳定性的输出，以微控制器ATMEL89C52为核心，采用编码器输入设定、液晶显示、高精度的运放调节、高分辨率的串行刖D和D／A采样处理等技术进行准数字化的控制和测量，实现了连续可调的高精度、低纹波恒压源或恒流源输出，且输出纹波系数在10-3～10-5。之间，达到了高精密仪器使用电源的要求。

1 主电路拓扑及原理

电源功能要求：电源输入：220V单相交流；输出电压：0V—15V连续可调；输出电流：0A一5A连续可调。性能要求：纹波系数：δ<1‰。

电源的主电路如图1所示，由以下部分构成：交流输入、工频变压器T、整流桥D、预调节器S1、电容滤波器C、串联调节器S2和直流输出。

预调节开关S1和串联调节开关S2都选用型号为IRFPl50 MOSFET管。其中预调节开关S1采用矩形波集成移相触发器TCA785控制，工作在开关状态，通过预调节开关的调节，电容滤波后保持串联调节器S2上稳定的低压降，而串联调节器S2工作于线性状态，通过改变S2的导通压降来调节输出电压。

整流桥预调节开关串联调节开关

图1 主电路图

2 控制电路与数字显示的设计

为了实现高速响应控制，控制电路采用模拟电路进行控制，其电路成熟、应用方便、实时性好。实现数字显示采用ATMEL，公司的8位微处理器89C51。其控制电路和数字显示电路框图如图2所示。

图2 控制与显示电路框图

输出电压／电流的调节过程：通过单键飞梭设定电流或是电压的给定值，经过微控制器、光耦隔离、DA转换器、模拟开关送到电压或电流调节器与输出反馈电压或电流进行比较、通过PI调节器后控制串联调节开关S2，通过改变S2的导通压降来调节输出电压或电流值。

显示输出电压／电流：检测实际输出的电压／电流，通过运算放大器差分输入，单端输出，经过模拟开关的选择、再经过AD转换器把模拟的电压(电流)信号转换成相对应的数字量经过光耦隔离送入微控制器，微控制器进行数据处理后通过液晶显示出实际的输出电压(电流)值。

3 软件设计

本系统以AT89C52处理器为核心，采用模块化设计，用C语言编写A/D和D／A以及液晶显示程序，显示电压或电流给定值和实际输出电压或电流值。图3为主程序流程框图。

图3主程序图

图4 D／A子程序流程图

应用软件实现的功能主要包括以下两个方面：1)完成A/D和D／A的转换; 2)控制LCD显示。

3．1 DA及AD转换

DA转换某用16位精度的单通道低功率的电压输出DAC芯片DAC7631。D／A子程序流程图如图4所示，由单键飞梭给定，单片机控制送给D／A。当输入端SDI的信号为9 V，D／A参考电压为2．5 V，实际测得输出Vout为1．52V，满足误差要求。

AD转换采用20位ADC芯片LTC2420。子程序流程如图5所示。当输入值为1．5时，通过理论计算转换后所得十六进制数应该为99999H，而实验测得A／D的输出端为98226H。满足误差要求。

3．2 LCD显示

本设计中，采用型号为MDl2864A的液晶模块显示子程序流程图如图6所示。

图5 A／D子程序流程

4 实验研究

对以上设计的复合电源进行了实验研究，图7和图8分别为恒压源和恒流源输出时的波形。从上倒下依次为为预调节器的输入电压、串联调节器的输入电压和系统输出电压(电流)。从图7以看出，输出电压为9．6V时，电压的峰-峰值为9．6 mV，计算得到此时输出电压的纹波系数为δ=0．94‰。图8为流为1．8A时，电流的峰一峰值为1．78mA，此时输出电流的纹波系数为6=0．98‰。由系统实验结果可知，输出电压或是电流的纹波系数都小于1‰，满足设计要求。

图6 LCD显示子程序流程

图7 恒压源模式下的波形

5 结论

本文在比较开关电源和线性电源特性优缺点的基础上，针对精密仪器所需电源的要求设计了一种低纹波、高精度、准数字直流开关线性复合电源。它由相位控制预调整开关和串联调节开关组成，该相位控制预调整器通过保持串联调节器稳定的低压降而把功耗减到最小。同时采用高精度器件设计了控制电路，实现高精度，低损耗。最后通过实验验证，达到了低纹波的要求。