www.cupedu.com 水杯在線整理 作者：佚名緒 論電源技術(shù)尤其是數(shù)控電源技術(shù)是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的工程技術(shù)，服務(wù)于各行各業(yè)電力電子技術(shù)是電能的最佳應(yīng)用技術(shù)之一當(dāng)今電源技術(shù)融合了電氣、電子、系統(tǒng)集成、控制理論、材料等諸多學(xué)科領(lǐng)域隨著計(jì)算機(jī)和通訊技術(shù)發(fā)展而來(lái)的現(xiàn)代信息技術(shù)革命，給電力電子技術(shù)提供了廣闊的發(fā)展前景，同時(shí)也給電源提出了更高的要求隨著數(shù)控電源在電子裝置中的普遍使用，普通電源在工作時(shí)產(chǎn)生的誤差，會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的精確度電源在使用時(shí)會(huì)造成很多不良后果，世界各國(guó)紛紛對(duì)電源產(chǎn)品提出了不同要求并制定了一系列的產(chǎn)品精度標(biāo)準(zhǔn)只有滿足產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，才能夠進(jìn)入市場(chǎng)隨著經(jīng)濟(jì)全球化的發(fā)展，滿足國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品才能獲得進(jìn)出的通行證數(shù)控電源是從80年代才真正的發(fā)展起來(lái)的，期間系統(tǒng)的電力電子理論開(kāi)始建立這些理論為其后來(lái)的發(fā)展提供了一個(gè)良好的基礎(chǔ)在以后的一段時(shí)間里，數(shù)控電源技術(shù)有了長(zhǎng)足的發(fā)展但其產(chǎn)品存在數(shù)控程度達(dá)不到要求、分辨率不高、功率密度比較低、可靠性較差的缺點(diǎn)因此數(shù)控電源主要的發(fā)展方向，是針對(duì)上述缺點(diǎn)不斷加以改善單片機(jī)技術(shù)及電壓轉(zhuǎn)換模塊的出現(xiàn)為精確數(shù)控電源的發(fā)展提供了有利的條件新的變換技術(shù)和控制理論的不斷發(fā)展，各種類型專用集成電路、數(shù)字信號(hào)處理器件的研制應(yīng)用，到90年代，己出現(xiàn)了數(shù)控精度達(dá)到0.05V的數(shù)控電源，功率密度達(dá)到每立方英寸50W的數(shù)控電源。

從組成上，數(shù)控電源可分成器件、主電路與控制等三部分目前在電力電子器件方面，幾乎都為旋紐開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)電壓，調(diào)節(jié)精度不高，而且經(jīng)常跳變，使用麻煩數(shù)字化智能電源模塊是針對(duì)傳統(tǒng)智能電源模塊的不足提出的，數(shù)字化能夠減少生產(chǎn)過(guò)程中的不確定因素和人為參與的環(huán)節(jié)數(shù)，有效地解決電源模塊中諸如可靠性、智能化和產(chǎn)品一致性等工程問(wèn)題，極大地提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品的可維護(hù)性電源采用數(shù)字控制，具有以下明顯優(yōu)點(diǎn):1)易于采用先進(jìn)的控制方法和智能控制策略，使電源模塊的智能化程度更高，性能更完美2)控制靈活，系統(tǒng)升級(jí)方便，甚至可以在線修改控制算法，而不必改動(dòng)硬件線路3)控制系統(tǒng)的可靠性提高，易于標(biāo)準(zhǔn)化，可以針對(duì)不同的系統(tǒng)(或不同型號(hào)的產(chǎn)品)，采用統(tǒng)一的控制板，而只是對(duì)控制軟件做一些調(diào)整即可4)系統(tǒng)維護(hù)方便，一旦出現(xiàn)故障，可以很方便地通過(guò)RS232接口或RS485接口或USB接口進(jìn)行調(diào)試，故障查詢，歷史記錄查詢，故障診斷，軟件修復(fù)，甚至控制參數(shù)的在線修改、調(diào)試;也可以通過(guò)MODEM遠(yuǎn)程操作5)系統(tǒng)的一致性好，成本低，生產(chǎn)制造方便由于控制軟件不像模擬器件那樣存在差異，所以，其一致性很好由于采用軟件控制，控制板的體積將大大減小，生產(chǎn)成本下降。

6)易組成高可靠性的多模塊逆變電源并聯(lián)運(yùn)行系統(tǒng)為了得到高性能的并聯(lián)運(yùn)行逆變電源系統(tǒng)，每個(gè)并聯(lián)運(yùn)行的逆變電源單元模塊都采用全數(shù)字化控制，易于在模塊之間更好地進(jìn)行均流控制和通訊或者在模塊中實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的均流控制算法(不需要通訊)，從而實(shí)現(xiàn)高可靠性、高冗余度的逆變電源并聯(lián)運(yùn)行系統(tǒng) 第一章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.1設(shè)計(jì)任務(wù)與要求1.1.1設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)一臺(tái)微機(jī)控制的數(shù)控直流電壓源，為電子設(shè)備供電在設(shè)計(jì)過(guò)程中，選擇1～2個(gè)單元電路使用仿真軟件（例如Multisim2001等）進(jìn)行仿真調(diào)試用計(jì)算機(jī)繪制所有的電路圖和印刷電路圖1.1.2設(shè)計(jì)要求輸出電壓范圍0-30v，步進(jìn)值為0.1V電壓調(diào)整率Sv<0.05%V；電流調(diào)整率Si<0.03%A； 紋波電壓〈峰峰值<=5mA； 具有過(guò)流保護(hù)和短路保護(hù)功能；用數(shù)字顯示輸出電壓 1.2方案的選擇與論證1.2.1 總體設(shè)計(jì)方案根據(jù)題目要求設(shè)計(jì)的框圖，如圖1.1所示：方案一：此方案采用傳統(tǒng)的調(diào)整管方案，主要特點(diǎn)在于使用一套十進(jìn)制計(jì)數(shù)器完成系統(tǒng)的控制功能，一方面完成電壓的譯碼顯示，另一方面其輸出作為EPROM 的地址輸入，而由EPROM的輸出經(jīng)D/A變換后去控制誤差放大的基準(zhǔn)電壓，以控制輸出步進(jìn)。

其框圖如圖1.2所示 圖2.1原理框圖 如圖1.2 調(diào)整管控制的穩(wěn)壓電源方案二：采用51系列單片機(jī)作為整機(jī)的控制單元，通過(guò)改變輸入數(shù)字量來(lái)改變輸出電壓值，從而使輸出功率管的基極電壓發(fā)生變化，間接地改變輸出電壓的大小為了能夠使系統(tǒng)具備檢測(cè)實(shí)際輸出電壓值的大小，可以經(jīng)過(guò)ADC0809進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，間接用單片機(jī)實(shí)時(shí)對(duì)電壓進(jìn)行采樣，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及顯示采用軟件方法來(lái)解決數(shù)據(jù)的預(yù)置以及電流的步進(jìn)控制，使系統(tǒng)硬件更加簡(jiǎn)潔，各類功能易于實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)以直流電源為核心，利用51系列單片機(jī)為主控制器，通過(guò)鍵盤來(lái)設(shè)置直流電源的輸出電流，設(shè)置步進(jìn)等級(jí)可達(dá)0.1V，并可由數(shù)碼管顯示實(shí)際輸出電壓值和電壓設(shè)定值利用單片機(jī)程控輸出數(shù)字信號(hào)，經(jīng)過(guò)D/A轉(zhuǎn)換器（DA0832）輸出模擬量，再經(jīng)過(guò)運(yùn)算放大器隔離放大，控制輸出功率管的基極，隨著功率管基極電電流的變化而輸出不同的電壓?jiǎn)纹瑱C(jī)系統(tǒng)還兼顧對(duì)恒壓源進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，輸出電壓經(jīng)過(guò)電流/電壓轉(zhuǎn)變后，通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換芯片，實(shí)時(shí)把模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)量，經(jīng)單片機(jī)分析處理， 通過(guò)數(shù)據(jù)形式的反饋環(huán)節(jié)，使電壓更加穩(wěn)定，構(gòu)成穩(wěn)定的壓控電壓源。

圖1.3 單片機(jī)控制的穩(wěn)壓電源1.2.2方案的比較與論證1.2.2.1數(shù)控部分 方案一采用中、小規(guī)模器件實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的數(shù)控部分，使用的芯片很多，造成控制電路內(nèi)部接口信號(hào)繁瑣，中間相互關(guān)聯(lián)多，抗干擾能力差在方案二中采用單片機(jī)完成整個(gè)數(shù)控部分的功能，同時(shí)，8031作為一個(gè)智能化的可編程器件，便于系統(tǒng)功能的擴(kuò)展1.2.2.1輸出部分 方案一采用線性調(diào)壓電源，以改變其基準(zhǔn)電壓的方式使輸出不僅增加/減少，這樣不能不考慮整流濾波后的紋波對(duì)輸出的影響，而方案二中使用運(yùn)算放大器作前級(jí)的運(yùn)算放大器，由于運(yùn)算放大器具有很大的電源電壓抑制比，可以大大減小輸出端的紋波電壓在方案一中為抑制紋波而在線性調(diào)壓電源輸出端并聯(lián)的大電容降低了系統(tǒng)的響應(yīng)速度，這樣輸出的電壓難以跟蹤快變的輸入，方案二中的輸出電壓波形與D/A變換輸出波形相同，不盡可以輸出直流電平，而且只要預(yù)先生成波形的量化數(shù)據(jù)，就可以產(chǎn)生多種波形輸出，使系統(tǒng)陳給有一定驅(qū)動(dòng)能力的信號(hào)源1.2.2.3顯示部分 方案一中的顯示輸出是對(duì)電壓的量化值直接進(jìn)行譯碼顯示輸出，顯示值為D/A轉(zhuǎn)換的輸入量，由于D/A轉(zhuǎn)換與功率驅(qū)動(dòng)電路引入的誤差，顯示值與電源實(shí)際輸出值之間可能出現(xiàn)較大偏差。

方案二中采用三位半的數(shù)字電壓表直接對(duì)輸出電壓采樣并顯示輸出實(shí)際電壓值，一旦系統(tǒng)工作異常，出現(xiàn)預(yù)制值與輸出值偏差過(guò)大，用戶可以根據(jù)該信息予以處理方案二中還采用了鍵盤/顯示器接口控制器8279不僅簡(jiǎn)化接口引線，而且減小了軟件對(duì)鍵盤/顯示器的查詢時(shí)間，提高了CPU的利用率 綜上所述，選擇方案二，使用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)1.2.3系統(tǒng)的原理框圖和電路圖 圖1.4 總體原理框圖 第二章 系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)2.1電源部分2.1.1穩(wěn)壓電路結(jié)構(gòu)組成穩(wěn)壓電源由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路組成，如圖2.1所示 2.1 電源方框及波形圖a.整流和濾波電路：整流作用是將交流電壓U2變換成脈動(dòng)電壓U3濾波電路一般由電容組成，其作用是脈動(dòng)電壓U3中的大部分紋波加以濾除，以得到較平滑的直流電壓U4b.穩(wěn)壓電路：由于得到的輸出電壓U4受負(fù)載、輸入電 壓 和 溫度的影響不穩(wěn)定，為了得到更為穩(wěn)定電壓添加了穩(wěn)壓電路，從而得到穩(wěn)定的電壓U02.1.2電源設(shè)計(jì) 電源部分包括：+5V、15V兩大部分：+5V電源只要供單片機(jī)部分使用，原理圖如圖2.2所示對(duì)于濾波電容的選擇，需要注意整流管的壓降；7805的最小允許壓降波動(dòng)10%，所以允許的最大紋波的峰峰值U=9（1-10%）-1.4-5=2.76VC===3600Uf選取的濾波電容所以選取的濾波電容C=4700Uf/16V15V電源，其電源電路如圖2.3所示允許的紋波峰峰值U=18(1-10%)-0.7-12-U=4.9V按近似電流放電計(jì)算，則C===1430Uf選取濾波電容選取濾波電容C=2200uF/30V 圖2.2和圖2.32.2數(shù)控部分2.2.1AT89C51單片機(jī) AT89C51是美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含4K bytes的可反復(fù)擦寫(xiě)的只讀程序存儲(chǔ)器(EPROM)和128 bytes的隨機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器(CPU)和Flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大AT89C51單片機(jī)可提供高性價(jià)比的應(yīng)用場(chǎng)合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。

因此，在這里我選用AT89C51單片機(jī)來(lái)完成主要性能參數(shù)：?與MCS-51產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容?4K字節(jié)可重擦寫(xiě)Flash閃存存儲(chǔ)器?1000次擦寫(xiě)周期?全靜態(tài)操作：0hz-24hz?三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器?128x8字節(jié)內(nèi)部RAM?32個(gè)可編程I/O口線?2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器?6個(gè)中斷源?可編程串行UART通道?低功耗空閑和掉電模式AT89C51 內(nèi)存空間1、內(nèi)部程序存儲(chǔ)器（FLASH）4K 字節(jié)2、外部程序存儲(chǔ)器（ROM）64K 字節(jié)3、內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）256 字節(jié)4、外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）64K 字節(jié)2.3信號(hào)處理電路2.3.1D/A轉(zhuǎn)換 電源輸出電壓范圍是0-30V，步長(zhǎng)0.1V,共有300個(gè)狀態(tài)，而8位的D/A轉(zhuǎn)換只有256個(gè)狀態(tài)，不能滿足要求，因此我需要選用10字長(zhǎng)的D/A轉(zhuǎn)換器來(lái)達(dá)到設(shè)計(jì)要求MAX504是由美信（Maxim）公司生產(chǎn)的一種低功耗、電壓輸出型10位串行數(shù)/模轉(zhuǎn)換器MAX504既可用＋5V單電源工作，也可用±5V雙電源工作該電路采用14引腳DIP型或SO型封裝，圖2示出它的引腳排列，表1介紹它的引腳功能 圖2.5 MAX504封裝圖 表1 MAX504的引腳功能引腳序號(hào) 引腳名稱 引腳功能1 BIPOFF 雙極性偏置/增益電阻端2 DIN 串行數(shù)據(jù)輸入端3 CLR/ 清除端，異步置位DAC寄存器所有位4 SCLK 串行時(shí)鐘輸入端5 CS/ 片選端，低電壓有效6 DOUT 串行數(shù)據(jù)輸出端7 DGND 數(shù)字地8 AGND 模擬地9 REFIN 參考電壓輸入端10 REFOUT 參考電壓輸出端，若不用應(yīng)接至VDD11 VSS 電源負(fù)端12 VOUT DAC模擬輸出地13 VDD 電壓負(fù)端14 RFB 反饋電阻端2.4鍵盤與顯示部分2.4.1顯示部分顯示數(shù)據(jù)以串行方式從。