數(shù)字化控制在直流穩(wěn)壓電源中的應用設計 2025-02-26
引言
直流穩(wěn)壓電源是電子技術領域不可缺少的設備。常見的直流穩(wěn)壓電源,大都采用串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓原理,通過調整輸出端取樣電阻支路中的電位器來調整輸出電壓。由于電位器阻值變化的非線性和調整范圍窄,使普通直流穩(wěn)壓電源難以實現(xiàn)輸出電壓的精確調整。目前,直流穩(wěn)壓電源已朝著多功能和數(shù)字化的方向發(fā)展,本文以單片機為核心,結合數(shù)字反饋控制技術。該電路具有電壓調整簡便,讀數(shù)直觀,電壓輸出穩(wěn)定,便于智能化管理的特點,有效地克服了傳統(tǒng)電源的不足。
1 系統(tǒng)功能系統(tǒng)
電壓調節(jié)范圍為0一12V,最大輸出電流2A,具有過載和短路保護功能。數(shù)字顯示有4位,其中1位功能顯示,另3位顯示輸出電壓以及電路參數(shù)設定值。鍵盤設有4個鍵,功能選擇鍵,步進增減鍵以及確認鍵。功能選擇鍵用于啟動參數(shù)設定狀態(tài),步進增減鍵用于設定參數(shù)數(shù)值,確認鍵用于輸入設定值電源開機設定值為前次使用值。此時按鍵,則電壓顯示值出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象,表示進人參數(shù)設定狀態(tài)。通過按鍵功能選擇可在不同的設定參數(shù)之間切換,再按確認鍵進人設定狀態(tài),通過增減鍵改變設定值,按確認鍵輸入設定值。系統(tǒng)設有自動識別功能,將不接受超出使用范圍的設定值。
2 系統(tǒng)硬件設計
2.1 電路原理
電路系統(tǒng)結構如圖1所示,系統(tǒng)選用AT89C51單片機為控制核心,外部擴展一片電擦除2864存儲器用以實現(xiàn)斷電參數(shù)存儲功能。單片機計算設定值與AID轉換采樣反饋值的偏差以及偏差的變化率,得出相應的輸出值,由D/A轉換電路變換為模擬量去驅動電壓輸出控制電路,從而使電壓穩(wěn)定在設定值。
2.2 顯示輸出及按鍵輸入電路
LED顯示器和74LS247,74LS138構成信息顯示系統(tǒng),顯示數(shù)據由單片機P0口輸出。顯示內容主要有電源實際輸出電壓、電流,限定的電壓、電流,PID參數(shù)。輸入操作由四個輕觸按鍵完成,采用獨立式按鍵中斷接口方式,單片機響應中斷后,讀取P1口數(shù)據并進行相應的按鍵處理程序。由于采用中斷方式,占用系統(tǒng)時間較少。功能選擇鍵,其功能循環(huán)的路徑為:輸出電壓顯示~輸出電壓設定一比例參數(shù)~積分參數(shù)~微分參數(shù)一輸出電壓顯示,參數(shù)設定通過按“+ 、一”鍵改變,按確認鍵輸入存儲器,保存在2864存儲單元中。
2.3 穩(wěn)壓輸出
電路單片機根據按鍵設定值和A/D轉換的采樣值計算出輸出值,通過數(shù)據總線把數(shù)據傳送到DAC0832,進行D/A轉換,由IOUT1 ,IO UT2輸出相應的模擬電流信號,經運算放大器轉換為0-5V的模擬電壓信號,再經一級比例放大電路放大后驅動電壓調整管Q1,電路原理見圖3,Q1接成射極跟隨器的形式,一方面可以保證輸出電壓與輸入電壓一致,另一方面減小輸出電阻,提高電源的帶負載能力。輸出電壓經R3,R4分壓后,送到A/D轉換電路,采樣處理后,反饋到單片機。當采樣值高于設定值,單片機計算出輸出量減小,相應Ql基極電位下降,輸出電壓下降。當輸出電壓過低時,電壓反饋穩(wěn)定過程與此相反。由此,實現(xiàn)了輸出電壓的穩(wěn)定。
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