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直流稳流电源设计
HEFEIUNIVERSITY
直流稳流电源设计报告
系 别电子信息与电气工程系
专 业电气信息类
申请人
直流稳流电源设计报告
摘要:
本系统以直流电流源为核心,AT89S52单片机为主控制器,通过键盘来设置直流电源的输出电流,设置步进等级可达1mA,并可由数码管显示电流设定值和实际输出电流值。
本系统由单片机程控设定数字信号,经过D/A转换器(AD7543)输出模拟量,再经过运算放大器隔离放大,控制输出功率管的基极,随着功率管基极电压的变化而输出不同的电流。
单片机系统还兼顾对恒流源进行实时监控,输出电流经过电流/电压转换后,通过A/D转换芯片,实时把模拟量转化为数据量,再经单片机分析处理,通过数字量形式的反馈环节,使电流更加稳定,这样构成稳定的压控电流源。
实际测试结果表明,本系统能有效应用于需要高稳定度的小功率恒流源的领域。
Abstract:
InthissystemtheDCsourceiscenterand89S52versionsinglechipmicrocomputer(SCM)ismaincontroller,outputcurrentofDCpowercanbesetbyakeyboardwhichsteplevelreaches1mA,whilethesetvalueandtherealoutputcurrentcanbedisplayedbyLED.Inthesystem,thedigitallyprogrammablesignalfromSCMisconvertedtoanalogvaluebyDAC(AD7543),thentheanalogvaluewhichisisolatedandamplifiedbyoperationalamplifiers,issenttothebaseelectrodeofpowertransistor,soanadjustableoutputcurrentcanbeavailablewiththebaseelectrodevoltageofpowertransistor.Ontheotherhand,TheconstantcurrentsourcecanbemonitoredbytheSCMsystemreal-timely,itsworkprocessisthatoutputcurrentisconvertedvoltage,thenitsanalogvalueisconvertedtodigitalvaluebyADC,finallythedigitalvalueasafeedbackloopisprocessedbySCMsothatoutputcurrentismorestable,soastablevoltage-controlledconstantcurrentpowerisdesigned.Thetestresultshaveshowedthatitcanbeappliedinneedareasofconstantcurrentsourcewithhighstabilityandlowpower.
关键词:
压控恒流源 数控电源AT89S52
Keywords:
voltage-controlledconstantcurrentsource,Numericalcontrolledsource,AT89S52
目录
直流稳流电源设计报告I
1引言1
1.1基本要求1
1.2发挥部分1
2总体设计方案1
2.1设计思路1
2.2方案论证与选择2
2.2.1恒流源方案选择2
2.2.2控制方案选择3
2.2.3显示方案选择3
2.2.4键盘方案选择3
2.2.5电源方案选择4
2.2.6过压报警功能4
3电路设计5
3.1恒流源电路设计5
3.2控制电路设计5
3.2.1单片机最小系统设计5
3.2.2A/D、D/A电路设计6
3.3显示电路设计7
3.4键盘电路设计7
3.5电源设计8
4系统软件设计9
4.1键值处理程序9
4.2电流设定程序10
4.3显示中断程序10
5结束语11
6参考文献12
1引言
电源作为电路的能量来源在电路,在电路中起着重要的作用。
设计并制作直流稳流电源,输入交流200~240V,50Hz;输出直流电压≤10V。
1.1基本要求
1、输出直流范围:
200mA~1A;
2、改变负载电阻,输出电压在10V以内变化时,要求输出电流变化的绝对值≤输出电流值的1﹪+5mA;
3、纹波电流≤1mA;
4、自制电源。
1.2发挥部分
1、可设置并显示输出电流给定值,要求输出电流与给定值偏差的绝对值≤给定值的1﹪+5mA;
2、具有“+”、“-”步进调整功能,步进≤10mA;输出电流范围为20mA~1000mA,步进1mA;
3、设计、制作测量并显示输出电流的装置(可同时或交替显示电流的给定值和实测值),测量误差的绝对值≤测量值的0.1﹪+3个字;
4、改变负载电阻,输出电压在10V以内变化时,要求输出电流变化的绝对值≤输出电流值的0.1﹪+1mA;
5、纹波电流≤0.2mA;
6、其他。
2总体设计方案
2.1设计思路
本系统的性能指标主要由两大关系所决定,设定值与A/D采样显示值(系统内部测量值)的关系。
内部测量值与实际测量值的关系,而后者是所有仪表所存在的误差。
内部测量值与实际测量值的误差是由于取样电阻与负载电阻和晶体管的放大倍数受温度的影响和测量仪表的误差所造成的,为了减少这种误差,一定要选用温度系数低的电阻来作采样电阻,因此本系统选用锰铜电阻丝来做采样电阻。
本题采用AT89S52单片机作为整机的控制单元,通过改变AD7543的输入数字量来改变输出电压值,从而使输出功率管的基极电压发生变化,间接地改变输出电流的大小。
为了能够使系统具备检测实际输出电流值的大小,可以将电流转换成电压,并经过ADC0809进行模数转换,间接用单片机实时对电压进行采样,然后进行数据处理及显示。
此系统比较灵活,采用软件方法来解决数据的预置以及电流的步进控制,使系统硬件更加简洁,各类功能易于实现,能很好地满足题目的要求。
本方案的基本原理如图1.1所示。
图1.1系统原理图
2.2方案论证与选择
2.2.1恒流源方案选择
方案一:
使用纯线性稳压电源。
这种电源的输出以线性调整晶体管为基础,利用晶体管的电流放大作用增大负载电流,在电路中引入深度电压负反馈,使输出电压稳定。
通过使用两块构成比较放大环节,功率管构成调整环节,利用晶体管平坦的输出特性和深度的负反馈电路可以得到稳定的恒流输出和高输出阻抗,实现了电压——电流转换。
方案二:
采用集成稳压器构成的开关恒流源。
图2.1是三端集成稳压器构成的开关恒流源。
当设定电阻R一定时,电路给负载Ro提供一恒定电流当RL发生变化时,由IC的输入——输出压差进行自动补偿而使负载电流保持不变。
图2.1集成稳压器构成的开关恒流源原理框图
方案三:
采用开关型稳压电路和线性稳压电路相结合的方法。
直流电源的前级采用降压式开关电源(DC——DC变换器),提高工作效率,后级采用线性稳压电源以减少纹波电流,提高电路稳定性,而且便于控制。
综上所述,采用方案三,便于控制电路,减少设计制作难度且可以进行过热保护和过流保护电路。
2.2.2控制方案选择
方案一:
采用各类数字电路来组成键盘控制系统,进行信号处理,如选用CPLD等可编程逻辑器件。
本方案电路复杂,灵活性不高,效率低,不利于系统的扩展,对信号处理比较困难。
方案二:
采用AT89S52单片机作为整机的控制单元,通过改变AD7705的输入数字量来改变输出电压值,从而使输出功率管的基极电压发生变化,间接地改变输出电流的大小。
为了能够使系统具备检测实际输出电流值的大小,可以将电流转换成电压,并经过ADC0809进行模数转换,间接用单片机实时对电压进行采样,然后进行数据处理及显示。
此系统比较灵活,采用软件方法来解决数据的预置以及电流的步进控制,使系统硬件更加简洁,各类功能易于实现,能很好地满足题目的要求。
基于以上分析,选择方案二,利用89S52单片机将电流步进值或设定值通过换算由D/A转换,驱动恒流源电路实现电流输出。
输出电流经处理电路作A/D转换反馈到单片机系统,通过补偿算法调整电流的输出,以此提高输出的精度和稳定性。
在器件的,D/A转换器选用12位优质D/A转换芯片TLV5618,直接输出电压值,且其输出电压能达到参考电压的两倍,A/D转换器选用高精度16位模数转换芯片AD7705。
2.2.3显示方案选择
方案一:
使用LED数码管显示。
数码管采用BCD编码显示数字,对外界环境要求低,易于维护。
但根据题目要求,如果需要同时显示给定值和测量值,需显示的内容较多,要使用多个数码管动态显示,使电路变得复杂,加大了编程工作量。
方案二:
使用LCD显示。
LCD具有轻薄短小,可视面积大,方便的显示汉字数字,分辨率高,抗干扰能力强,功耗小,且设计简单等特点。
综上所述,选择方案二。
采用19264D汉字图形点阵液晶显示模块同时显示电流给定值和实测值。
2.2.4键盘方案选择
方案一:
采用独立式按键电路,每个按键单独占有一根I/O接口线,每个I/O口的工作状态互不影响,此类键盘采用端口直接扫描方式。
缺点为当按键较多时占用单片机的I/O口数目较多。
方案二:
采用标准4X4键盘,此类键盘采用矩阵式行列扫描方式,优点是当按键较多时可降低占用单片机的I/O口数目,而且可以做到直接输入电流值而不必步进。
题目要求可进行电流给定值的设置和步进调整,需要的按键比较多。
综合考虑两种方案及题目要求,采用方案二。
2.2.5电源方案选择
由于系统需要多个电源,单片机、A/D、D/A、使用5V稳压电源,运放需要±12V稳压电源,同时题目要求最高输出电流为1A,应此采用三端稳压集成7805、7812、7912分别得到+5V和±12V的稳定电压,同时LM7812可以提供1.5A左右的电流。
利用该方法实现的电源电路简单,工作稳定可靠,电流精度高,且简单实用,易于自制。
2.2.6过压报警功能
为了使本数控直流电流源进一步智能化,考虑到要求输出电压不大于10V,因此系统测试部分设计了一个过压报警电路,用于对电压的实时监测,一旦有过压现象,控制器响应后会发出报警控制信号。
电路原理如图2.2所示:
图2.2
3电路设计
3.1恒流源电路设计
主电路采用开关电源和线性晶体管相结合的结构,电路原理如图3.1所示。
开关电源部分使用的是L4960芯片,该芯片最大输出电流是2.5A,输出电压范围是5.1—40V,具有较高的开关频率,效率可达90%,芯片具有过热保护和过流保护的功能,只需很少的外部元件就可构成大电流输出的开关电源。
图3.1恒流源电路
220V市电经变压器降压及整流滤波后达到大约24V直流电压,该电压加到开关电源的输入端。
L4960的输出电压由下式计算:
Uo=Uref(1+R4/R3)=5.1*(1+R4/R3)
3.2控制电路设计
3.2.1单片机最小系统设计
通过键盘模块输入给定的电流值或是步进调整信号
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- 关 键 词:
- 直流 流电 设计