数控直流稳压电源

作者：   发布日期：2016-03-08 22:01   信息来源：http://www.lp1995.com

    数控直流稳压电源       稳压电源是能为负载提供稳定交流电源或稳定直流电源的电子装置。直流稳压电源应用非常广泛，但只有质量优良的直流稳压电源，才能满足各种电子设备的要求。本文利用单片机数字控制技术，采用PWM进行闭环调节，设计出一款性价比高的多功能数字化通用直流稳压电源。该设计除了具有对电压的数字控制功能外，还可实时监测实际电压、电流输出，效率高，稳定度强。同时，该设计具有调节精度高、功能多、液晶实时监测显示等诸多优点。 1 电源组成及工作原理     数控直流稳压电源主要由整流滤波电路、稳压电路、采样电路、PWM控制电路、键盘电路、显示电路和主控电路构成。系统框图如图1所示。     一般而言，现在的数控直流电源按工作原理分为三类，分别为开关电源，相控电源和线性电源。这三类电源各有自身的优缺点。就数字控制部分而言，这些电源的控制方式是一致的，即脉宽控制。因线性电源稳压精度较高，输出纹波电压也较低，在这里主要讨论线性电源的设计。     数控电源的工作原理是将输入的交流电源经变压后，整流滤波，通过PWM调节三端稳压器(开关电源为开关管)来达到调节输出的目的。然后通过A／D采样，将数据交由单片机处理，利用闭环调节来保证稳定可控的输出。 2 系统硬件电路设计 2．1 整流滤波电路     电源很重要的一个性能指标就是纹波系数，期望纹波系数越小越好。为了获得更低的输出纹波，在电路的输入与输出端设计了滤波电路。输入级滤波     该电路输入电压为30 V交流，桥堆承受的最大反向电压为，但考虑到采用的市电有升高的情况，需再乘以市电的升高值，一般市电升高10％的情况，则：。滤波电路是以稳压电路为负载的，可以认为是恒流放电，则滤波电容的容量为C=IcT／  △Uc，因采用的是桥式整流电路，故最大放电时间可取交流电源的半周，本处三端稳压器最大负载电流为1500mA，则 =3750 μF。电容的耐压值Ucm应按照市电电压升的最大值，以及负载为空载时的情况来进行选择，即：Ucm=。为留有一定余量，电容取50V／4700μF。 2．2 PWM稳压控制电路     PWM稳压控制单元电路如图3所示。     PWM稳压电路中，直接用PWM的输出经RC滤波后送到LM317的调节端，但是如果采用这种控制方式不是很稳定，一定要有一种回馈才能保证输出电压的稳定。该设计采用的是用A／D获取到的当前输出电压值，通过算法处理来改善动态性能。     在通过RC滤波时，要根据实际应用合理调节R和C的值，在保证滤波效果时，保证尽量小的时间常数。该电路采用的是RCπ型滤波，容值根据实际电路调整。 3 系统软件设计     数控电源的软件与硬件高度结合，是影响数控电源响应速度，输出稳定性，扩展能力的关键因素，该设计软件部分包括A／D采样、PWM控制、键盘输入、液晶显示和运算这几个模块。流程图如图4所示。  PWM闭环控制软件程序：     为防止电源上电瞬间输出未知，从而产生误操作的情况，系统软件设置上电输出电压为0 V，用户可以通过按键来控制输出电压信号。同时，运用单片机对信号进行处理，从而达到调节PWM输出。电源系统通过A／D采样电压电流值，与用户设定值作比较，按照闭环控制算法来使输出符合要求，同时将输出结果及实时运行情况通过液晶显示来反映。 4 测试及结果分析     该设计通过调节PWM脉宽宽度来改变输出电压，脉宽从0％～100％，输出从1．5 V变化到30 V。当PWM脉冲宽度为60％时，输出为17．97 V，与预设的18 V基本一致，符合设计要求，满足实际使用。其输出直流电压与PWM控制波形如图5所示。 5 结语     基于STC12C5410AD的数字电源设计，充分利用了半导体芯片的优势，使电路稳定，简洁，可靠。实际电路样品经测试，输出稳定、负载能力好、精度高，达到了预期的设计要求。通过修改程序可实现一次设计，反复使用，并易于扩展，因此具有很好的应用价值。 --> 数控直流稳压电源       稳压电源是能为负载提供稳定交流电源或稳定直流电源的电子装置。直流稳压电源应用非常广泛，但只有质量优良的直流稳压电源，才能满足各种电子设备的要求。本文利用单片机数字控制技术，采用PWM进行闭环调节，设计出一款性价比高的多功能数字化通用直流稳压电源。该设计除了具有对电压的数字控制功能外，还可实时监测实际电压、电流输出，效率高，稳定度强。同时，该设计具有调节精度高、功能多、液晶实时监测显示等诸多优点。 1 电源组成及工作原理     数控直流稳压电源主要由整流滤波电路、稳压电路、采样电路、PWM控制电路、键盘电路、显示电路和主控电路构成。系统框图如图1所示。     一般而言，现在的数控直流电源按工作原理分为三类，分别为开关电源，相控电源和线性电源。这三类电源各有自身的优缺点。就数字控制部分而言，这些电源的控制方式是一致的，即脉宽控制。因线性电源稳压精度较高，输出纹波电压也较低，在这里主要讨论线性电源的设计。     数控电源的工作原理是将输入的交流电源经变压后，整流滤波，通过PWM调节三端稳压器(开关电源为开关管)来达到调节输出的目的。然后通过A／D采样，将数据交由单片机处理，利用闭环调节来保证稳定可控的输出。 2 系统硬件电路设计 2．1 整流滤波电路     电源很重要的一个性能指标就是纹波系数，期望纹波系数越小越好。为了获得更低的输出纹波，在电路的输入与输出端设计了滤波电路。输入级滤波     该电路输入电压为30 V交流，桥堆承受的最大反向电压为，但考虑到采用的市电有升高的情况，需再乘以市电的升高值，一般市电升高10％的情况，则：。滤波电路是以稳压电路为负载的，可以认为是恒流放电，则滤波电容的容量为C=IcT／  △Uc，因采用的是桥式整流电路，故最大放电时间可取交流电源的半周，本处三端稳压器最大负载电流为1500mA，则 =3750 μF。电容的耐压值Ucm应按照市电电压升的最大值，以及负载为空载时的情况来进行选择，即：Ucm=。为留有一定余量，电容取50V／4700μF。 2．2 PWM稳压控制电路     PWM稳压控制单元电路如图3所示。     PWM稳压电路中，直接用PWM的输出经RC滤波后送到LM317的调节端，但是如果采用这种控制方式不是很稳定，一定要有一种回馈才能保证输出电压的稳定。该设计采用的是用A／D获取到的当前输出电压值，通过算法处理来改善动态性能。     在通过RC滤波时，要根据实际应用合理调节R和C的值，在保证滤波效果时，保证尽量小的时间常数。该电路采用的是RCπ型滤波，容值根据实际电路调整。 3 系统软件设计     数控电源的软件与硬件高度结合，是影响数控电源响应速度，输出稳定性，扩展能力的关键因素，该设计软件部分包括A／D采样、PWM控制、键盘输入、液晶显示和运算这几个模块。流程图如图4所示。  PWM闭环控制软件程序：     为防止电源上电瞬间输出未知，从而产生误操作的情况，系统软件设置上电输出电压为0 V，用户可以通过按键来控制输出电压信号。同时，运用单片机对信号进行处理，从而达到调节PWM输出。电源系统通过A／D采样电压电流值，与用户设定值作比较，按照闭环控制算法来使输出符合要求，同时将输出结果及实时运行情况通过液晶显示来反映。 4 测试及结果分析     该设计通过调节PWM脉宽宽度来改变输出电压，脉宽从0％～100％，输出从1．5 V变化到30 V。当PWM脉冲宽度为60％时，输出为17．97 V，与预设的18 V基本一致，符合设计要求，满足实际使用。其输出直流电压与PWM控制波形如图5所示。 5 结语     基于STC12C5410AD的数字电源设计，充分利用了半导体芯片的优势，使电路稳定，简洁，可靠。实际电路样品经测试，输出稳定、负载能力好、精度高，达到了预期的设计要求。通过修改程序可实现一次设计，反复使用，并易于扩展，因此具有很好的应用价值。

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