基于的稳压数控设计 精品Word文档下载推荐.docx

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5V、±

12V、±

15V并能可调输出0～30V电压，见图1所示。

但由于模拟分立元件的分散性较大，各电阻电容之间的影响较大，因此所设计的指标不高、不符合设计要求、且使用的器件较多、连接复杂、灵活性差、功耗也大，同时焊点和线路较多，使成品的稳定性和精度受到影响。

图1方案一电路原理图

方案二：

此方案采用传统的串联型稳压电路，其原理图如图2所示。

数控基准电压源的电压大小可以通过可逆计数器进行数据设置，计数器的内容对应于稳压电源的输出电压，同时该计数器值经过译码显示电路，显示出当前稳压电源的输出电压。

计数器的输出送至D/A转换器，转换成相应的电压，此电压去控制稳压电源的输出，使稳压电源的输出以1V的步进值增或减。

数控基准电压源框图如图3所示

图2串联型稳压电路原理图

图3数控基准电压源框图

方案三：

此方案也采用传统的串联型稳压电路，但数控基准电压源采用C8051F020单片机作为整机的控制单元，通过改变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，间接地改变输出电压的大小。

检测实际输出电压值的大小可通过单片机内部12位ADC进行模数转换，从而实时对电压进行采样，然后进行数据处理及显示，通过键盘来设置直流电源的输出电压，并可由数码管显示实际输出电压值和电压设定值。

总结：

方案一由于分立元件的分散性较大，各电阻电容之间的影响较大，稳定性和精度不高。

方案二由于采用计数器实现，因此灵活性不够。

方案三可控性和灵活性均优于方案一和方案二，且单片机系统可对恒压源进行实时监控，输出电压经单片机分析处理，通过数据形式的反馈环节，使电压更加稳定，因此采用方案三。

3系统总体设计

滤波后的电压源作为稳压电路的输入，通过键盘由控制器为稳压电路提供基准电压然后输出稳定电压，同时控制器对输出电压电流进行采样并实时显示。

其原理框图如图4所示。

图4数控直流稳压电压源原理框图

4系统硬件电路分析与设计

4.1系统硬件总体设计

一个直流稳压电源通常是由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四个部分构成，前三部分电路的作用及工作原理较为简单，在此不作赘述。

稳压电路较常用的串联型线性稳压电路具有结构简单、调节方便、输出电压稳定性强、纹波电压小等优点，其原理图如图5所示。

输入电压为整流滤波电路的输出电压。

稳压电路的输出电压为：

（1）

图5串联型稳压电路原理图

取R1=100kΩ，R2=10kΩ，R3=10kΩ

则

（2）

4.2单元电路设计

4.2.1调整管部分

串联型稳压电路参见图2，其中调整管是核心元件，它的安全工作是电路正常工作的保证，它的选用主要考虑其极限参数ICM，U（BR）CEO和PCM。

调整管极限参数的确定，必须考虑到输入电压UI由于电网电压波动而产生的变化，以及输出电压的调节和负载电流的变化所产生的影响。

由图可知，调整管的发射极电流IE等于采样电阻R1中电流和负载电流IL之和，即IE=IR1+IL，调整管的管压降UCE等于输入电压UI与输出电压UO之差，即UCE=UI-UO。

显然，当负载电流最大时，流过调整管发射极的电流最大，即IEmax=IR1+Ilmax。

通常，R1电阻上电流可以忽略，且IEmax≈ICmax，所以调整管集电极最大电流为：

ICmax≈IEmax（3）

当电网电压最高，即输入电压最高同时输出电压最低时，调整管承受的管压降最大，即

UCEmax=UImax-UOmin（4）

当晶体管的集电极电流最大，且调整管承受的管压降最大时，调整管的功率最大，即

Pcmax=ICmaxUCEmax（5）

由以上几式即可确定调整管的极限参数。

实际选用时，还要考虑留一定的余量。

实际选用时，还要考虑留一定的余

量（1.1倍以上）。

本设计可采用达林顿功率晶体管TIP122（NPN），其具体参数如图6所示。

图6晶体管TIP122参数图

4.2.2过流保护部分

如图7所示，当调整管输出电压不变时，负载电阻RL变小输出电流就变大，极限情形负载电阻短路。

输出电流变大，电阻R上压降增大，使得Q2的ICE电流增大，从而流向调整管基极电流变少，从而限制了输出电流的增大。

极限情形当UR超过VBE时，三极管Q2饱和导通，调整管无电流输出。

图7过流保护电路图

Q2可选取9013三极管，取

IEmax=550mA，Ube=0.7V，

则

R≈1.25Ω

4.2.3运放部分

设计指标：

运放输出电流：

运放输出电压：

运放电源电压：

必须大于运放的输出电压。

结论：

本设计可采用运放LM358

4.2.4输出电流、电压采样部分

输出电压：

取样电压不能太大

取R3=10kΩ

输出电流：

电流转换为电压

取样电阻R功率

R=0.1Ω，500mA电流转换后电压为0.5V，C8051F020内部先放大再进行A/D转换

5系统程序设计

本次项目主要使用单片机内部资源中的AD采集与DA输出两大部分，并且利用周立功芯片来控制按键系统。

图8程序总体流程图

5.1AD单元采集

unsignedintAD0（void）

{

AD0INT=0;

//清除转化结束中断标志

AMX0SL=0x00;

//选择AIN0

ADC0CF=0x00;

//增益1，电压采集

AD0BUSY=1;

//开始转换

while（!

AD0INT）;

return（ADC0H*256+ADC0L）;

}

unsignedintAD1（void）

AMX0SL=0x01;

//选择AIN1

ADC0CF=0x03;

//增益8，采集输出电流

C8051F020单片机分配了四个AD采集通道用于采集外部电压。

本次项目使用AIN0、AIN1分别采集电压与电流（电流转换成电压）。

由图5电压采集点为R3电压值，电流采集点为R5电压值（通过电压转换成电流）。

因R3电压范围1V~2V，所以程序中AD0函数增益为1，不进行放大。

因R5电压范围为0V~0.05V；

所以程序中AD1函数增益为8，可以保证单片机采集精度。

5.2DA单元输出

因键入值为输出电压，而DAC0输出的是基准电压，由图5可以得到

又有UOUT=（B*2.418）/4096;

可以得到应输出的代码，这样可以自由输出想得到的DA输出电压值

6系统测试

6.1测试仪器

（1）GOS-620示波器

（2）F10A型数字合成函数信号发生器/计数器

（3）VC9802A+数字万用表

（4）LINI—TUT803高精度万用表

（5）LPS-305数控式线性直流稳压电源

（6）磁盘电阻50Ω/100W

6.2数控直流稳压电源指标测试

1）输出电压范围

在额定负载情况下，Ui=18V，稳压电源输出电压可调范围为+6.0V~+12.0V。

按键设定输出电压值，分辨率为0.1V。

表1输出电压范围测量与误差表

Uiset（V）

Uo（V）实测

Uo（V）MCU

设置与实测绝对误差

实测与MCU绝对误差

6.00

6.01

0.01

0.00

7.00

6.98

7.02

0.02

0.04

8.00

7.95

7.98

0.05

0.03

9.00

8.98

10.00

9.95

10.03

0.08

11.00

10.96

10.98

12.00

11.98

12.02

2）输出最大电流

最大输出电流是指稳压电源正常工作的情况下能输出的最大电流，为500mA。

3）纹波电压

纹波电压是叠加在输出电压上的交流电压分量。

用示波器观测其峰峰值。

表2纹波电压与输入电压关系表

Up-p（mV）

6.00

4.0

7.00

3.5

8.00

9.00

5.0

10.00

4.5

11.00

12.00

要求直流电源的纹波电压VP-P≤10mV，实测数据满足实验要求。

4）电压调整率

当输出电流和环境温度保持不变时，只考虑由于输入电压改变Ui所引起输出电压的变化量Uo与输出电压Uo的百分比，即

（1）

Ui=±

10%，Ui1=16.2V，Ui2=19.8V。

表3电压调整率数据测试表

Uo1（V）MCU

Uo1（V）

Uo2（V）MCU

Uo2（V）

△Uo

Sv

6.02

0.17

6.97

8.97

0.11

12.02

11.98

11.97

0.01

0.08

要求电压调整率≤0.2%（输入电压变化范围－10%～＋10%下，空载到满载）。

由上表可知，满足实验要求。

5）电流调整率

当输入电压和环境温度保持不变时，改变输出电流所引起输出电压的变化量Uo与输出电压Uo的百分比，即

（2）

表4电流调整率数据测试表

Uo3（V）MCU

Uo3（V）实测

△Uo3

Si（%）

7