数控电源.docx

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数控电源

数控电源

序言

该项目所用的时间比前一个项目缩短了一些，这次只用了两天半的时间就完成了该项目。

指导老师要求我们抓紧时间，向比赛的规定时间靠拢。

随着节奏的加快，我们的设计制作热情也越来越高，花了半天的时间设计决定制作的方案，然后半天制PCB板，一天的机械制板安装，再调试，而软件和文档则是跟步进行的。

当然，电路设计制作中还是存在着不足，各项设计制作指标还有待进一步提高，还望大家指出我们的不足之处。

编者注

2009年3月

摘要

目前所使用的直流可调电源中，几乎都为旋钮开关调节电压，调节精度不高，而且经常跳变，使用麻烦。

利用数控电源，可以达到每步0.01V的精度，输出电压范围0~5V，电流可以达到2A。

该项目在一般的数控电源的基础上面，有所创新进步。

我们新增了一个4×4矩形按键键盘，控制输入的电压值，更准确地优化其性能。

关键字

目录

相关元器件插图和图表

DAC0832是一款常用的数摸转换器，它有两种连接模式，一种是电压输出模式，另外一种是电流输出模式，为了设计的方便，选用电压输出模式，如电路图所示，Iout1和Iout2之间接一参考电压，VREF输出可控制电压信号。

它有三种工作方式：

不带缓冲工作方式，单缓冲工作方式，双缓冲工作方式。

该电路采用单缓冲模式，由电路图可知，由于/WR2=/XFER=0，DAC寄存处于直通状态。

又由于ILE=1，故只要在选中该片（/CS=0）的地址时，写入（/WR=0）数字量，则该数字信号立即传送到输入寄存器，并直通至DAC寄存器，经过短暂的建立时间，即可以获得相应的模拟电压，一旦写入操作结束，/WR1和/CS立即变为高电平，则写入的数据被输入寄存器锁存，直到再次写入刷新。

在单片机应用中，经常会有一些数据需要长期保存，传统的方法是用RAM加后备电池的方法，但这种方法成本较高，电路也较复杂。

近年来，非易失性存储器技术发展很快，EEPROM就是其中的一种，和RAM相比，EEPROM不能够无限多次地擦除和写入（一般可以做到1000000万次，也有可以做到10000000次的），这是它的缺点，但是断电之后，不需要特殊的断电保护措施，这是其优点。

24系列是EEPROM中应用广泛的一类，该系列芯片仅有8个引脚，采用2线制I2C接口。

其中，引脚SDA为I2C总线中的数据线，SCL为I2C中的时钟线，而WP引脚是该芯片的写保护线。

注意，I2C的数据线（SDA）是开漏输出，必须在该引脚和VCC之间接一个上拉电阻，一般使用5.1K的电阻。

因此，在现实的生活中，无论是智能仪器仪表还是单片机工业控制系统都要求其数据能够安全可靠而不受干扰，特别是一些重要的设定参数（如温度控制设定值）受到干扰后变成一个很大的数字，那么就有可能发生烧箱毁物的破坏性后果，给生产和经济带来损失，因此必须选用可靠的AT24C02器件作为数据储存单元。

AT24C02的引脚配置如图2所示：

图224C02引脚图

管脚描述如表1所示：

表124C02的功能表

管脚名称

功能

A0A1A2

器件地址选择

SDA

串行数据/地址

SCK

串行时钟

WP

写保护

Vcc+1.8V6.0V

工作电压

GND

地

LM317工作原理：

LM317的输入最同电压为30多伏，输出电压1.5----32V，电流1.5A，不过在用的时候要注意功耗问题，注意散热问题。

LM317有三个引脚，其引脚图如下图3所示一个输入一个输出一个电压调节。

输入引脚输入正电压，输出引脚接负载，电压调节引脚一个引脚接电阻（200左右）在输出引脚，另一个接可调电阻（几K）接于地，输入和输出引脚对地要接滤波电容。

图3LM317引脚图

LM317标准应用电路图

相关的符号和标识

纹波电压ΔVopp：

表示叠加在输出电压Vo上的交流分量，一般为mV级，通常用有效值或峰峰值表示，本实验用示波器观测峰峰值。

可调式集成稳压器LM317工作原理

可调式集成稳压器LM317是新一代的稳压器，比起固定式集成稳压器LM78XX，前者在电压调整率、负载调整率、纹波抑制及温度系数诸方面都有了很大改进，不仅具有可调输出，在过载保护、过热保护方面的功能也很完善，极大地方便和简化了使用者在电源设计制作方面的工作。

参见下图4，经过整流滤波后的直流电压加在LM317的输入端（IN）和地之间，稳压后的电压由LM317的输出端和地之间引出。

UOUT-UADJ=UREF称为参考电压，它被设计为1.25V，并且不随输入电压和输出电流而变化。

从调整端（ADJ）流出的电流非常小（<50uA），通常可以忽略不计。

这样，流过R1的电流11RUIREFR=，取R1=240Ω，则IR1=1.25V/240Ω≈5mA，正好满足LM317最小输出电流的要求。

输出电压）1（）（U12211ORRURRIREFR+=+=，可见输出电压完全由R1、R2两个电阻的比值决定，而与输入电压和输出电流无关。

只要改变R2大小，就可以调整输出电压。

在数控稳压电路中，不是通过改变电阻R2，而是通过改变调整端对地电压UADJ来控制输出端的电压UO。

UO=UREF+UADJ。

（1）

需要指出的是，负载电流并不经过R2，流过R2的电流仅仅是流过R1的电流（～5mA），所以可以采用小电流控制电路（如运放电路）来控制UADJ。

从

（1）式可知，当UADJ=0时，UO=UREF=1.25V。

这就是正常接法下，LM317的最小输出电压。

要想获得0V的电压输出，必须使UADJ=-1.25V。

相应的接法见下图5。

图4

图5

引言

绪论：

电源技术尤其是数控电源技术是一门实践性很强的工程技术，服务于各行各业。

电力电子技术是电能的最佳应用技术之一。

当今电源技术融合了电气、电子、系统集成、控制理论、材料等诸多学科领域。

随着计算机和通讯技术发展而来的现代信息技术革命，给电力电子技术提供了广阔的发展前景，同时也给电源提出了更高的要求。

随着数控电源在电子装置中的普遍使用，普通电源在工作时产生的误差，会影响整个系统的精确度。

电源在使用时会造成很多不良后果，世界各国纷纷对电源产品提出了不同要求并制定了一系列的产品精度标准。

只有满足产品标准，才能够进入市场。

随着经济全球化的发展，满足国际标准的产品才能获得进出的通行证。

数控电源是从80年代才真正的发展起来的，期间系统的电力电子理论开始建立。

这些理论为其后来的发展提供了一个良好的基础。

在以后的一段时间里，数控电源技术有了长足的发展。

但其产品存在数控程度达不到要求、分辨率不高、功率密度比较低、可靠性较差的缺点。

因此数控电源主要的发展方向，是针对上述缺点不断加以改善。

单片机技术及电压转换模块的出现为精确数控电源的发展提供了有利的条件。

新的变换技术和控制理论的不断发展，各种类型专用集成电路、数字信号处理器件的研制应用，到90年代，己出现了数控精度达到0.05V的数控电源，功率密度达到每立方英寸50W的数控电源。

从组成上，数控电源可分成器件、主电路与控制等三部分。

目前在电力电子器件方面，几乎都为旋纽开关调节电压，调节精度不高，而且经常跳变，使用麻烦。

数字化智能电源模块是针对传统智能电源模块的不足提出的，数字化能够减少生产过程中的不确定因素和人为参与的环节数，有效地解决电源模块中诸如可靠性、智能化和产品一致性等工程问题，极大地提高生产效率和产品的可维护性。

电源采用数字控制，具有以下明显优点:

1）易于采用先进的控制方法和智能控制策略，使电源模块的智能化程度更高，性能更完美。

2）控制灵活，系统升级方便，甚至可以在线修改控制算法，而不必改动硬件线路。

3）控制系统的可靠性提高，易于标准化，可以针对不同的系统（或不同型号的产品），采用统一的控制板，而只是对控制软件做一些调整即可。

4）系统维护方便，一旦出现故障，可以很方便地通过RS232接口或RS485接口或USB接口进行调试，故障查询，历史记录查询，故障诊断，软件修复，甚至控制参数的在线修改、调试;也可以通过MODEM远程作。

5）系统的一致性好，成本低，生产制造方便。

由于控制软件不像模拟器件那样存在差异，所以，其一致性很好。

由于采用软件控制，控制板的体积将大大减小，生产成本下降。

6）易组成高可靠性的多模块逆变电源并联运行系统。

为了得到高性能的并联运行逆变电源系统，每个并联运行的逆变电源单元模块都采用全数字化控制，易于在模块之间更好地进行均流控制和通讯或者在模块中实现复杂的均流控制算法（不需要通讯），从而实现高可靠性、高冗余度的逆变电源并联运行系统。

2.正文

2.1项目要求和内容

2.1.1项目设计的要求

（1）调节输出0~5V的电压；

（2）使得纹波的系数小，几乎为零；

（3）液晶显示输出电压值，精确到小数点后两位；

（4）计算出最大输出功率及额定值

（5）使电源内阻小，带负载的能力强。

2.1.2项目设计的内容

（1）提出具体方案；

（2）给出所设计电路的原理图；

（3）进行电路仿真，PCB设计；

（4）制作出硬件电路及相关调试。

2.2项目总体设计方案

2.2.1项目的设计思路

2.2.2项目的方案论证及比较

（1）数模转换电路的设计方案1

用硬件控制来预置电压实现数模转换。

通过改变13个发光二极管的亮灭/高低电平，使得输出到三极管的基极电压发生改变。

其电路如图2.2.2.1所示。

使用三极管的优点是，因为三极管带负载的能力最强。

图2.2.2.1预置电压电路

（2）数模转换电路的设计方案2

直接使用DAC083

2.2.3总体设计方案框图

2.3项目硬件电路的设计

2.3.1电源电路

电路如图2.3.1所示：

图2.3.1电源电路

2.3.2单片机系统模块

单片机系统电路如图2.3.2所示：

图2.3.2单片机系统

2.3.3液晶显示电路

液晶显示电路如图2.3.3所示：

图2.3.2液晶显示电路

2.3.4数模转换电路

按照数据的输入模式，数字/模拟转换器有并行数如模式和串行输入模式。

我这里采用并行的DAC0832，采用单缓冲方式的接口电路。

其电路图如图2.3.3所示：

图2.3.3数模转换电路

2.3.5按键电路

该电路是由4×4的矩形按键键盘控制的，输入到P3口，按键K1~K10是指数字0~9，K11为小数点位，K12为空，K13为选择（粗/微调）键，K14为选择“＋”功能键，K15为选择“－”功能键，K16则为“→”确认键。

其电路如图2.3.4所示：

图2.3.4按键控制电路

2.3.6LM317输出调整电路

可调式集成稳压器LM317是新一代的稳压器，比起固定式集成稳压器LM78XX，前者在电压调整率、负载调整率、纹波抑制及温度系数诸方面都有了很大改进，不仅具有可调输出，在过载保护、过热保护方面的功能也很完善，极大地方便和简化了我们在电源设计制作方面的工作。

其输出调整电路如图2.3.5所示：

图2.3.5LM317输出调整电路

2.3.7掉电保护模块

AT24C02是一款常用的可掉电保存数据的ROM。

它具有二线串行接口、双向数据传输协议、8字节页面写模式、允许写部分页面、自定时、写周期、内部结构256x8（2k）、高可靠性，数据保留100年。

图2.3.6掉电保护模块

2.4软件部分的设计及流程图

2.5硬件的调试检测报告

3设计总结

这段经历不仅令我增强了实践动手能力，更教会了我一种学习新事物的方法，那就是要对自己有信心，要告诫自己万事开头难。

4致谢

5参考文献

附录1主要元器件清单

LCD_16_02

液晶插座

1只

10K

电阻

1个

15PF

瓷片电容

2个

AT89S52

单片机及插座

1套

10uF

电解电容

1个

SW-PB

按键开关

17个

4.7K

电阻

2个

11.0592

晶振

1个

104

瓷片电容

2个

10K

排阻

2个

CON10

烧录线插座

1个

24C02

24c02及插座

1套

240

电阻

1个

1000uF

电解电容

2个

LM317

LM317及散热片

1套

DAC0832

DAC0832及插座

1套

10K

三个脚电位器

2个

741CN

741CN及插座

1套

1K

三个脚电位器

2个

0.01uF

瓷片电容

1个

1K

电阻

3个

CON1

一脚排针

1个

DIANYUAN

四脚电源插座

1个

2K

电阻

1个

100PF

瓷片电容

1个

DIODE

二极管

2个

LED

发光二极管

1只

470

电阻

1个

附录2总电路原理图及PCB板图

数控电源总电路原理图如图附录2.1所示：

附录2.1数控电源总原理图

数控电源PCB板如图附录2.2所示：