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        一種數(shù)控直流電流源的設(shè)計

        2016-04-08 00:37:43周建國彭志雄
        山東工業(yè)技術(shù) 2016年7期

        周建國 彭志雄

        摘 要:數(shù)字控制電源是根據(jù)普通電源的缺陷改進(jìn)的,數(shù)字化的電源可降低產(chǎn)品應(yīng)用中的非確定因素和人為影響的環(huán)節(jié),能很好的滿足電源產(chǎn)品中的穩(wěn)定性、轉(zhuǎn)換效率和可靠性等技術(shù)性指標(biāo),大幅增強(qiáng)了產(chǎn)品效率和使用壽命。本設(shè)計以STC89C52RC單片機(jī)為控制核心,用數(shù)-模轉(zhuǎn)換器DAC0832輸出模擬參考電壓,以該參考電壓控制電壓轉(zhuǎn)換芯片LM350K的輸出電壓。設(shè)計可靠,精度高。

        關(guān)鍵詞:數(shù)控電流源;STC89C52;DAC0832;電壓轉(zhuǎn)換

        DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.07.108

        0 引言

        電源技術(shù),特別是數(shù)控電源技術(shù)是一門工程性很強(qiáng)的技術(shù)科學(xué),該技術(shù)應(yīng)用于各種行業(yè)。電力電子技術(shù)是數(shù)控電源的最佳應(yīng)用場合之一?,F(xiàn)代電源技術(shù)融合了電氣工程、電子信息、控制工程、材料科學(xué)等諸多學(xué)科。以半導(dǎo)體和通信技術(shù)為先導(dǎo)發(fā)展而來的現(xiàn)代信息技術(shù)革命,為電力電子技術(shù)的發(fā)展打下了堅實的基礎(chǔ),同時也對電源技術(shù)提出了更高的要求。數(shù)字化電源具有下列優(yōu)點:

        (1)更加容易用高效的控制算法和智能化的控制策略,使數(shù)字電源的具有更高的智能化,擁有更強(qiáng)悍的性能。

        (2)系統(tǒng)使用靈活,升級便捷,穩(wěn)定性更高,易于標(biāo)準(zhǔn)化;系統(tǒng)維護(hù)方便,一致性好,性價比高,設(shè)計生產(chǎn)方便。

        (3)各系統(tǒng)間容易組合成高可靠性的多模并聯(lián)運行逆變電源系統(tǒng)。易于在各子系統(tǒng)之間更好地進(jìn)行控制和通信。

        1 系統(tǒng)主體方案設(shè)計

        (1)系統(tǒng)供電電源部分。系統(tǒng)供電采用線性電源的供電方案。交流電壓經(jīng)橋式電路整流濾波輸出,直接進(jìn)入穩(wěn)流電路。這種方案的優(yōu)點是,電路簡單,容易實現(xiàn),并且調(diào)試起來比較方便,只是功率損耗稍大,但是在這種小型非連續(xù)工作電源中這些功率損耗可以承受。

        (2)穩(wěn)流部分。穩(wěn)流部分采用單閉環(huán)負(fù)反饋的方案,在穩(wěn)流部分加入一個負(fù)反饋,在DAC0832輸出電壓值之后與LM350K輸出電壓相比較,使其產(chǎn)生誤差信號,運用負(fù)反饋原理降低誤差,使輸出性能較理想。電路連接圖如圖1所示:

        2 主要元器件選擇

        (1)HD7279A與8279。鍵盤輸入控制和發(fā)光二極管顯示控制這兩種功能,僅依靠單塊8279芯片就能實現(xiàn)。但8279也有它的缺陷,對于LED顯示不具驅(qū)動能力,還要增加外部顯示驅(qū)動,這不僅使電路的復(fù)雜性增加,而且占用了許多寶貴的I/O口。

        本設(shè)計采用HD7279A芯片來代替8279,產(chǎn)生了良好的反饋。8279的大部分功能都能由這款芯片實現(xiàn),且解決了8297的缺陷。HD7279A的主要功能有:能同時驅(qū)動64只獨立的發(fā)光二極管,具有兩種譯碼方式,能控制多達(dá)64個按鍵的矩陣鍵盤,由于采用串行接法,大大節(jié)約了單片機(jī)的I/O口,尤其適合在不使用總線控制的內(nèi)嵌ROM,僅使用單片機(jī)上的I/O接口的情況。這樣既能節(jié)約大量的布線區(qū)域,又使電路設(shè)計得以簡化,使儀表的微型化得到進(jìn)一步的發(fā)展。

        (2)LM317與LM350K。LM317在輸出電壓范圍為1.2~37V時可以提供1.5A的電流,本產(chǎn)品要求的最大電流為2A,所以必須用兩個LM317并聯(lián),但是由于并聯(lián)后兩個LM317工作電流負(fù)載不均衡,使電路穩(wěn)定性降低。

        鑒于以上原因,本設(shè)計采用了單片LM350K。LM350K可以提供最大為5A電流,滿足本設(shè)計要求,而且不存在兩片芯片同時運行中所產(chǎn)生的不同步問題,故性能比較優(yōu)良,并且電路的可靠性增強(qiáng)。主電路的原理是通過STC單片機(jī)控制D/A芯片的輸出模擬電壓幅值,然后經(jīng)過放大器,為電壓轉(zhuǎn)換芯片提供最終輸出的參考電壓。實際的電壓、電流還是由電壓轉(zhuǎn)換芯片LM350K輸出,為了使輸出電流達(dá)到2A,LM350K必須選用金屬外殼封裝,并且安裝合適的散熱片。

        3 電路設(shè)計

        (1)鍵盤與顯示部分。本部分選用HD7279A,該芯片單片就可以完成LED顯示,實現(xiàn)鍵盤接口的全部功能。通過鍵盤輸入電流給定值(程序設(shè)定最小值20mA,最大值2000mA),運行程序后,液晶顯示器前四位顯示實際輸出值(此功能通過ADC0809轉(zhuǎn)換實現(xiàn)),后四位顯示給定值。

        (2)控制部分。該部分采用宏晶科技的STC89C52單片機(jī)作為控制核心,控制器的P0口和數(shù)-模轉(zhuǎn)換芯片DAC0832的數(shù)據(jù)口連接,DAC0832的/CS端接P2^3,/WR1接P3^6,/WR2接地,讓DAC工作在雙緩沖方式下。通過調(diào)節(jié)滑動變阻器使LM350K的輸出電壓為5.12V,因此在DAC的8腳輸出電壓的分辨率為5.12V/256=2mV,也就是說D/A輸入數(shù)據(jù)端每增加1,輸出電壓增加2mV。

        運算放大器OP07CP的輸入端接在DAC的電壓輸出端,設(shè)計放大器的放大倍數(shù)為10,輸出到電壓轉(zhuǎn)換芯片LM350K的電壓分辨率為2mV×10=20mV。所以,當(dāng)單片機(jī)輸出數(shù)據(jù)增加1的時候,最終輸出電壓增加10mV,當(dāng)調(diào)節(jié)電壓的時候,能夠以每次10mV的梯度增加或者降低電壓。

        (3)電源部分。該部分輸入電壓為220V~240V,頻率為50Hz,經(jīng)過變壓器降壓至15V,經(jīng)過電橋整流為直流。電壓采樣用兩個0.5 Ω的采樣電阻,LM350K用于電壓的調(diào)節(jié)與輸出。給定值經(jīng)過DAC0832數(shù)模轉(zhuǎn)換控制輸出電流,后經(jīng)電流-電壓變換芯片控制電壓輸出,最終經(jīng)過OP07CP的電壓比較反饋給LM350K進(jìn)行調(diào)整。

        4 結(jié)語

        該數(shù)控直流電流源經(jīng)過實踐檢驗證明,具有高精度,高可靠性,低成本等特點。只需要增加電流測量和顯示電路就是一個設(shè)計優(yōu)良的產(chǎn)品,這部分電路還請讀者閱讀相關(guān)參考文獻(xiàn)。在本文中主要是對如何控制輸出功率與電壓大小舉出典型示例,本電路可以拓展到測控技術(shù)以及電力拖動等領(lǐng)域使用。

        參考文獻(xiàn):

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        [3]黃智偉.大學(xué)生電子系統(tǒng)設(shè)計[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2006:46-63.

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        作者簡介:周建國(1995-),男,在讀本科,研究方向:MCU應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計。

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