毕业设计(论文)直流电源设计.doc
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1、摘 要随着电力电子技术的迅速发展, 直流电源应用非常广泛, 其好坏直接影响着电气设备或控制系统的工作性能, 目前, 市场上各直流电源的基本环节大致相同,都包括交流电源、交流变压器(有时可以不用)、整流电路、滤波稳压电路等。本文介绍了将单片机控制系统应用于开关稳压电源的方法和原理,实现了开关电源的数控调节,在宽输出电压下实现了01 V步进调节,并分析了稳压工作原理、电压调节方法和中断保护的过程。,该电源不仅具有开关电源体积小,损耗低的优点,还具有线性电源输出电压纹波小,输出特性好的优点。并且引入单片机控制,使其在功能上具有一定智能化。关键词:稳压电源;单片机;高性能Abstract:AD Cre
2、gulated power source,which combinet ching power supply with linear power supply,and uses voltageranking out put mode,isintroduced.This power supply has not only tinyvolume,low wast age but also good out put char acteristic.The control system which base donSCM,also makes it some what intelligent.Keyw
3、ords:regulated powersupply; SCM; highquality 1目 录第一章 系统设计1.1 设计要求 1.2 电源简介1.3两类电源比较1.4本电源选择1.5电源其性能指标第二章 系统的硬件设计与实现2.1经典稳压电源2.2 系统硬件的基本组成部分2.3本电源各部分设计2.4、电路功放的保护2.5 单片机控制部分2.5.1 DA转换输出部分2.5.1 AD采集部分2.5.1 按键显示部分第三章 电路制作3.1 电路实现的基本步骤3.2原理图的生成3.3 板图的生成3.4 单片机程序烧录第四章 系统的软件设计与实现4.1 系统软件的各个部分流程图4.2 程序清单,并
4、注明解释结束语参考文献2第一章 系统设计1.1 设计要求随着电力电子技术的迅速发展, 直流电源应用非常广泛, 其好坏直接影响着电气设备或控制系统的工作性能。直流稳压电源是电子技术常用的设备之一,广泛的应用于教学、科研等领域。传统的多功能直流稳压电源功能简单、难控制、可靠性低、干扰大、精度低且体积大、复杂度高。而基于单片机控制的直流稳压电源能较好地解决以上传统稳压电源的不足。本文介绍有中采用硬件电路和单片机的编程控制,实现了一端15V稳定电压输出,一端024V间可调电压输出的双路直流稳压电源。最大输出电流为3A。在最大电流输出时,电压稳定度小于0.01V,控制步进为0.1V,0.5V,1V,要有
5、键盘显示功能和保护功能。通过四个控制按钮实现两路输出电压,可以对输出电压进行设定,显示值与输出电压值的误差不超过10mv。并可通过按键实现电压设定。具体描述如下:按键:按键1:输出电压调整,步进为0.1V; 按键2:输出电压调整,步进为0.5V; 按键3:输出电压调整,步进为1V。显示:三位LED显示可调端输出电压值。参数:电压设定步进: ,0.5V,1V,显示误差: mv工作区: 输出1:024V输出2:12V。 1.2 电源简介电源是电子设备的心脏部分,其质量的好坏直接影响着电子设备的可靠性,而且电子设备的故障60%来自电源,因此作为电子设备的基础元件,电源受到越来越多的重视。现代电子设备
6、使用的电源大致有线性稳压电源和开关稳压电源两大类。所谓线性稳压电源,是指在稳压电源电路中的调整管是工作在线性放大区。将220V、50Hz的工频电压经过线性变压器降压以后,经过整流、滤波和稳压,输出一个直流电压。1.3两类电源比较线性稳压源的优点是:电源稳定度及负载稳定度较高;输出纹波电压小;瞬态响应速度快;线路结构简单,便于维修;没有开关干扰。缺点是:功耗大、效率低,其效率一般只有3560%;体积大、质量重、不能微小型化;必须有较大容量的滤波电容。 3其中,交换效率低下是线性稳压电源的重要缺点,造成了资源的严重浪费。在这种背景下,开关稳压电源应运而生。任何电子设备均需直流电源来供给电路工作。特
7、别是采用电网供电的电子产品。为了适应电网电压波动和电路的工作状态变化,更需要具备适应这种变化的直流稳压电源。随着电子技术的发展,人们对如何提高电源的转换效率,增强对电网的适应性,缩小体积,减轻重量进入了深入的研究。开关电源应运而生。七十年代,便应用于电视机的接收,现在已经广泛用于彩电,录像机,计算机,通讯设备,医疗器械,气象等行业。开关稳压电源的调整管工作在开关状态,主要优越性是交换效率可高达7095%。开关稳压电源的优越性还体现在:功耗小、效率高。晶体管在激励信号的激励下,交替的工作在导通-截止的开关状态,转换速度很快,频率一般为50kHz左右。开关晶体管的功耗很小,电源的效率可以大幅度的提
8、高,达到80%以上。体积小、重量轻。开关稳压电源里没有采用笨重的工频变压器。调整管上的耗散功率大幅度降低以后,省去了较大的散热片。稳压范围宽。开关电源的输出电压是由激励信号的占空比来调节的,输入信号电压的变化可以通过调频或调宽来控制,在工频电网电压变化较大时,它仍能保证有效的稳定输出电压。开关稳压电源实现稳压的方法也较多,可以根据实际应用的要求,灵活的选用各种类型的开关稳压电源。电路形式灵活多样。开关稳压电源的主要问题是电路比较复杂。输出纹波电压较高,瞬态响应差,并且存在较为严重的开关干扰。当今,开关稳压电源的进一步推广应用的困难是它的制作技术难度大,维修麻烦和成本较高。开关稳压电源的效率是与
9、开关管的变换速度成正比的。开关稳压电源中采用了开关变压器,使之由一组输入,得到极性,大小各不相同的多组输出。要进一步提高效率,必须提高电源的工作频率。但是,当频率提高以后,对整个电路元器件的要求,有了进一步的提高。这是需要解决的第二个问题。工作在线性状态的稳压电源,具有稳压和滤波的双重作用,因而串联线性稳压电源不产生开关干扰,且纹波电压输出较小。但是,在开关稳压电源中的开关管工作在开关状态,其交变电压和输出电流会通过电路中的元器件产生较强的尖峰干扰和谐振干扰。这些干扰会进入市电电网,影响邻近的电子设备的正常工作。克服这一缺点,进一步提高它的使用范围,是要解决的第三个问题。1.4本电源选择根据比
10、较,我们选择线性电源。绝大多数电子电路工作时都需要直流电源,直流电源是电子电路工作状态的保证和能源的提供者。但大多数固定电源允许输出电压10的范围内变化,这还不能满足有些电路要求,于是我们设计了输出可调的或允许更大变化范围的电源。本电源的性能:采用全集成电路设计制成,具有短路过载自动保护功能。精度高,连续可调,可用于多路实验用电。1.5电源其性能指标:1工作模式 几乎所有的直流电源都工作在恒压源模式,也就是说在整个电流变化范围内输出电压可保持不变。本电源还可以在一定范围内工作在直流源模式。 2分辨率技术参数限定的输出电压的最小可调增量=1/256 3可程控性通过改变直流电压使电源输出具有可程控
11、性。本程控电源可用程序设定输出范围外,在超出输出范围时,就自行清零保护。也就是说,当外电路需要的电压或电流超过设置极限时,数码管可自动地显示零输出。散热片可用于防止由于电源持续工作在过载状态或冷却无效而烧坏电源。第二章 系统的硬件设计与实现2.1经典稳压电源经典稳压电源的方框图如下所示。其中主回路是将电能传递给负载的回路。又分为由开关管和高频变压器组成的功率转换电路,以及由整流滤波网络组成的输出滤波电路。控制回路按输入输出条件控制主回路的工作状态。它跨接在输出电压端和开关调整管上,形成反馈回路,控制调整管的通断,达到稳压的目。2.2 系统硬件的基本组成部分a) 基本组成本直流电源由四个基本模块
12、组成:电源部分,控制部分,功率放大部分,数字显示,输出电压电路。采用硬件电路和单片机的编程控制,实现了一端15V稳定电压输出,一端024V间可调电压输出的双路直流稳压电源。最大输出电流为3A。在最大电流输出时,电压稳定度小于0.01V。实现传统基本直流稳压电源的突破和创新。电源变压器:采用降压变压器将电网交流电压220V变换成复合需要的交流电源。此交流电压经过整流后可获得电子设备所需要的直流电压。整流电路:利用单相桥式整流电路把方向和大小都大小都变化的50Hz的交流电变换为方向不变但大小仍有脉动的直流电。其优点是电压较高,纹波电压较小,整流二极管所承受的最大反向交流电流流过,变压器的利用率高。
13、滤波电路:利用储能元件-电容C两端的电压不能突变的性质,采用RC滤波电路将整流电路输出的脉动成分大部分滤除,得到比较平滑的直流电。稳压电路:使整流滤波后的直流电压不随交流电网和负载的变化扰动而变化 控制电路:为适应不同场合的需要而将电压置为可调。数字显示部分:采用三位的LED数字显示,挺高了精度和准确性,从而克服了模拟表头的造成的读数误差。利用8051单片机控制,可以实现精度。由于采用大量高性能的集成模块,从而简化了电路的结构,突出了电源变换问题中的关键部分。通过努力的调试与检测,电路整体性能良好,可以较好的实现设计目的。本电源不仅可以单独使用,还可以置于其它电子设备中作为变压稳压或稳流源使用
14、。2.3本电源各部分设计a、 源部分该部分是电源的基础,也是输出电压能否达到高精度和良好的稳定性的保障。考虑到平时使用的电源大多在024V之间,而且LM741的极限电压30V,所以选用电源电压为29V,扣除达林顿管的压降,则每一路输出为24V。按照输出电流I=3A,则单路最大输出功率:P=UI=243A=72W 单路消耗的总功率为:Pi=UiI=293A=87W两路共消耗的功率为考虑其效率,设为则电源消耗的功率为选用的变压器。, 选用满足要求。b、电源变压器:采用220W双18V单9V,26V环形变压器降压变压器将电网交流电压220V变换成29V左右的交流电源,主副线圈匝数比约9 :1。此交流
15、电压经过整流后可获得电子设备所需要的直流电压。c、整流电路:利用单相桥式整流电路把方向和大小都变化的50Hz的交流电变换为方向不变但大小仍有脉动的直流电。其优点是电压较高,纹波电压较小,整流二极管所承受的最大反向交流电流流过,变压器的利用率高。d、滤波电路:利用储能元件-电容C两端的电压不能突变的性质,采用RC滤波电路将整流电路输出的脉动成分大部分滤除,得到比较平滑的直流电。采用4700uF,50V滤波电容达到较好的滤波效果。2.4、电路功放的保护:当电流过大,采用三个串连的二极管与三级管并联,三级管达到饱和防止两端电压过高而烧坏。从而达到保护电路的目的。电路图如下:2.5 单片机控制部分控制
16、电路是本电源的重要组成部分。由单片机作控制中心,在时序上协调外界输入控制和DA0809反馈控制。通过负比例环节,调整输出值,用大功率晶体管提高输出功率,以满足负载要求。用小电阻取分压来检测电流值。同样采用比例环节来反馈输出的电压真实值。控制结构图如下:1. 单片机的工作原理:(1) 输出:单片机输出数字量(程控)给DA0832,得到的模拟信号给外路运放提供信号,达到输出电压的目的。(2) 按键控制:共设置三个按钮,以不同步近修改单片机中的电压设定值。(3) 反馈:由AD0809的转换结束信号得的反馈值,送单片机并与相应的值比较,调节输出数字量,从而使负载电压稳定。2. 控制部分计算:由于设定输
17、出电压为,设定电压值以0.1V为步进,则有:则由: 选用8位D/A满足要求。2.5.1 DA转换输出部分1 DAC0832主要特性 DAC0832是8位数模转换器芯片,是DAC0800系列的一种。DAC0832与微机接口方便,转换控制容易,且价格便宜,因此在实际中得到了广泛的应用。该系列产品还有DAC0830、DAC0831,它们可以互相代替。DAC0832具有以下主要特性: (1)数字输入端具有双重缓冲功能,可以双缓冲、单缓冲或直通数字输入。 (2)与所有通用微处理器可直接接口。 (3)满足TTL电平规范的逻辑输入。(4)分辨率为8位,满刻度误差1LSB,建立时间为1s,功耗20mW。 (5
18、)电流输出型DA转换器。 2DAC0832内部结构及引脚 DAC0832采用R-2R T型电阻解码网络,由二级缓冲寄存器(实为锁存器)和DA转换电路及转换控制电路组成,图136为其内部逻辑及引脚功能图。 图136 DAC0832逻辑框图 DAC0832芯片为20脚双列直插式封装,其引脚功能说明如下: ILE:输入锁存允许信号,高电平有效。 :输入寄存器选择信号,低电平有效。:写信号1,输入寄存器写选通信号,低电平有效。 输入锁存器的锁存信号LE1由ILE、的逻辑组合产生。当ILE为高电平,和,同时为低电平时,LE1为高电平,输入寄存器的输出随输入变化;当 变成高电平时,LE1变为低电平,输入数
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