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可调式直流稳压电源设计

2018-08-22周翔朱润贵李亚峰

科学与财富 2018年20期
关键词:设计

周翔 朱润贵 李亚峰

摘要:目前,对于电源技术而言,特别是电子电源技术,其是一门注重实践性的技术,很好的服务与各个行业之中。电子稳压电源和先前较为传统的稳压电源电路来进行对比分析,主要优势表现在电压稳定度高、操作方便之上。如今,电子式直流稳压电源则是电子技术之中最为常用的设备之一,大范围的运用在我们的日常生活、工作、科学研究以及其它各个领域之中。鉴于此,本文主要分析可调式直流稳压电源设计。

关键词:可调式;直流稳压电源;设计

中图分类号:TP216 文献标识码:A

1、概述

直流稳压电源是电子实验员、电子工程师、科研院所工作人员进行研究、设计及开发电路必不可少的电子仪器,而传统的直流稳压电源缺点较多,如:体积较大、功能简单、易受干扰、不易于控制、输出信号精准度较低等。因此传统的直流稳压电源已经不能满足当前需要,而基于单片机的数控直流稳压电源具有结构简单、操作简便、电压稳定度高,且输出电压信号采用数字显示,具有直观易读等优点,可以很好地解决传统直流稳压电源存在的不足。

2、方案设计

2.1、设计思路

直流稳压电源一般由电源变压器,整流电路,滤波电路,稳压电路等组成,设计直流电源完成以下工作:

(1)设计变压器电路:选择合适的电源变压器以将电压降至所需的交流电压。(2)设计整流滤波电路:交流后的降压电压,通过整流电路整流成单向脉动直流电压。直流脉冲电压通过滤波电路进入平稳,脉动的小直流电压,即去除交流组件,保留直流组件。滤波电路通常由电阻电容组成,用于消除脉动直流电压中的大部分纹波,获得更平滑的直流电压。(3)设计稳压器电路:稳压器的作用是在外部因素(电网电压,负载,环境温度)变化时,能够输出不受影响并保持稳定的直流电压。

2.2、稳压方案的选择

(1)稳压方案:使用晶体管串联式直流稳压电路。交流电压经整流滤波后,得到平滑的直流电压,并作为稳压电路的输入电源。同时采用了比较放大电路,它的核心是取样调整,输出电压的稳定是晶体管的压降相应改变,使输出电压保持稳定。(2)稳压方案:采用稳压专用集成电路。一般采用输出电压可调且内部有过载保护的三端集成模块,其输出电压调整范围宽。分析:方案一简易可用,但调压范围大时,稳压精度要差一些。方案二利用稳压专用集成电路模块,具有精度高,操作方便,性能可靠,适用于要求较高的场合。故采用第二种设计方案。

3、可调式直流稳压电源设计

3.1、硬件电路的设计

根据设计要求,利用模块数量的组合,数字化高压直流电源的设计是通过智能控制方案完成的。系统可分为数字和模拟两部分,数字部分发挥单片机的智能控制功能,并结合显示模块,按键控制模块,AD转换模块和数模转换模块完成智能控制系统,实现电源输出电压的自动控制,实时测量电压和显示。仿真部分包括波形发生电路,双电压整流电路,采样电路,控制电路和外围元件。系统控制采用单片机,单片机集成软件编程完成LED显示,DA转换,广告转换,键盘控制,实时电压测量等。单片机采用Atmal公司的AT89C52芯片,软件编程应用汇编语言,方案原理和系统框图如图1所示。

(1)振荡电路

振荡电路的原理图如图2所示,电路使用555定时器连接的谐波振荡器产生一定大小的方波信号。从图中可以看出:R2,R3,C2振荡电路的定时元件,调节它们可以得到不同的振荡频率;C1的作用是防止干扰电压对电路的影响。

(2)隔离与驱动电路的设计

由于高压电源电路开关管和升压变压器工作在振荡状态,因此电路会产生大量高频高次谐波,以防止这些有害干扰影响振荡电路和工作的单片机,必须采用严格的隔离和过滤。隔离有很多方法,主要有两个作用,一个是变压器隔离,一个是光电隔离。结合本系统,前者的优点是可以作为开关的前级推动变压器,从而使开关管获得足够的功率进行驱动,这可以减少开关管的损耗。

(3)开关升压电路的设计

主要考虑的是两点,一个是开关频率,第二个是开关管参数的选择。开关管的选择直接影响整个电路的工作。开关管的选择与集电极的最大允许电流,集电极的最大耗散功率PCM和晶体管的最大反向电压有关。转换器振荡频率F,一般在几十Hz赫兹的范围内可用。结合本电路,作为室内使用电源的设备,综合考虑了变频器的优缺点,考虑到变压器绕组的困难(初期生产,经验不足),决定选择约10000HZ。

(4)倍压整流电路的设计

该双电压整流电路适用于高电压,低电流输出的小功率整流器。双电压整流器具有半波整流电压和全波整流电压。这个电路设计要求的根源。

3.2、软件设计

程序设计主要包括键盘处理程序模块,AD转换编程模块,DA转换编程模块,错误处理程序设计模块,报警状态输出模块等。

在编制程序的前期准备;定义各引脚, 定义需要多处用到的全局变量,其中包括一些常用宏定义。当程序运行时,首先进行LCD的上电初始化。初始功能设置为双行显示,八位数据接口。开始显示,关闭光标和闪烁控制,初次显示为两行,表示体统启动进入等待阶段。之后进行延时操作(2μs),进行清除操作。显示设定的固定内容电压和电流,以及对应的单位,该阶段无具体数值。打开定时器,设置中断,将TLC1543的通道地址和数量分别存放在R4、R3寄存器中;R1、R2寄存器存放A/D转换结果。之后进入循环,在循环会有一个延时操作中(时间在1μs)。读取1543中0号通道以及2号通道的值,进行数值的运算,再将运算结果显示在液晶屏上。程序中会进行多次循环实时显示所测试的电压电流值。

总之,不同类型的探测器需要不同的电源电压。例如,闪烁探测器光电倍增管的电源一般在几百伏到1500伏的范围内。比例计数器GM计数管需要1500伏以上的高压,所以为了使仪器多用途,高压电源输出电压应能够在相当大的范围内连续调节,经过系统高压连续调节范围300?3000伏,达到设计要求。由此可见,本文的研究也就显得十分的有意义。

参考文献:

[1]李杰,程为彬,冯笃,满荣娟.低纹波双电池直流稳压电源设计与实现[J].现代电子技术,2016,39(14):150-153.

[2]周碧英.基于MATLAB的可调直流稳压电源設计与仿真研究[J].河南科学,2015,33(10):1762-1766.

[3]周赞星,许建明.数控直流稳压电源设计研究[J].电子世界,2012(24):48.

[4]刘文芹.直流稳压电源设计及串联应用[J].电源世界,2005(06):25-28.

[5]孟祥印,肖世德.基于先进集成电路多输出线性直流稳压电源设计[J].微计算机信息,2005(01):154-155+180.

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