基于PIC单片机的数控电源设计.doc

1 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 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。 2 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 远程操作。 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。第一章系统设计 设计任务与要求 设计任务设计一台微机控制的数控直流电压源,为电子设备供电。在设计过程中,选择 1~2 个单元电路使用仿真软件(例如 Multisim2001 等)进行仿真调试。用计算机绘制所有的电路图和印刷电路图 设计要求输出电压范围 0-30v ,步进值为 电压调整率 Sv<%V ; 电流调整率 Si<%A ; 纹波电压〈峰峰值<=5mA ; 具有过流保护和短路保护功能;用数字显示输出电压 方案的选择与论证 总体设计方案根据题目要求设计的框图,如图 所示: 方案一:此方案采用传统的调整管方案,主要特点在于使用一套十进制计数器完成系统的控制功能,一方面完成电压的译码显示,另一方面其输出作为 EPROM 3 的地址输入,而由 EPROM 的输出经 D/A 变换后去控制误差放大的基准电压, 以控制输出步进。其框图如图 所示图 原理框图如图 调整管控制的稳压电源方案二: 采用 51 系列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。为了能够使系统具备检测实际输出电压值的大小,可以经过 ADC0809 进行模数转换,间接用单片机实时对电压进行采样,然后进行数据处理及显示。采用软件方法来解决数据的预置以及电流的步进控制,使系统硬件更加简洁,各类功能易于实现本系统以直流电源为核心,利用 51 系列单片机为主控制器,通过键盘来设置直流电源的输出电流,设置步进等级可达 ,并可由数码管显示实际输出电压值和电压设定值。利用单片机程控输出数字信号,经过 D/A 转换器( DA0832 )输出模拟量,再经过运算放大