基于MCU的数控直流稳压电源设计

1基于MCU的数控直流稳压电源设计目录1设计任务与要求....................................................................................................................21.1设计任务........................................................................................................................21.2基本要求........................................................................................................................22方案比较与论证....................................................................................................................32.1稳压电路部分................................................................................................................32.2运放的选择....................................................................................................................33系统硬件设计........................................................................................................................33.1系统总体设计................................................................................................................33.2稳压电路部分................................................................................................................43.3取样电路部分................................................................................................................53.4数控基准电压源部分....................................................................................................53.5输出电压、电流检测....................................................................................................54系统软件设计........................................................................................................................64.1软件总体设计................................................................................................................65系统测试................................................................................................................................75.1测试使用仪器................................................................................................................75.2测试方法........................................................................................................................75.3测试数据.......................................................................................................................86总结......................................................................................................................................10附录1：..................................................................................................................................102摘要：本设计采用TIP122作为调整管对输出电流进行调整从而调节输出电压。由C8051F020单片机控制12位DA转换器产生基准电压作为调整管基极输入从而控制调整管调节输出电压范围，由C8051F020单片机控制12位AD采集输出电压并通过数码管显示。输出电压表达式为：（1）其中R2为90KΩ，（R3+R4）为10KΩ。则只需要单片机控制12位AD转换器输出0.6～1.2V即可满足设计要求输出电压范围6～12V。系统输出电流范围为0～500mA，所以采用普通三极管9013和一个1.25Ω的电阻构成保护电路使得最大动作电流不超过600mA。关键字：数控直流稳压电源，C8051F020，TIP122,90131设计任务与要求1.1设计任务设计并制作有一定输出电压调节范围和功能的数控直流稳压电源，其原理框图如图1所示。图1数控电源原理框图1.2基本要求（1）最大输出电流为500mA。（2）按键设定输出电压值，分辨率为0.1V。（3）显示稳压电源实际输出电压值，要求精度为±（0.5％读数＋2个字）。（4）实时采样并显示输出电流，显示分辨率为1mA，要求精度为±（2%读数+2个字）。（5）电压调整率≤0.2%（输入电压变化范围－10%～＋10%下，空载到满载）。（6）电流调整率≤1%（最低输入电压下，满载）。'04320)1(URRRU3（7）纹波电压（峰-峰值）≤10mV（最低输入电压下，满载）。（8）具有过流保护功能；动作电流不大于600mA。（动作电流为输出电压下降5%时，对应的输出电流值）（10）要求一路单电源供电。2方案比较与论证2.1稳压电路部分方案一：选择BD681作为调整管，最大功率为600W属于中功率三极管，其集电极电流IC为4A。方案二：选择TIP122作为调整管，最大功率为800W属于中功率三极管，其集电极电流IC为5A。由于实验室提供的是BD681，所以我们选择方案一。2.2运放的选择方案一：选择分立元件构成集成运放方案二：选择集成运放LM358虽然用集成运放LM358会比较简单，但是用于本实验的要求精度高。所以选择方案一。3系统硬件设计3.1系统总体设计系统总体原理图如图1，这里的控制器为单片机，单片机通过对DA转换的控制实现对稳压电路精确控制从而调节电压输出的范围。电源稳压电路负载控制器输出电压电流采样显示键盘4图1数控电源原理框图原理图如下图23.2稳压电路部分稳压电路原理图如图2，其核心元件是调整管，它的安全工作是电路正常工作的保证，它的选用主要考虑其极限参数ICM，U（BR）CEO和PCM。调整管极限参数的确定，必须考虑到输入电压UI由于电网电压波动而产生的变化，以及输出电压的调节和负载电流的变化所产生的影响。比较放大基准电压电路调整管R1取样电路R2RLDZR+-UIUO+-A图2串联型稳压电路原理图5由图2可知，调整管的发射极电流IE等于采样电阻R2中电流和负载电流IL之和，即IE=IR1+IL，调整管的管压降UCE等于输入电压U1与输出电压UO之差即UCE=UI-UO。显然，当负载电流最大是，流过调整管发射极的电流最大，即IEmax=IR1+I1max。通常R2电阻上的电流可以忽略，且所以调整管集电极最大电流为：（2）当电网电压最高，即输入电压最高同时输出电压最低时，调整管承受的管压降最大，即（3)当晶体管的集电极电流最大，且调整管承受的管压降最大时，调整管的功率最大，即Pcmax=ICmaxUCEmax（4）以上几式即可确定调整管的极限参数。实际选用是还要考虑留一定的余量。所以我们选择TIP122作为调整管，根据TIP122的PDF资料可以满足以上所说的条件。3.3取样电路部分由图2可知采样电路由R2、R3、R4构成，由输出电压表达式（1）可知R2与（R3+R4）的比例为6。故我们选择R2为100kΩ，R3、R4都为0Ω。3.4数控基准电压源部分由C8051F020单片机产生基准电压，原理图如图31）基准电压的范围与输出电压6～12V成对应关系，本实验中取用单片机的1～2V与输出对应所以其倍数为6倍2）根据调节计算出=0.01V图3数控基准电压源原理框图3.5输出电压、电流检测在图2中对电压检测的点是1，由于C8051F020单片机的采样电压不能太高所以R4的选择要合理，在这我们选择300Ω的电阻。对于电流检测的点是2，由于单片机不能直接对电流进行检测，所以我们将电流转换成电压后进行采样然后经过计算显示出电流的值即为检测到的电流。在电流检测我们串联了一个0.5Ω的电阻把500mA的电流转换成0.25V。然后用单片机进行AD转换。maxmaxCEIImaxmaxECIIminImmaxOaxCEUUU'OU输出电压设定D/A转换输出基准电压输出数据转换64系统软件设计4.1软件总体设计软件流程图如图，首先对单片机的看门狗，系统时钟，AD和DA进行初始化，然后通过按键切换实现AD对电压和电流的采集以及DA对设定电压的输出。程序见附录1。流程图主程序流程图YN开始按键设定输出电压比较函数主函数十进制转换函数显示函数软件复位读取电压输入值进行转换采集电压值比较：电压输入值采集电压值Y--Y++=设置通道0采集电压shezhi设置采集电流通道电压，电流采集电压，电流显示75系统测试5.1测试使用仪器序号仪器数量1FG-506信号发生器1台2精密万用表1台3LPS-305数控式线性直流稳压电源1台4UT3数字万用表1只5GOS-620数字存储示波器1台5.2测试方法1）输出电压范围：在额定负载情况下，稳压电源输出电压可调范围。图5稳压电源性能指标测试电路图测试电路如图5，通过单片机设定不同的输出电压，调节滑动变阻器使输出电流在500mA左右，测出此时的输出电压，即可得到输出电压的范围。2）输出最大电流：最大输出电流是指稳压电源正常工作的情况下能输出的最大电流，用Iomax表示。测试方法同输出电压范围的测试，通过