基于C51雙電源供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1引言

開(kāi)關(guān)電源是利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)，控制開(kāi)關(guān)管開(kāi)通和關(guān)斷的時(shí)間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新，開(kāi)關(guān)電源相繼進(jìn)入各種電子、電器設(shè)備領(lǐng)域，程控交換機(jī)、通訊、電子檢測(cè)設(shè)備電源、控制設(shè)備電源等都已廣泛地使用了開(kāi)關(guān)電源[1]，更促進(jìn)了開(kāi)關(guān)電源技術(shù)的迅速發(fā)展。本文設(shè)計(jì)雙路并聯(lián)電流可調(diào)開(kāi)關(guān)電源，可更好的滿(mǎn)足以上場(chǎng)合應(yīng)用需求，為開(kāi)關(guān)電源提供了廣闊的發(fā)展空間，對(duì)開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展與應(yīng)用在節(jié)約能源、節(jié)約資源及保護(hù)環(huán)境方面都具有重要的意義。

2系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

2.1 DC/DC變換器穩(wěn)壓方法的選擇

DC/DC變換器的穩(wěn)壓方法有兩種方案：

（1）利用PWM控制IGBT[2]的關(guān)斷降低輸出電壓的大小，電路較復(fù)雜；

（2）采用LM2596芯片進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換。

由于LM2596是3A電流輸出降壓開(kāi)關(guān)型集成穩(wěn)壓芯片，只需極少的外圍器件便可構(gòu)成高效穩(wěn)壓電路。因此本方案選擇（2）。

2.2  5V電壓變換的實(shí)現(xiàn)

采用芯片MC34063，該芯片可將40V以下的電壓轉(zhuǎn)換成5V的電壓，輸出電流能達(dá)到1.5A，滿(mǎn)足單片機(jī)和檢測(cè)電路的供電要求。

2.3 電流電壓檢測(cè)

2.3.1電流檢測(cè)方案的選擇

電流檢測(cè)有以下兩種方案可選擇。

（1）采用霍爾電流傳感器

采用霍爾傳感器測(cè)量直流電流是切實(shí)可行的，但是霍爾傳感器在測(cè)量小電流時(shí)存在一定的誤差，精度不高。

（2）采樣康銅絲計(jì)算測(cè)量電阻

系統(tǒng)要求電流源輸出電流范圍為20mA~2000mA。當(dāng)輸出電流為2000mA時(shí)，若取采樣電阻為0.5Ω，則采樣電阻上產(chǎn)生的功率為2W，這將導(dǎo)致采樣電阻發(fā)熱，電阻阻值發(fā)生改變，使得電流給定值與實(shí)測(cè)值之間產(chǎn)生很大誤差?？点~絲的電阻溫度系數(shù)比較小，因此系統(tǒng)選用康銅絲作為采樣電阻，用多根較粗的康銅絲并聯(lián)，同時(shí)用風(fēng)扇給電阻降溫，以降低溫漂，保持采樣電阻阻值恒定。本方案選擇（2）。

2.3.2電壓檢測(cè)方案選擇

電壓檢測(cè)有以下兩種方案可選擇。

（1）采用霍爾電壓傳感器

采用霍爾電壓傳感器，電流太小時(shí)要求傳感器內(nèi)部線(xiàn)圈較多，而且精度不高，受基準(zhǔn)電壓的限制無(wú)法測(cè)量高壓。

（2）采用分壓法測(cè)電壓

采用分壓法時(shí)，精度滿(mǎn)足，電路簡(jiǎn)單。本方案選擇（2）。

2.4 均流方法

均流方法有以下兩種方案可選擇。

（1）采用專(zhuān)用的均流芯片UC3902。

（2）采用MOSFET進(jìn)行PWM斬流。

采用專(zhuān)門(mén)的芯片時(shí)，只能進(jìn)行均流，不能進(jìn)行后面的電流分配。采用MOSFET進(jìn)行PWM斬流，即能滿(mǎn)足均流要求，又能滿(mǎn)足后面的電流分配要求，且電路簡(jiǎn)單，成本低，功耗低。所以選擇方案（2）。

2.5 過(guò)流保護(hù)

過(guò)流保護(hù)有以下兩種方案可選擇。

（1）采用自恢復(fù)保險(xiǎn)絲。

（2）單片機(jī)監(jiān)控，繼電器控制通斷。

采用自恢復(fù)保險(xiǎn)絲時(shí)，只能開(kāi)斷固定電流值。采用單片機(jī)控制繼電器時(shí)，開(kāi)以通斷比較大范圍的電流值。所以選擇方案（2）。

2.6 理論分析與計(jì)算

2.6.1 DC/DC電壓變換計(jì)算

由斬波電壓計(jì)算公式（1）得到電阻R2的計(jì)算公式（2）。

（1）

（2）

基準(zhǔn)電壓為3.3V，取R1為430Ω，則R2為610Ω，為了更精確反饋，我們選用了10kΩ可調(diào)變阻器。

2.6.2 電流分配計(jì)算

電流分配是按電流的占空比來(lái)計(jì)算的。當(dāng)改變負(fù)載變阻值總的電流達(dá)到1A時(shí)，電流的占空比為1:1，電源1和電源2的電流比符合1:1；當(dāng)改變負(fù)載變阻值檢測(cè)到電流為1.5A時(shí)，電源1和電源2電流的占空比為1:2；當(dāng)改變負(fù)載變阻值電流值為1.5A-3.5A時(shí)，占空比設(shè)為1:4，電源1和電源2的電流比符合1:4；當(dāng)改變負(fù)載變阻值電流為4A時(shí)，占空比設(shè)為1:1，電源1和電源2的電流比符合1:1。

3 硬件電路設(shè)計(jì)

3.1 DC/DC電路

輸入+24V直流電，經(jīng)芯片2片LM2596使電壓變?yōu)榉€(wěn)定的雙路+8V直流電壓，電路如圖1所示。

圖1  24V轉(zhuǎn)8V電路

3.2  24V/ 5V電路

該電路可將+24V電壓轉(zhuǎn)換成+5V電壓，給單片機(jī)和測(cè)量模塊供電，如圖2所示。

圖2  24V/5V電路

3.3  PWM斬波電路

通過(guò)控制單片機(jī)輸出PWM[3]的占空比控制電流的輸出量，達(dá)到控制電流的目的，如圖3所示。

圖3 PWM斬波電路

3.4 單片機(jī)電路

該電路為主控電路，進(jìn)行信號(hào)的處理，如圖4所示。

圖4 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路

3.5 顯示電路

該電路能進(jìn)行相關(guān)信息的顯示，對(duì)整個(gè)電路的功率消耗及運(yùn)行情況進(jìn)行顯示，如圖5所示。

圖5 顯示電路

3.6 電壓檢測(cè)電路

通過(guò)分壓法進(jìn)行電壓檢測(cè)，如圖6所示。

圖6 電壓檢測(cè)電路

3.7 電流檢測(cè)

通過(guò)康銅絲兩端電壓測(cè)電路電流，如圖7所示。

圖7 電流檢測(cè)電路

4 軟件實(shí)現(xiàn)流程

通過(guò)單片機(jī)輸出PWM波形改變電流輸出[4]，是指按一定比例顯示。調(diào)節(jié)電流有兩種方式，一種是自動(dòng)調(diào)節(jié)根據(jù)一定負(fù)載兩電源輸出電流為1:1和1:1.5，另一種調(diào)節(jié)方式是通過(guò)按鍵手動(dòng)調(diào)節(jié)電流輸出比例（此調(diào)節(jié)優(yōu)先級(jí)高于自動(dòng)方式）圖8。

圖8 程序控制時(shí)序

5電路性能參數(shù)測(cè)試結(jié)果

電路性能參數(shù)測(cè)試結(jié)果列于以下各表。

表1電源輸出電壓

表2供電系統(tǒng)的效率

表3 電流之和為I=1.0A 且按I:I =1:1模式自動(dòng)分配電流

表4 電流之和為I=1.5A 且按I:I = 1:2模式自動(dòng)分配電流

表5 電流可在（0.5~2.0）A范圍內(nèi)按指定的比例自動(dòng)分配

表6輸出電流之和為I =4.0A且按 I :I =1:1 模式自動(dòng)分配電流

6結(jié)語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)了一個(gè)雙電源供電系統(tǒng)，每一路輸出穩(wěn)定電壓，電流可以通過(guò)PWM和PID控制實(shí)現(xiàn)按相應(yīng)比例平滑可調(diào)，輸出效率高于80%。實(shí)現(xiàn)了DC/DC變化的高效傳輸[5]，通過(guò)對(duì)電壓電流的檢測(cè)用PWM和PID閉環(huán)控制實(shí)現(xiàn)了電流的均流控制且效果穩(wěn)定，實(shí)用性強(qiáng)有廣闊的應(yīng)用前景。

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