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基于C51雙電源供電系統設計

鉅大LARGE  |  點擊量:1268次  |  2020年06月16日  

1引言


開關電源是利用現代電力電子技術,控制開關管開通和關斷的時間比率,維持穩定輸出電壓的一種電源。隨著電力電子技術的發展和創新,開關電源相繼進入各種電子、電器設備領域,程控交換機、通訊、電子檢測設備電源、控制設備電源等都已廣泛地使用了開關電源[1],更促進了開關電源技術的迅速發展。本文設計雙路并聯電流可調開關電源,可更好的滿足以上場合應用需求,為開關電源供應了廣闊的發展空間,對開關電源的發展與應用在節約能源、節約資源及保護環境方面都具有重要的意義。


2系統總體方法設計


2.1DC/DC變換器穩壓方法的選擇


DC/DC變換器的穩壓方法有兩種方法:


(1)利用pWM控制IGBT[2]的關斷降低輸出電壓的大小,電路較復雜;


(2)采用LM2596芯片進行電壓轉換。


由于LM2596是3A電流輸出降壓開關型集成穩壓芯片,只需極少的外圍器件便可構成高效穩壓電路。因此本方法選擇(2)。


2.25V電壓變換的實現


采用芯片MC34063,該芯片可將40V以下的電壓轉換成5V的電壓,輸出電流能達到1.5A,滿足單片機和檢測電路的供電要求。


2.3電流電壓檢測


2.3.1電流檢測方法的選擇


電流檢測有以下兩種方法可選擇。


(1)采用霍爾電流傳感器


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


(2)采樣康銅絲計算測量電阻


系統要求電流源輸出電流范圍為20mA~2000mA。當輸出電流為2000mA時,若取采樣電阻為0.5Ω,則采樣電阻上出現的功率為2W,這將導致采樣電阻發熱,電阻阻值發生改變,使得電流給定值與實測值之間出現很大誤差。康銅絲的電阻溫度系數比較小,因此系統選用康銅絲作為采樣電阻,用多根較粗的康銅絲并聯,同時用風扇給電阻降溫,以降低溫漂,保持采樣電阻阻值恒定。本方法選擇(2)。


2.3.2電壓檢測方法選擇


電壓檢測有以下兩種方法可選擇。


(1)采用霍爾電壓傳感器


采用霍爾電壓傳感器,電流太小時要求傳感器內部線圈較多,而且精度不高,受基準電壓的限制無法測量高壓。


(2)采用分壓法測電壓


采用分壓法時,精度滿足,電路簡單。本方法選擇(2)。


2.4均流方法


均流方法有以下兩種方法可選擇。


(1)采用專用的均流芯片UC3902。


(2)采用MOSFET進行pWM斬流。


采用專門的芯片時,只能進行均流,不能進行后面的電流分配。采用MOSFET進行pWM斬流,即能滿足均流要求,又能滿足后面的電流分配要求,且電路簡單,成本低,功耗低。所以選擇方法(2)。


2.5過流保護


過流保護有以下兩種方法可選擇。


(1)采用自恢復保險絲。


(2)單片機監控,繼電器控制通斷。


采用自恢復保險絲時,只能開斷固定電流值。采用單片機控制繼電器時,開以通斷比較大范圍的電流值。所以選擇方法(2)。


2.6理論分析與計算


2.6.1DC/DC電壓變換計算


由斬波電壓計算公式(1)得到電阻R2的計算公式(2)。


(1)


(2)


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


2.6.2電流分配計算


電流分配是按電流的占空比來計算的。當改變負載變阻值總的電流達到1A時,電流的占空比為1:1,電源1和電源2的電流比符合1:1;當改變負載變阻值檢測到電流為1.5A時,電源1和電源2電流的占空比為1:2;當改變負載變阻值電流值為1.5A-3.5A時,占空比設為1:4,電源1和電源2的電流比符合1:4;當改變負載變阻值電流為4A時,占空比設為1:1,電源1和電源2的電流比符合1:1。


3硬件電路設計


3.1DC/DC電路


輸入+24V直流電,經芯片2片LM2596使電壓變為穩定的雙路+8V直流電壓,電路如圖1所示。


圖124V轉8V電路


3.224V/5V電路


該電路可將+24V電壓轉換成+5V電壓,給單片機和測量模塊供電,如圖2所示。


圖224V/5V電路


3.3pWM斬波電路


通過控制單片機輸出pWM[3]的占空比控制電流的輸出量,達到控制電流的目的,如圖3所示。


圖3pWM斬波電路


3.4單片機電路


該電路為主控電路,進行信號的處理,如圖4所示。


圖4單片機最小系統電路


3.5顯示電路


該電路能進行相關信息的顯示,對整個電路的功率消耗及運行情況進行顯示,如圖5所示。


圖5顯示電路


3.6電壓檢測電路


通過分壓法進行電壓檢測,如圖6所示。


圖6電壓檢測電路


3.7電流檢測


通過康銅絲兩端電壓測電路電流,如圖7所示。


圖7電流檢測電路


4軟件實現流程


通過單片機輸出pWM波形改變電流輸出[4],是指按一定比例顯示。調節電流有兩種方式,一種是自動調節根據一定負載兩電源輸出電流為1:1和1:1.5,另一種調節方式是通過按鍵手動調節電流輸出比例(此調節優先級高于自動方式)圖8。


圖8程序控制時序


5電路性能參數測試結果


電路性能參數測試結果列于以下各表。


表1電源輸出電壓


表2供電系統的效率


表3電流之和為I=1.0A且按I:I=1:1模式自動分配電流


表4電流之和為I=1.5A且按I:I=1:2模式自動分配電流


表5電流可在(0.5~2.0)A范圍內按指定的比例自動分配


表6輸出電流之和為I=4.0A且按I:I=1:1模式自動分配電流


6結語


本文設計了一個雙電源供電系統,每一路輸出穩定電壓,電流可以通過pWM和pID控制實現按相應比例平滑可調,輸出效率高于80%。實現了DC/DC變化的高效傳輸[5],通過對電壓電流的檢測用pWM和pID閉環控制實現了電流的均流控制且效果穩定,實用性強有廣闊的應用前景。


參考文獻


[1]陳大欽編.電子技術基礎實驗(第二版)[M].湖北:機械工業出版社.2001


[2]閻石主編.數字電子技術基礎(第五版)[M].北京:高等教育出版社.2005


[3]張俊謨.單片機中級教程原理與應用.[M].2008.6.


[4]郭惠.吳迅編著.單片機C語言程序設計完全自學手冊.電子工業出版社.2008


[5]康華光.鄒壽彬編.電子技術基礎模擬部分(第四版)[M].北京:高等教育出版社.2005■


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