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[资料] 一种数字式可调稳压电源系统的设计

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发表于 2022-3-30 11:50:41 | 显示全部楼层 |阅读模式 来自 广东省深圳市
摘要:针对自动检测等应用系统对直流稳压电源的需求,设计了一种数字式可调稳压电源系统。该数字式可调稳压电源系统选择单片机(AT89S51)作为核心控制部件,外围模块电路包括MCP4921构成的AD转换模块、基于集成运放LM324设计的电压电流放大模块与采样电压降压模块、液晶显示模块及基于78系列、79系列集成稳压芯片设计的电源供电模块。系统软件设计采用C语言进行了模块化程序结构设计。测试结果表明:该系统输出可调直流电压范围为0V-12V、输出直流电流为500mA、电压误差小于0.1V,且可以通过键盘电路进行目标电压的设置。具有设计简单、输出电压稳定、性能可靠等特点。

随着电子科学技术的快速发展,电源技术在舰船工业、汽车工业、自动检测、智能制造等领域的应用越来越广泛。特别是数字电子技术产品在工作、工业生产和生活的广泛普及和应用,报警器、比较器等各种各样的电子产品的不断更新和涌现,为各类电子产品提供直流电压的电源系统在电子整机产品中的重要性变得不可缺少,且直流稳压电源自身的性能参数的精度与稳定性将直接影响电子整机产品的功能实现。特别是对直流稳压电源性能参数要求比较高的应用场合,对直流稳压电源的电压调整率、纹波系数等性能参数提出了更加严格的要求[1-16]。因此,开展数字式可调稳压电源系统的设计研究具有重要的意义。本文利用单片机AT89S51作为核心控制部件,设计了一种数字式可调稳压电源系统,输出可调电压范围为0V-12V、输出电流为500mA、电压误差小于0.1V,可应用于直流电源提供领域,具有设计简单、输出电压稳定、性能可靠等特点。

1、数字式可调稳压电源系统总体设计
数字式可调稳压电源系统硬件部分包括AT89S51与键盘和显示器的连接、D/A 转换、 电压和电流放大、将采样电压降压、 A/D 转换电路、电源电路等6个功能模块(如图1所示)。选用单片机小系统AT89S51单片机作为数字式可调稳压电源系统的核心控制单元。数字式可调稳压电源系统输出直流电压的改变通过改变D/A转换芯片(DAC0832)输入的数字量来调节输出的直流电压值,进一步调整输出功率管的基极电压,最终实现输出电压的控制和调整。数字式可调稳压电源系统的输出电压检测功能的实现是将输出直流电压经过A/D转换芯片(ADC0832)进行模拟电压信号和数字电压信号的转换,再通过单片机(AT89S51)实时进行输出直流电压的采样,然后数字式可调稳压电源系统通过单片机(AT89S51)进行输出直流电压的数据处理与显示功能。数字式可调稳压电源系统运行时,首先通过键盘模块输入所需要的目标电压值(G),然后通过A/D (ADC0832)进行转换,将采集到的当下输出的电压值(N)与目标电压值(G)进行比较,求解出二者之建的电压差值(△=G-N)。再使用逐次逼近的方法,把当前的电压值(N)加上△/2。然后将N+△/2 作为D/A 的转换值,并通过电压、电流放大,最终通过数字式可调稳压电源系统的输出端输出电压。循环上述步骤至△<0.1,从而获得到数字式可调稳压电源系统的最终目标值。
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2、数字式可调稳压电源系统硬件电路设计
2.1 数字式可调稳压电源系统的AT89S51小系统电路、键盘电路、显示器电路的电路图
数字式可调稳压电源系统的单片机AT89S51与显示器的电路图如图2所示。其中,数字式可调稳压电源系统时钟电路通过单片机(AT89S51)的X1和X2口外接电容和晶振实现,由电容C6(33pF)、C7(33pF)、晶振(11.0592MHz)组成,主要功能是数字式可调稳压电源系统提供唯一且同步时钟信号,进而实现工作方式的同步。单片机(AT89S51)的P1端口和A/D、D/A连接。键盘S1、S2 的主要功能是设定目标电压值的大小,按键S1的功能向上加数,按键S2的功能是向下减数。单片机(AT89S51)的P0端口与液晶显示器(LCD1602)连接,实现输出电压的显示等功能。
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2.2 数字式可调稳压电源系统的D/A转换电路
数字式可调稳压电源系统的D/A转换电路如图3所示。D/A转换选取的芯片是12位的D/A转换芯片MCP4921。D/A转换芯片(MCP4921)与单片机(AT89S51)的连接方式如下:D/A芯片(MCP4921)的1脚接电源(VCC),D/A芯片(MCP4921)的2、3、4、5、8脚分别接单片机(AT89S51)的P1口的P14、P15、P16和P17。实现数字式可调稳压电源系统中对数字信号(D)与模拟信号(A)相互转换的功能需求。
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2.3 数字式可调稳压电源系统的电压和电流放大
数字式可调稳压电源系统的电压和电流放大电路图如图4所示,其主要作用是实现电压和电流信号的放大。电压放大通过由集成运算放大器(LM324)构成的同相输入放大电路,其放大倍数为1+(R11+W1)/R10。电流放大电路通过2个NPN型三极管Q1和Q2(8050)构成的直接耦合的2级放大电路实现。
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2.4 数字式可调稳压电源系统的采样电压降压电路
数字式可调稳压电源系统的采样电压降压电路如图5所示,其主要功能是实现实时进行输出直流电压的采样,并将采样的结果输入DAC-V2,最终实现输出电压的采样与调整。采样电压降压电路通过R2(10K)和R4(10K)构成电阻串联分压电路、集成运算放大器(LM324)构成的同相电压跟随器实现。
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2.5 数字式可调稳压电源系统的A/D 转换电路
数字式可调稳压电源系统的A/D 转换电路如图6所示,其主要功能是实现数字式可调稳压电源系统的模拟(A)信号和数字(D)信号的转换需求,A/D转换选取的集成芯片是8位的TLC0832CN。A/D转换芯片(TLC0832CN)与数字式可调稳压电源系统的电路连接方式如下:A/D转换芯片(TLC0832CN)的8脚接电源(VCC),3脚、4脚接地(GND),2脚是模拟信号的输入端。A/D转换芯片(TLC0832CN)的1脚、5脚、6脚和7脚分别接单片机(AT89S51)P1口的P10、P11、P12和P13。
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