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眾所周知，許多科學(xué)實(shí)驗都離不開(kāi)電，并且在這些實(shí)驗中經(jīng)常會(huì )對通電時(shí)間、電壓高低、電流大小以及動(dòng)態(tài)指標有著(zhù)特殊的要求，因此，如果實(shí)驗電源不僅具有良好的輸出質(zhì)量而且還具有多功能以及一定的智能化，那么就省去了許多不精確的人為操作，取而代之的是精確的微機控制，而我們所要做的就是在實(shí)驗開(kāi)始前對一些參數進(jìn)行預設。這將會(huì )給各個(gè)領(lǐng)域中的實(shí)驗研究帶來(lái)不同程度的便捷與高效。因此，直流電源今后的發(fā)展目標之一就是不僅要在性能上做到效率高、噪聲低、高次諧波低、既節能又不干擾環(huán)境，還要在功能上力求實(shí)現數控化、多功能化與智能化。本文所介紹的就是一個(gè)將開(kāi)關(guān)電源和線(xiàn)性電源有機地結合起來(lái)，兼具二者優(yōu)點(diǎn)的高性能直流穩壓電源。由于在該電源中引入了單片機控制，故該電源還具有一定的智能化,可實(shí)現定時(shí)開(kāi)、關(guān)機，定時(shí)變壓，顯示輸出電壓、電流，預置輸出電壓值等功能。 1 電路原理與硬件實(shí)現 該電源主要分為整流、變壓部分，調壓、穩壓部分以及控制部分。具體地說(shuō)是用開(kāi)關(guān)電路實(shí)現整流與初級變壓，用可調三端穩壓器實(shí)現調壓與穩壓，而用單片機控制整個(gè)電源的工作。電路原理圖見(jiàn)圖1。交流輸入經(jīng)整流后，送入高頻開(kāi)關(guān)電路。高頻變壓器輸出端共有6路，其中3路作為輔助電源，另3路作為主功率輸出的前級線(xiàn)圈。為提高輸出電壓精度并減少損耗，主功率輸出采用電壓分檔調節的方法，由于輸出電壓為0～30V，故考慮分3檔比較合適。其中Vc為單片機D/A變換器輸出的電壓值，Vc的變化將直接決定輸出電壓的變化。Vin由開(kāi)關(guān)電路的輸出端提供，Vin大小的調整是通過(guò)單片機控制繼電器的開(kāi)合來(lái)實(shí)現不同個(gè)數的開(kāi)關(guān)電路輸出端的電容的串聯(lián)來(lái)實(shí)現的。因為Vin是隨著(zhù)輸出給定Vc變化的,Vc小Vin也小，Vc大Vin也大，故當輸出電壓在0～30V間變化時(shí),三端可調穩壓器的輸入端與輸出端的壓差均不會(huì )很大,這樣既保證了精確調壓,又減少了線(xiàn)性電路部分的損耗。圖中A/D變換器所采集的是輸出電壓、電流的值，這些數據可用來(lái)實(shí)現過(guò)流保護與輸出顯示。因為，該電源中的開(kāi)關(guān)電路需要有多路輸出，故選用能方便實(shí)現多路輸出的反激式開(kāi)關(guān)電路，可調三端穩壓器選用最大輸出為3A/33V的LM350，而單片機選用ATMEL公司的AT89C51。A/D變換器選用ADC0809芯片，D/A變換器選用DAC0832芯片。 圖1電源主電路原理圖 2 軟件設計 該電源系統控制界面由16個(gè)按鍵和16×2字符點(diǎn)陣式液晶顯示器組成。液晶顯示屏可顯示輸出電壓、電流值，定時(shí)值等。這些控制功能都是由一個(gè)主程序加若干中斷子程序來(lái)實(shí)現。主程序流程圖如圖2所示。 圖2 程序流程圖 開(kāi)機后先初始化，將單片機的各個(gè)口復位,然后從EEPROM中讀取前次關(guān)機時(shí)存入的各項數據,并按要求輸出。接著(zhù)單片機的CPU就開(kāi)始等待鍵盤(pán)輸入所產(chǎn)生的中斷,中斷響應后就進(jìn)入相應的子程序更新輸出與顯示,接著(zhù)等待下一次中斷。 3 實(shí)驗結果 該電源實(shí)現的功能如下： ——輸入交流電壓范圍為90～240V時(shí)均可正常工作; ——輸出電壓0.0～29.9V可設定，調壓精度為0.1V。輸出電流0.0～1.5A; ——人機界面好，采用鍵盤(pán)設定，液晶顯示，能顯示輸出電壓、電流值和定時(shí)時(shí)間; ——可定時(shí)開(kāi)機、關(guān)機，可定時(shí)變壓，定時(shí)時(shí)間長(cháng)度最長(cháng)為99h59min59s; ——具有過(guò)流保護功能，過(guò)流值可設定,并具有三端可調穩壓器本身所具有的過(guò)熱保護功能。 輸出電壓精度的測試結果見(jiàn)表1，從表1可知，該電源無(wú)論是空載、輕載還是滿(mǎn)載輸出電壓的精度均比較高，輸出電壓的誤差 圖3 空載時(shí)的輸出電壓紋波 圖4 滿(mǎn)載時(shí)的輸出電壓紋波 表1 輸出電壓精度測試結果 4 結語(yǔ) 由于該電源在結合了線(xiàn)性電源與開(kāi)關(guān)電源各自?xún)?yōu)點(diǎn)的基礎上還加入了單片機控制，不僅小巧、輕便、輸出特性良好而且還操作簡(jiǎn)單，具有控制智能化等特點(diǎn)，因此，十分適用于各種科學(xué)實(shí)驗與小功率的電子設備中，相信會(huì )有很好的應用前景。 |
