数控恒压电源.doc

“第六届”电子设计竞赛 设 计 报 告 电气信息学院 数控恒压电源 摘 要： 为满足电源小型化、智能化的要求，设计了以Atmenga16单片机为核心智能数控恒压直流电源。采用软件仿真和硬件电路调试相结合的方法，对模拟电路部分的主要功能进行了详细说明，该电源分为电源供电模块、稳压调节模块、DC/DC转换模块、显示模块、单片机PWM控制模块，重点介绍PWM控制部分和稳压调节模块。电源稳压芯片采用LT1084,其输出电压可以0V到37V可调，最大输出电流为5A；LT1084是凌利尔特公司生产的大功率线性三端稳压集成电路。该电源实现输出电压可调是通过单片机产生PWM在经过二阶滤波输入到稳压调节端，从而实现对输出电压的调节。该电路具有数字控制，集成度高、人机界面友好、自动过流过压保护等优点。 1 方案论证与比较 1.1核心控制芯片的选择 方案一：选择价格(5元/片)较低、由宏晶公司生产的STC89C52,。由于本次系统设计将着重涉及到AD采样和高精度的PWM输出，但该单片机内部不自带AD和PWM输出，适不是最佳核心控制芯片。 方案二：选择价格(12元/片)较贵、由ATMEL公司生产的的Atmega16，该芯片自带4路PWM波输出，其中2路快速PWM十分适合于DAC应用。8路10位高精度ADC转换通道，已经能满足系统需要。 经过对方案一、二的对比，最终决定选择方案二。因为选择方案势必还要另外添置AD芯片，增加硬件和经费负担。即使选择STC增强型STC12系列，其8位的普通PWM也不能满足该设计需要。 1.2 核心电源芯片选择 方案一：选择由TI公司生产的LM317，该电源芯片能够提供最大电流为1.5A、输出电压最高为37V。 方案二：选择LINER公司的LT1084，该三端电源芯片能够提供最大电流为5A、输出电压最高为37V。 经过对方案一、二的对比，最终决定选择方案二。 1.3 变压器的选择 方案一：U型变压器。但作为大功率变压器使用时，有两个问题，一是需要到卖家提前预定，由买家专门绕着，势必增加成本；二是大功率将是该内变压器体积最大。 方案二：环形变压器。该变压器易于购买，且100W的容量价钱便宜。 经过对方案一、二的对比，最终决定选择方案二。 2 理论分析与计算 2.1运放正30V电压设计及计算 30V电压采用DC-DC芯片MC34063，将12V交流整流后的直接加到芯片输入级，根据公司Vout=1.25(1+R1/R2),即R1/R2=23，为排除电阻精度问题，采用4.7K的电阻和105的电位器作为调节电阻。试验结果效果很好。 2.2PWM与输出电压关系调节算法 采用精度较高的数字PID调节算法—增量式PID，所谓增量式 PID是指数字控制器的输出只是控制量的增量 k u ? 。当执行机构需要的控制量是增量，而不是位置量的绝对数值时，可以使用增量式 PID控制算法进行控制。PID算法共分为比例、积分和微分环节，其中比例环节可以加快调节速度，积分环节能消除稳态误差，微分环节能改善系统的动态性能。三个环节参数设置恰当能很好达到预设值。 3 系统设计 3.1系统电源 系统由LM7805和LM7905提供±5V电源，由DC-DC转换芯片MC34063提供+30电压。 3.2系统受控电路 该模块以LT1084为受控核心，TL084为双运放，分别构成放大器，对PWM输出滤波后的等效电压放大和对电流采样电阻采样电压放大。 3.2系统控制电路 该模块是Atmega16最小系统，其中包含SIP下载接口和LCD12864显示接口，以及各个IO口的外接口 4 软件设计 4.1 整个系统软件设计采用了模块化的程序设计思想，将每个具体的功能分别集成在独立的子程序模块内，这样可以使程序结构清晰，功能调用简单方便。编程语言选择结构清晰、可读性强、移植性高的C语言。利用单片机本身的ISP下载接口和GCC编译环境，提高了软件开发效率。整个系统软件包括键盘扫描模块、液晶显示模块、脉宽调制控制模块、A/D转换模块、稳压调节模块和过压过流保护模块等。 4.2 下面我们将PWM控制模块和稳压调节模块流程图进行例举，PWM通过改变OCR1B的值从而改变输出的占空比，实现对输出电压的调节。稳压调节实现设定值和计算值相比较从而使得输出电压等于设定电压。 5 系统测试 5.1、测试仪器 序号 类型 型号 　 序号 类型 型号 1 多功能万用表 DT-9205N 4 示波器 DS1602C 2 可调式直流稳压稳流电源 CX-SYS 5 大功率滑动变阻器 BX7-14 3 信号发生器 33220A 　 　 　 　 5.2、测试方法 对该电源的初步数据测量分电压测量和电流测量。当工作为恒压源时首先对输出电压进行测量，由于输出电压受单片