基于C51雙電源供電系統(tǒng)設(shè)計

1引言

開關(guān)電源是利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)，控制開關(guān)管開通和關(guān)斷的時間比率，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，開關(guān)電源相繼進入各種電子、電器設(shè)備領(lǐng)域，程控交換機、通訊、電子檢測設(shè)備電源、控制設(shè)備電源等都已廣泛地使用了開關(guān)電源[1]，更促進了開關(guān)電源技術(shù)的迅速發(fā)展。本文設(shè)計雙路并聯(lián)電流可調(diào)開關(guān)電源，可更好的滿足以上場合應(yīng)用需求，為開關(guān)電源提供了廣闊的發(fā)展空間，對開關(guān)電源的發(fā)展與應(yīng)用在節(jié)約能源、節(jié)約資源及保護環(huán)境方面都具有重要的意義。

2系統(tǒng)總體方案設(shè)計

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芯片進行電壓轉(zhuǎn)換。

由于LM2596是3A電流輸出降壓開關(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電流檢測方案的選擇

電流檢測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(tǒng)要求電流源輸出電流范圍為20mA~2000mA。當(dāng)輸出電流為2000mA時，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測值之間產(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電壓檢測方案選擇

電壓檢測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，電流太小時要求傳感器內(nèi)部線圈較多，而且精度不高，受基準(zhǔn)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。所以選擇方案（2）。

2.5 過流保護

過流保護有以下兩種方案可選擇。

（1）采用自恢復(fù)保險絲。

（2）單片機監(jiān)控，繼電器控制通斷。

采用自恢復(fù)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。所以選擇方案（2）。

2.6 理論分析與計算

2.6.1 DC/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(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 電流分配計算

電流分配是按電流的占空比來計算的。當(dāng)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(dāng)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(dāng)改變負載變阻值電流值為1.5A-3.5A時，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)改變負載變阻值電流為4A時，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

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，給單片機和測量模塊供電，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3 PWM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(tǒng)電路

3.5 顯示電路

該電路能進行相關(guān)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(xiàn)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(diào)節(jié)電流有兩種方式，一種是自動調(diào)節(jié)根據(jù)一定負載兩電源輸出電流為1:1和1:1.5，另一種調(diào)節(jié)方式是通過按鍵手動調(diào)節(jié)電流輸出比例（此調(diào)節(jié)優(yōu)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(shù)測試結(jié)果

電路性能參數(shù)測試結(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(nèi)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(jié)語

本文設(shè)計了一個雙電源供電系統(tǒng)，每一路輸出穩(wěn)定電壓，電流可以通過PWM和PID控制實現(xiàn)按相應(yīng)比例平滑可調(diào)，輸出效率高于80%。實現(xiàn)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(huán)控制實現(xiàn)了電流的均流控制且效果穩(wěn)定，實用性強有廣闊的應(yīng)用前景。

參考文獻

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