本站原创【摘 要】数控恒压源由模拟电源电路、单片机控制电路、脉宽调制电路、功率驱动放大电路、模数转换电路、输入电压设置电路、输出电压显示电路组成.该电源采用数字调节,输出精度高且兼备短路和过流保护及报警功能,特别适用于各种有较高精度要求的场合.
【关 键 词】数控电源；C8051F410；TL494；恒压
恒压源的作用就是使电源输出恒定的电压,是电子技术常用的设备之一,广泛的应用于教学、科研等领域.传统的直流稳压电源功能简单、较难控制、效率低、精度低、体积大,普通直流稳压电源品种很多,但均存在以下问题：输出电压是通过粗调（波段开关）及细调（电位器）来调节.当输出电压需要精确输出或需要在一个小范围内改变时（1.02～1.03V）困难就较大.另外,随着使用时间的增加,波段开关及电位器难免接触不良,对输出会有影响,常常通过硬件对过载进行限流或截流型保护,电路构成复杂,稳压精度也不高.本文设计了一种以单片机为核心的脉宽可调节的高精度数控恒压电源,克服了传统直流电压源的缺点,具有很高的应用价值.
1产生恒流源的原理
在本次设计中,主要是通过单片机C8051F410对输出电流进行实时采样,将采样值与设定值比较,利用比较后的结果来调整单片机的DA输出,TL494利用单片机DA输出的电压调整PWM的占空比,通过反馈控制,达到恒定电流输出的目的.
TL494是一个固定频率的脉冲宽度调制电路,内置了线性锯齿波振荡器,振荡频率可通过外部的一个电阻和一个电容进行调节,其振荡频率如下：
f等于（1）
驱动脉冲发生器、脉宽调制器以及各种保护电路全部由TL494完成.TL494内部有两个比较器,两组误差放大器和5V基准电压源等组成,TL494广泛应用于1000W以下的大功率开关电源中.
电路中利用第15脚和第16脚构成保护电路（保护信号必须得是正的电压）,当输出电流超过系统所能承受的最大电流是,TL494就会关闭开关管的功率输出,限制电流输入大小,达到保护的目的.
2电路实现
在电路的设计中,单片机C8051F410来实现对总体电路的控制以及数/模之间的转换,为了使电路更加稳定,加入了两个滤波器.所谓的滤波器就是由电容器、电感器和二极管等电子原件所组成.滤波器的作用就是把电源提供的一部分能量给负载使用,同时把另一部分能量储存起来,当短时间供电不足或供电中断时,电容器和电感器就把储存的电能释放出来,供给负载继续用电,从而保证电源能不间断的向负载提供电流.电路图的主要部分如图1所示.
第1脚电压与第2脚电压进行比较,当输出电流升高时,第1脚取样电压也成比例升高,而第2脚电压不变,则误差放大器AMP1输出也要升高,通过TL494内部比较器控制,使第8脚输出脉宽占空比变大,使得功率开关管导通时间变短,从而使输出电流下降,这种反馈调节,抑制了输出电流的升高,达到稳定电流的目的；如果输出电流降低,则调节过程与上述相反,最终也将实现电流的稳定输出.
3系统软件设计
图2程序流程图
系统的软件设计主要包括液晶的驱动程序、实现恒流源大小的输出控制的程序、报警电流大小的设置、报警电压大小的设置、单片机所使用的时钟频率、各个端口初始化以及数/模间匹配算法的实现等.
3.1输出电流的调节
电流的调节过程首先设定好输出电流值I后,输出电流从0mA增大,在电流调整过程中,单片机不断对调整后的电流进行测量,得到采样电流值I,当I
同时,为了检测系统是否正在进行输出电流的调节,在设备中加上了一个LED,当系统调节时,LED灯将会闪烁一次,这样可以对程序的调整过程有以个更好的监视,如果系统在不停的调节,LED将不停的闪烁,直至调试完成.
3.2输出模拟量的转换
系统采集的AD码值如何转换为模拟量的电压值和电流值,也就是数/模间的匹配,通过对牛顿插值法、拉格朗日插值法和线性插值法进行综合比较,由于前两者运用起来比较复杂而且计算耗时较长,虽然线性插值法的截断误差不如前两者,但误差也在本设计允许的范围内,所以最终选择了计算速度快的线性插值法.
线性插值的方法对数据处理是通过对已存入的模拟信号量和测量结果的数字信号量序列（x,y）,（x,y）,（x,y）,等,（x,y）,相互匹配来计算所需要求的数据.在本设计中即是已存入的数/模间的对应的值,其中电压值对应的电压AD值见表1,电流值对应的电流AD值见表2.
表1电压值对应的电压AD值
对于任意采集到的电流AD值x,通过查表2中x在已经测量结果序列中的位置是x≤x≤x（0≤i≤n-2）,同过插值计算,可以得出该AD码所对应的电流y,公式计算如下：
y等于y+（x-x）（2）
例如,若电流的数字值是x等于136,那么选择的插值数据点为（x,y）和（x,y）则通过插值法计算所对应的电流y为：
y等于y+（x-x）等于28.1+（136-103）等于37.1（mA）
电压值的计算亦是如此.
表2电流值对应的电流AD值
4结论
设备以C8051F410为系统的主控制芯片,TL494为脉冲宽度调制器,利用软件编程,硬件运行与显示,通过液晶12232F实现了电流、电压变化的显示,该系统体积小、重量轻,纹波小,可以输入的直流电压范围很宽,实现了题目的要求.
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