基于C51雙電源供電系統設計

1引言

開(kāi)關(guān)電源是利用現代電力電子技術(shù)，控制開(kāi)關(guān)管開(kāi)通和關(guān)斷的時(shí)間比率，維持穩定輸出電壓的一種電源。隨著(zhù)電力電子技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng )新，開(kāi)關(guān)電源相繼進(jìn)入各種電子、電器設備領(lǐng)域，程控交換機、通訊、電子檢測設備電源、控制設備電源等都已廣泛地使用了開(kāi)關(guān)電源[1]，更促進(jìn)了開(kāi)關(guān)電源技術(shù)的迅速發(fā)展。本文設計雙路并聯(lián)電流可調開(kāi)關(guān)電源，可更好的滿(mǎn)足以上場(chǎng)合應用需求，為開(kāi)關(guān)電源提供了廣闊的發(fā)展空間，對開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展與應用在節約能源、節約資源及保護環(huán)境方面都具有重要的意義。

2系統總體方案設計

2.1 DC/DC變換器穩壓方法的選擇

DC/DC變換器的穩壓方法有兩種方案：

（1）利用PWM控制IGBT[2]的關(guān)斷降低輸出電壓的大小，電路較復雜；

（2）采用LM2596芯片進(jìn)行電壓轉換。

由于LM2596是3A電流輸出降壓開(kāi)關(guān)型集成穩壓芯片，只需極少的外圍器件便可構成高效穩壓電路。因此本方案選擇（2）。

2.2 5V電壓變換的實(shí)現

采用芯片MC34063，該芯片可將40V以下的電壓轉換成5V的電壓，輸出電流能達到1.5A，滿(mǎn)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(shí)可行的，但是霍爾傳感器在測量小電流時(shí)存在一定的誤差，精度不高。

（2）采樣康銅絲計算測量電阻

系統要求電流源輸出電流范圍為20mA~2000mA。當輸出電流為2000mA時(shí)，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(shí)測值之間產(chǎn)生很大誤差?？点~絲的電阻溫度系數比較小，因此系統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(shí)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(shí)要求傳感器內部線(xiàn)圈較多，而且精度不高，受基準電壓的限制無(wú)法測量高壓。

（2）采用分壓法測電壓

采用分壓法時(shí)，精度滿(mǎn)足，電路簡(jiǎn)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(zhuān)用的均流芯片UC3902。

（2）采用MOSFET進(jìn)行PWM斬流。

采用專(zhuān)門(mén)的芯片時(shí)，只能進(jìn)行均流，不能進(jìn)行后面的電流分配。采用MOSFET進(jìn)行PWM斬流，即能滿(mǎn)足均流要求，又能滿(mǎn)足后面的電流分配要求，且電路簡(jiǎn)單，成本低，功耗低。所以選擇方案（2）。

2.5 過(guò)流保護

過(guò)流保護有以下兩種方案可選擇。

（1）采用自恢復保險絲。

（2）單片機監控，繼電器控制通斷。

采用自恢復保險絲時(shí)，只能開(kāi)斷固定電流值。采用單片機控制繼電器時(shí)，開(kāi)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(lái)計算的。當改變負載變阻值總的電流達到1A時(shí)，電流的占空比為1:1，電源1和電源2的電流比符合1:1；當改變負載變阻值檢測到電流為1.5A時(shí)，電源1和電源2電流的占空比為1:2；當改變負載變阻值電流值為1.5A-3.5A時(shí)，占空比設為1:4，電源1和電源2的電流比符合1:4；當改變負載變阻值電流為4A時(shí)，占空比設為1:1，電源1和電源2的電流比符合1:1。

3 硬件電路設計

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€定的雙路+8V直流電壓，電路如圖1所示。

圖1 24V轉8V電路

3.2 24V/ 5V電路

該電路可將+24V電壓轉換成+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(guò)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(jìn)行信號的處理，如圖4所示。

圖4 單片機最小系統電路

3.5 顯示電路

該電路能進(jìn)行相關(guān)信息的顯示，對整個(gè)電路的功率消耗及運行情況進(jìn)行顯示，如圖5所示。

圖5 顯示電路

3.6 電壓檢測電路

通過(guò)分壓法進(jìn)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(guò)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(shí)現流程

通過(guò)單片機輸出PWM波形改變電流輸出[4]，是指按一定比例顯示。調節電流有兩種方式，一種是自動(dòng)調節根據一定負載兩電源輸出電流為1:1和1:1.5，另一種調節方式是通過(guò)按鍵手動(dòng)調節電流輸出比例（此調節優(yōu)先級高于自動(dòng)方式）圖8。

圖8 程序控制時(shí)序

5電路性能參數測試結果

電路性能參數測試結果列于以下各表。

表1電源輸出電壓

表2供電系統的效率

表3 電流之和為I=1.0A 且按I:I =1:1模式自動(dòng)分配電流

表4 電流之和為I=1.5A 且按I:I = 1:2模式自動(dòng)分配電流

表5 電流可在（0.5~2.0）A范圍內按指定的比例自動(dòng)分配

表6輸出電流之和為I =4.0A且按 I :I =1:1 模式自動(dòng)分配電流

6結語(yǔ)

本文設計了一個(gè)雙電源供電系統，每一路輸出穩定電壓，電流可以通過(guò)PWM和PID控制實(shí)現按相應比例平滑可調，輸出效率高于80%。實(shí)現了DC/DC變化的高效傳輸[5]，通過(guò)對電壓電流的檢測用PWM和PID閉環(huán)控制實(shí)現了電流的均流控制且效果穩定，實(shí)用性強有廣闊的應用前景。

參考文獻

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