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关于电压类论文范文例文,与可编程恒压恒流源设计相关论文的格式
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摘 要：电源作为实验室必不可少的重要实验设备之一,它的各类工作参数一直受到人们的关注.本设计用线性型直流源结构提供可编程供电,系统的主控核心MCU选用Microchip公司的PIC16F877,利用MCU自带CPP模块中的脉冲调制模式产生脉冲,并将其转化得到稳定模拟电压量来调整输出量；系统输出端的电压和电流通过采样检测电路得出其大小数值,由MCU内嵌的A/D转化器模块转化成数字量,利用MCU运算将结果转发至液晶屏LCD1602上显示出当前的电压值和电流值；由按键对电压电流进行设置,从而建立起人机交互通道,系统还能在输出端短接时向用户进行报警,使系统更安全.
关 键 词：线性；编程；MCU
1绪论
1.1电源
电源是电子设备组成中不可缺少的部分,它的稳定性直接关系到电子设备是否能正常安全可靠的工作以及设备的使用寿命.直流电源是电源之中比较常用一种,它分为开关型和线性型,区别在于它们的功率器件工作方式.而直流电源又有两种工作状态,一种是恒压状态,按照恒压电源的特征工作,一种是恒流状态,按照恒流电源的特征工作.在一些研发调试时,研发人员常常需要不同的电压或电流来提供系统电力进行调试.而恒压恒流电源既具有恒压控制部件,又具有恒流控制部件的直流电源,因此可以输出一定范围内的电压或电流,从而能满足系统研发人员进行更方便开发调试.
1.2系统设计方案
1.2.1可编程恒压恒流源的优点
可编程恒压恒流源[4]是应用MCU作为控制系统核心,取代大部分的恒压恒流源多用分立元件的模拟和数字电路的控制系统.单片机是最典型、最广泛、最普及的MUC之一,它拥有计算机的基本控制核心,将其嵌入到电子设备中进行智能控制,实现方式的思想简洁又方便,还有一方面就是它的性价比高.单片机有许多外围功能性模块,能使电路变的更简单,大大降低了制作成本.利用C语言为设计平台,对采集的电压电流进行算法处理,进行精确的控制.采用可编程控制输出优化了恒压恒流源电路结构,让微机控制系统与原有的结构化电路配合,对系统优化得到了极大方便.
1.2.2线性型恒压恒流电源结构设计
线性电源[1]的最大特点是稳定性好,精度高,噪声小.缺点是效率低,体积大.开关电源最大的优点是效率高,体积小.缺点是精度低,稳定差,噪声大.一般情况供电和输出大功率对电源稳定性要求不高的电源,可选用用开关电源,而大多数电子系统的电源仍然选择线性电源来供.这正是由于线性电源低噪声,低成本原因.开关电源由于功率管工作在高频开关状态,纹波效果不是很理想,具有对外干扰.对于研发和调试电路来说,电源的输出稳定,噪声小且对电路的干扰小是前提.线性电源与开关电源的比较,如表1.
表1线性电源与开关电源的比较表
所以该设计采用线性型恒压恒流电源结构,其不像开关电源会对系统造成不可抑制的高频干扰,并由微机控制系统实现可编程输出预设电压、电流值,很大程度上优化了电路,从而降低成本.符合设计对实验室研发调试电子系统供电的要求.
1.3系统总体结构
系统总体结构主要电路有八个部分组成,系统的主控核心MCU选用Microchip公司的PIC16F877[5]；辅助电源电路提供单片机和运算放大器工作电源；电源输出电路的输出电压是基准电压与基-射级电压的差值,并利用负反馈把电压取样电路得到输出电压上升或下降的输出电压的变化量与基准电压相比,把比较结果产生的差值电压加以放大,以此来控制调整管的集极与射极间的电压,从而使输出保持稳定；基准电压电路是通过单片机自带的CCP模块的脉宽调制模式产生的脉冲,将其通过低通有源滤波器转化得到平稳模拟的模拟电压量,而这个模拟的电压量作为电路的基准电压来调整系统的输出电压,这个电路代替传统的D/A转化器模块,也体现了单片机的优化电路的一个特点；电压采集电路通过分压器得到电压经运算放大器传给单片机A/D转换器,由软件上的处理换算得到输出电压值；电流采集电路是通过MCU自动选择量程并通过电压跟随器再由差分电路采集与负载串联的取样电阻两端的电压,最后传给MCU的A/D转换器,由软件上的处理换算得到输出电流值,突出了可编程的强大的数据处理能力；按键扫描电路是供用户预置电压,电流值及选择电源恒压/恒流模式；液晶显示电路可直观的向用户显示预置电压电流值和实时采集的电压电流值；保护电路当输出端短接时则通过蜂鸣器像用户提出警告.系统总框架图,如图1所示.
图1系统总框架图
2硬件电路
2.1可编程核心模块
可编程核心模块是本设计系统的主控核心,选用Microchip公司的PIC16F877作为设计的"大脑"对设计系统进行全局的控制调配.PIC16F877单片机是目前
片内外围模块最多、功能最强、功耗最低的单片机之一.它采用独特的哈佛总线结构、精减指令RISC技术,大大提高CPU工作效率.本设计系统主要是利用PIC单片机内嵌的CPP功能模块和A/D转换器模块,且外接由4MHz晶振和电容组成的振荡器提供0.25μs的时钟周期.MCLR/Vpp为人工复位输入端（低电平有效）/编程电压输入端,按键S5起复位作用.LED0是单片机电源指示灯,C8为滤波电容为单片机提供更稳定的工作电源.可编程核心控制模块电路,如图2-1.
2.2电源输出模块
2.2.1基准电压模块
基准电压[2]用运算放大器构成压控恒流源研究,模块是利用PIC16F877的CPP功能模块的脉冲调制模式产生的脉冲波经低通有源滤波器[9]得到稳定的模拟电压量,这个电压即基准电压.因为脉冲的占空比的不同最后产生的模拟电压量也是不同的,所以电压量为平均电压.基准电压是设计系统的重要组成部分,直接影响电源的输出稳定,为此基准电压输出电压稳定度要高,噪声小.这个低通有源滤波器分为RC低通滤波网络和高精度低噪声运算放大器OP27构成的电压跟随器两个部分.RC滤波器带负载能力较差,信号经三次的RC滤波后衰减较严重,加上一个电压跟随器可以增强信号稳定性,同时具有缓冲和隔离的效果.为此这个模块电路的实现代替了传统用D/A转化器来的到电压值的复杂电路,简化系统电路结构,有效降低了电源的成本.提供基准电压的电路,如图2-2.
2.2.2电源输出模块
电源输出模块是按照线性型电源中串联反馈调整型稳压电路的原理结构进行设计的,其中大功率的达林顿管TIP122作为调整管,高精度低噪声运算放大器OP27构成比较放大电路,基准电压由基准电压模块提供.电路的输出电压是基准电压与基-射级电压的差值（Uo等于Ub-Ube）,并利用负反馈通过R3和R4电压取样电路得到输出电压Vo上升或下降的输出电压变化量△Vo与基准电压相比,把比较结果产生的差值电压由OP27比较放大器加以放大,以此来控制调整管的集极与射极间的电压,从而使输出保持稳定.这一过程可以简单表示为：Vi↑→Vo↑→Vf↑→Vb↓→Vce↑→Vo↓.输出电压Vo等于基准电压*（1+R3/R4）.
调整管的参数确定,调整管的最大电流应Icm≥2～3Ioutm,调整管承受的最大电压Vcem≥2～3Voutm.达林顿管TIP122的极限参数Icm等于5A,Vcem等于100V,Pcm等于65W.因为TIP122的Pcm设计的要求的功率很相近,为此电路上采用两个达林顿管并联接法.好处ᦂ
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