大功率直流穩壓電源的設計-資料下載頁

　　

【正文】 通運算放大器即可。3)輸出調整及保護為了輸入到單片機A/D轉換器的電壓在5V以下，故增設一只穩壓管起保護作用，防止由于運算放大器損壞時，輸出正負高電壓而導致A/D轉換器，甚至單片機系統損壞，穩壓管VDW1的穩壓值選定為5V。電位器RP1為10K，用來調整輸入A/D轉換器電壓的大小，即改變電流反饋系數。1．電壓檢測電路電壓檢測元件采用HV100轉換模塊，匝數比為10000：2000，電壓轉換系數為1，當逆變器空載時，輸入HV100的電壓為： ()取80V。電壓檢測電路如10圖所示：圖10 電壓檢測電路圖取運算放大器IC1D的輸入電阻，輸入電流為10mA。6單片機控制系統的設計單片機控制電路由以下幾部分組成：80C196KC最小系統、D/A轉換電路、數碼顯示及鍵盤輸入電路、I/O接口電路。下面簡要介紹一下這幾部分的功能：1)80C196KC最小系統：它是單片機控制系統的核心部分，通過程序的運行使它與外圍芯片交換信息，來實現所需的控制功能。2)I/O接口電路實現單片機的輸入輸出控制，并使單片機數字電路和其控制對象隔離開來，增強單片機的抗干擾能力。圖11為單片機80C196KC內部結構框圖。本系統由CPU、鎖存器、譯碼器、EEPROM組成，采用8M晶振，為與外圍的常用接口芯片配合，采用8位總線方式，為減小功耗并考慮接線的方便，外圍接口芯片均采用高速CMOS芯片。圖11 單片機80C196KC內部結構框圖雖然單片機本身具有豐富的軟、硬件資源，但也只能滿足較為簡單的實時系統的要求，對于較復雜的系統需要在其外圍配置一些接口芯片，而CPU同這些芯片交往必須知道它們的地址，即必須采取有效的方法合理分配單片機地址資源，將每個I/O設備映像于單片機地址空間。80C196KC單片機整個存儲空間中，片內、片外存儲空間一共可達64K字節，由于80C196KC程序運行首地址為2080H，應以2000H開始安排程序存儲空間，擴展的存儲空間的順序一般為EPROM—EEPROM —RAM—I/O芯片。單片機地址資源進進行分配后，運行CPU則根據分配的地址查找單片機外圍I/O設備，以進行輸入/輸出操作，即CPU對I/O空間的尋址。上述譯碼方法實質是將EEPROM存儲單元首地址浮高以滿足單片機復位后PC指針的要求。顯然不取Y0作為片選是因為程序運行首地址為2080H。當A13=1，A15=A14=0時，138輸出Y1為低電平有效，選中2864；當A14=1，A15=A13=0時，Y2有效，選中DAC0832：當A15=0，A14=A13=1時，Y3有效，選中8279。80C 196KC片內無程序存儲器，為此系統擴展了芯片2764，它能夠在斷電時保持數據不丟失，又能實時地更新內容。由于80C196KC片內有256個8位寄存器，除25個特殊功能寄存器外都可用作累加器，采用垂直窗口技術，可擴展為512個寄存器，因此無需擴充片外RAM，即可完成用于控制過程的絕大部分運算。在連續量控制場合，單片機輸出的數字量必須經D/A轉換后，才能驅動執行元件，從而實現單片機對系統的有效控制。為了實現電源恒流外特性，需要單片機輸出連續的模擬信號作為電流閉環調節中的電流給定量。而且面板上的電流表顯示也需單片機輸出的模擬信號加以控制。將單片機輸出的數字量轉換為模擬量的方法有多種，80C196KC本身提供的PWM輸出和高速輸出口(HSO)都可用作D/A轉換用，其實現D/A輸出的外部接口電路一般原理見圖18所示，從圖可知，為保持模擬量的平衡，都必須通過阻容濾波，但即使濾波后也有細小的紋波存在，而直接采用D/A轉換芯片來產生電流給定所需的模擬量，輸出精度高，響應時間也相對快一些。D/A轉換器按字長分有8位、12位、14位、16位等不同字長的D/A。其中14位、16位D/A用得較少，一是價格高，二是12位以下己基本滿足一般工業系統的要求。本焊機系統對電流調節所需的分辨率要求不是很高，因此選用8位DAC0832即可滿足要求。它內部是T型電阻網絡構成的D/A轉換器，并帶有數據鎖存器，數字量為并行輸入，轉換速度很快，輸出形式為電流源輸出，電流建立時間小于l us。7軟件設計 主程序設計圖12 主程序流程圖LED顯示及A/D轉換子程序設計要實現電源外特性控制，只要反饋電壓、電流進行離散PI算法，調節TL494的控制電壓，對逆變器進行脈寬調制，最后輸出的就是需要的電源外特性。脈沖特性的輸出其實就是在兩種恒流外特性的切換。如果想獲得恒壓或恒流特性，控制思路與控制脈沖特性的類似，只是被控量和反饋量不同而已。 圖13 LED顯示子程序流程圖 圖14 A/D轉換子程序框圖故障處理子程序故障處理子程序流程圖見圖22。故障保護原理見“保護電路設計”一節。軟件部分的作用是非屏蔽中斷出現上升沿時，單片機立即中斷，進入中斷程序，進行故障處理，顯示故障標志，并點亮故障燈。圖15 故障處理流程圖軟件抗干擾措施盡管我們采取了硬件抗干擾措施，但是由于干擾信號產生的原因很復雜，且具有很大的隨機性，仍有一些干擾會侵入系統。為了系統更穩定的工作，采取了軟件抗干擾措施。1．監視定時器(WDT)印刷電路板上竄入的噪聲或毛刺會造成軟件故障，甚至使單片機“死機”，死機時系統就會一直停止在某一狀態，無法繼續正常運行，必須重新復位才能恢復。監視定時器，俗稱“看門狗”，具有監視單片機運行的功能，一旦發現“死機”就會在很短的時間內(微秒級)發出復位信號，恢復程序正常運行。可見，使用看門狗可以使單片機擺脫因干擾而引起的癱瘓狀態，使系統能夠從瞬時故障中自動恢復，大大提高系統的抗干擾能力。看門狗可由硬件實現，也可由軟件實現。2．數字濾波這種措施是利用單片機執行一定的程序計算方法，減少噪聲在有用信號中的比例，其實質是程序濾波。結論本文是圍繞直流穩壓電源展開的，文中采用單片機進行控制實現逆變電源的外特性，并對電源輸出參數進行實時監測。 1．本文所研制的直流穩壓電源采用IGBT式全橋逆變結構，額定電壓24V，額定電流800A。經試驗表明，所設計的主電路結構合理，參數與性能穩定，能夠獲得預定的輸出容量。2．整個控制系統采用以高性能的單片機80C196KC為核心，配以集成度高的專用芯片進行控制，并在整個控制電路的各個環節采取了多種抗干擾與保護措施。3．電源控制系統中采用PWM控制技術，實現了對電源輸出特性的精確控制，本電源能輸出恒流、恒壓輸出特性，輸出特性的參數可調。4．在單片機控制系統中，從硬件和軟件兩個方面采取了多種抗干擾措施。致謝本文是在李江雪老師的悉心指導下完成的。論文中凝聚了李老師無數的心血，李老師務實的科學態度，嚴謹的治學作風，豐富的科學知識，活潑的學術思想以及正直的人格魅力給我樹立了極好的榜樣，使我受益匪淺。尤其是李老師身體力行、言傳身教、以及對學生認真負責的態度更讓我由衷地欽佩。在此，我要說一聲：李老師，您辛苦了！謝謝您，李老師！李老師自始至終給予了我很大的幫助，提供了很多參考資料、設計思想和許多非常實用的意見；在我灰心時鼓勵我奮勇向前，松懈時啟發我積極進取。李老師所作的一切，使我非常感動！在此，謹向李老師致以最崇高的敬意和誠摯的感謝!在論文寫作過程中，許多同學在課題設計中給予了幫助。在此，對他們表示感謝！最后，在這篇論文即將完成之際，向參加論文評審和答辯的老師以及對本論文的修改提出意見和建議的人表示感謝!參考文獻[1] 孫和平，單片微機原理與接口技術,.[2] 張立,、電路及應用，北京:.[3] 周志敏,周紀海,——.[4] 吳潤宇，軒蔭華，苗銀梅，. 北京:.[5] :.附錄A 電路圖圖16 穩壓電路圖圖17 驅動電路圖圖18 電源的整流、逆變及保護