直流稳压电源范文

时间:2023-10-03 08:51:23

直流稳压电源

直流稳压电源篇1

论文关键词: 直流稳压电源 单片机 数字控制

论文摘要:本系统以直流电压源为核心,at89s52单片机为主控制器,通过键盘来设置直流电源的输出电压,设置步进等级可达0.1v,输出电压范围为0—9.9v,最大电流为330ma,并可由液晶屏显示实际输出电压值。系统有过流保护电路,当输出电流过大时功率管自动截至,而且有红色指示灯发出警报。本系统由单片机程控输出数字信号,经过d/a转换器(ad0832)输出模拟量,再经过运算放大器隔离放大,控制输出功率管的基极,随着功率管基极电压的变化而输出不同的电压。实际测试结果表明,本系统实际应用于需要高稳定度小功率恒压源的领域。

keywords: regulated power supply of direct current; single2ch ip m icrocomputer, digital control

abstract:this system to dc voltage source as the core, mainly at89s52 scm, through the keyboard controller to install dc power supply output voltage, setting stepping class can reach.01v output voltage, the range of 0-9.9 v, the maximum current 330ma for, and can show the actual pipe by digital output voltage values. this system consists of microcontroller program output digital signal, through d/a converter (ad0832) output analog amplifier, through isolating amplifier output power, control of base, with the power to change the passive tube voltage output of different voltage. test results show that this system application in need of high stability of small power constant-voltage source fields.

1 引言

几乎所有的电子设备都需要稳定的直流电源,因此直流稳压电源的应用非常的广泛。 直流稳压电源的电路形式有很多种,有串联型、开关型、集成电路、稳压管直流稳压电源等等。在电子设备中,直流稳压电源的故障率是最高的(长期工作在大电流和大电压下,电子元器件很容易损坏)但在直流稳压电源中,通过整流、滤波电路所获得的直流电源的电压往往是不稳定的。输出电压在电网电压波动或负载电流变化时也会随之有所改变。电子设备电源电压的不稳定,将会引起很多问题。设计出质量优良的直流稳压电源,才能满足各种电子线路的要求。因此,直流稳压电源的研究就颇为重要。目前产生直流稳压电源的方法大致分为两种:一种是模拟方法,另一种是数字方法。前者的电路均采用模拟电路控制,而后者则是通过数字电路进行自动控制。直流稳压电源朝着数字化方向发展。因此对于数控恒压源的研究是必要的。随着科学技术飞速发展,对电源可靠性、输出精度和稳定性要求越来越高,利用d/ a 转换器的高分辨率和单片机的自动检测技术设计程控电源就显示出其优越性。程控电源既能方便输入和选择预设电压值又具有较高精度和稳定性,而且可以任意设定输出电压或电流,所有功能由面板上的键盘控制单片机实现,给电路实验带来极大的方便,提高了工作效率。

2 系统方案论证与比较

方案一:采用各类数字电路来组成键盘控制系统,进行信号处理,如选用cpld等可编程逻辑器件。本方案电路复杂,灵活性不高,效率低,不利于系统的扩展,对信号处理比较困难。

方案二:采用at89s52单片机作为整机的控制单元,通过改变dac0832的输入数字量来改变输出电压值,从而使输出功率管的基极电压发生变化,间接地改变输出电压的大小。为了能够使系统具备检测实际输出电压值的大小,可以将输出电压经过adc0832进行模数转换,间接用单片机实时对电压进行采样,然后进行数据处理及显示。此系统比较灵活,采用软件方法来解决数据的预置以及电压的步进控制,使系统硬件更加简洁,各类功能易于实现,能很好地满足题目的要求。

比较以上两种方案的优缺点,方案二简洁、灵活、可扩展性好,能达到题目的设计要求,因此采用方案二来实现。

3 总体方案框图

系统总体方案框图如图1所示:

图1 系统原理框图

4 系统部分功能设计

4.1 稳压输出部分

4.1.1 稳压输出原理与电路

这部分将数控部分送来的电压控制字转换成稳定电压输出。d/a转换部分的输出电压作为稳压输出电路的参考电压。稳压输出电路的输出与参考电压成比例。稳压输出电路采用的是串联式反馈稳压电路(如图2),在电路中,q1—tip122为调整管,u6a—lm358 为比较放大器,r19、r22组成反馈网络。d/a转换电路的输出电压daout接到 u6a 的同向端,稳压电源的输出经r19、r22组成的取样电路分压后送到运放u6a的反向端,经运放比较放大后,驱动调整管q1。路平衡时,d/a电路的输出电压 与取样后的电压 相等。

稳压输出部分的过流保护电路由r21和q2组成。设 为保护动作电流,则当电源输出电流i增加到 时,r21上的压降 *r21使得q2管导通,分掉了q1上的基极电流,使输出i不再增加,起到了过流保护作用。

图2 稳压输出部分

4.1.2 稳压输出部分仿真图

图3 稳压电路仿真图

一般的直流稳压电源是用可变电阻来实现输出电压的调节,那么要在直流稳压电源的基础上实现数字控制的话,实际上很简单,我们只要将可变电阻换成数字控制部分来代替,就能实现数控恒压源这一课题。所以,首先要做的,就是选择合适的稳压输出电路并对其可行性进行了仿真。如图9,很容易就验证了此稳压输出电路的可靠。

4.2数字控制部分

4.2.1 单片机部分

图4 单片机控制部分

控制部分是系统整机协调工作和智能化管理的核心部分,采用at89s52单片机实现控制功能是其关键,采用单片机不但方便监控,并且大大减少硬件设计。

4.2.2 d/a转换部分

系统设置d/a转换接口,采用8位模数转换器dac0832。其电路如图5.

图5 d/a转换部分

d/a转换部分的输出电压作为稳压输出电路的参考电压。稳压输出电路的输出与参考电压成比例。8位字长的d/a转换器具有256种状态。当电压控制字从0,1,2,……到256时,电源输出电压为0.0,0.06,……15.0。

其时序图如图6:

图6 dac0832数模转换时序图

clk为时钟端,data为输入数据,load为输入控制信号。

每路电压输出值的计算:

ref为参考电压,data为输入8位的比特数据;

我们这里用的ref=5v;

4.2.3 a/d转换部分

a/d转换部分我们采用美国国家半导体公司生产的一种8 位分辨率、双通道a/d转换芯片adc0832。其电路图如图7所示:

图7 a/d转换部分

adc0832 是美国国家半导体公司生产的一种8 位分辨率、双通道a/d转换芯片。由于它体积小,兼容性,性价比高而深受单片机爱好者及企业欢迎,其目前已经有很高的普及率。学习并使用adc0832 可是使我们了解a/d转换器的原理,有助于我们单片机技术水平的提高。

4.2.3.1 adc0832 具有以下特点:

· 8位分辨率;

· 双通道a/d转换;

· 输入输出电平与ttl/cmos相兼容;

· 5v电源供电时输入电压在0~5v之间;

· 工作频率为250khz,转换时间为32μs;

· 一般功耗仅为15mw;

· 8p、14p—dip(双列直插)、picc 多种封装;

· 商用级芯片温宽为0°c to +70°c,工业级芯片温宽为−40°c to +85°c;

4.2.3.2 芯片接口说明:

· cs_ 片选使能,低电平芯片使能。

· ch0 模拟输入通道0,或作为in+/-使用。

· ch1 模拟输入通道1,或作为in+/-使用。

· gnd 芯片参考0 电位(地)。

· di 数据信号输入,选择通道控制。

· do 数据信号输出,转换数据输出。

· clk 芯片时钟输入。

· vcc/ref 电源输入及参考电压输入(复用)。

adc0832 为8位分辨率a/d转换芯片,其最高分辨可达256级,可以适应一般的模拟量转换要求。其内部电源输入与参考电压的复用,使得芯片的模拟电压输入在0~5v之间。芯片转换时间仅为32μs,据有双数据输出可作为数据校验,以减少数据误差,转换速度快且稳定性能强。独立的芯片使能输入,使多器件挂接和处理器控制变的更加方便。通过di 数据输入端,可以轻易的实现通道功能的选择。

4.2.3.3 单片机对adc0832 的控制原理:

正常情况下adc0832 与单片机的接口应为4条数据线,分别是cs、clk、do、di。但由于do端与di端在通信时并未同时有效并与单片机的接口是双向的,所以电路设计时可以将do和di 并联在一根数据线上使用。当adc0832未工作时其cs输入端应为高电平,此时芯片禁用,clk 和do/di 的电平可任意。当要进行a/d转换时,须先将cs使能端置于低电平并且保持低电平直到转换完全结束。此时芯片开始转换工作,同时由处理器向芯片时钟输入端clk 输入时钟脉冲,do/di端则使用di端输入通道功能选择的数据信号。在第1 个时钟脉冲的下沉之前di端必须是高电平,表示启始信号。在第2、3个脉冲下沉之前di端应输入2 位数据用于选择通道功能。其时序图如图8.

图8 adc0832时序表

如图所示,当此2 位数据为“1”、“0”时,只对ch0 进行单通道转换。当2位数据为“1”、“1”时,只对ch1进行单通道转换。当2 位数据为“0”、“0”时,将ch0作为正输入端in+,ch1作为负输入端in-进行输入。当2 位数据为“0”、“1”时,将ch0作为负输入端in-,ch1 作为正输入端in+进行输入。到第3 个脉冲的下沉之后di端的输入电平就失去输入作用,此后do/di端则开始利用数据输出do进行转换数据的读取。从第4个脉冲下沉开始由do端输出转换数据最高位data7,随后每一个脉冲下沉do端输出下一位数据。直到第11个脉冲时发出最低位数据data0,一个字节的数据输出完成。也正是从此位开始输出下一个相反字节的数据,即从第11个字节的下沉输出datd0。随后输出8位数据,到第19个脉冲时数据输出完成,也标志着一次a/d转换的结束。最后将cs置高电平禁用芯片,直接将转换后的数据进行处理就可以了。

4.2.4 键盘部分

由于要实现人机对话,要显示0—9.9v的电压值,我们自制3*4按键的键盘来完成整个系统控制。电路原理如图9所示。

图9 键盘与显示电路图

按键的具体意义如下:

1

2

3

4

5

6

7

8

9

*

enter

4.2.5显示部分

本方案采用ym12864型lcd,可直接显示4*8个汉字,界面友好,支持串并行两种连接方式,其电路连接如图10所示:

图10 lcd12864与单片机连接图

ym12864是一种具有4位/8位并行、2线或3线串行多种接口方式,内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块;其显示分辨率为128×64, 内置8192个16*16点汉字,和128个16*8点ascii字符集.利用该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令,可构成全中文人机交互图形界面。可以显示8×4行16×16点阵的汉字。 也可完成图形显示。

4.2.5.1 串行接口

*注释1:如在实际应用中仅使用串口通讯模式,可将psb接固定低电平,也可以将模块上的j8和“gnd”用焊锡短接。

*注释2:模块内部接有上电复位电路,因此在不需要经常复位的场合可将该端悬空。

*注释3:如背光和模块共用一个电源,可以将模块上的ja、jk用焊锡短接。

4.2.5.2 并行接口

管脚号

管脚名称

电平

管脚功能描述

1

vss

0v

电源地

2

vcc

3.0+5v

电源正

3

v0

-

对比度(亮度)调整

4

rs(cs)

h/l

rs=“h”,表示db7——db0为显示数据

rs=“l”,表示db7——db0为显示指令数据

5

r/w(sid)

h/l

r/w=“h”,e=“h”,数据被读到db7——db0

r/w=“l”,e=“hl”, db7——db0的数据被写到ir或dr

6

e(sclk)

h/l

使能信号

7

db0

h/l

三态数据线

8

db1

h/l

三态数据线

9

db2

h/l

三态数据线

10

db3

h/l

三态数据线

11

db4

h/l

三态数据线

12

db5

h/l

三态数据线

13

db6

h/l

三态数据线

14

db7

h/l

三态数据线

15

psb

h/l

h:8位或4位并口方式,l:串口方式(见注释1)

16

nc

-

空脚

17

/reset

h/l

复位端,低电平有效(见注释2)

18

vout

-

lcd驱动电压输出端

19

a

vdd

背光源正端(+5v)(见注释3)

20

k

vss

背光源负端(见注释3)

*注释1:如在实际应用中仅使用并口通讯模式,可将psb接固定高电平,也可以将模块上的j8和“vcc”用焊锡短接。

*注释2:模块内部接有上电复位电路,因此在不需要经常复位的场合可将该端悬空。

*注释3:如背光和模块共用一个电源,可以将模块上的ja、jk用焊锡短接。

5 总电路软件实现流程图

图10 总流程图

程序见后面附录。

6 电源测试结果

6.1电压测试

预置电压(v)

显示电压(v)

测量电压(v)

1

1.05

1.05

1.2

1.10

1.17

1.4

1.35

1.38

1.6

1.55

1.61

1.8

1.75

1.78

2

1.95

2.00

2.6

2.55

2.60

3

3.00

3.03

3.7

3.70

3.68

5

5.00

5.01

7

7.00

6.97

8

8.10

8.06

9

8.75

8.75

9.7

9.65

9.63

6.2 性能测试

性能指标

测量条件

测量结果

测量仪表

全程输出电压

0-9.9v

dm-311型数字万用表

负载电流

=5v, =25

206ma

过流保护

330ma

用单片机控制电源时,输出直流0-9.9v,液晶屏显示清晰正确,误差较小,完美的实现了数控恒压源这一课题。

但在功能上还不够强大,没有显示预置电压等等,还可以进一步得到提高。

参考文献

[1]康华光 电子技术基础 高等教育出版社

[2]串联型直流稳压电源的仿真分析 广西师范学院学报 第21卷第2期

[3]用单片机制作的直流稳压可调电源 电子世界 2005年第11期

[4]刘华毅,李霞,徐景德 电力电子技术 第35卷第六期2001年12月

[5]陈小忠、黄宁、赵小侠 单片机接口技术实用子程序 人民邮电出版社

附录

附录1:系统总体电路图

附录2:系统总程序

;***************************************************

; 项目名称:数控恒压源

; 设计者:谢明亮,马学强,苏向阳

;本程序是设计的一个数控恒压源,先用一个3*4的键盘输入

;所用的电压,再通过dac0832输出电压。再采用一个adc08

;32将电压读回单片机,单片机再采用一片lcd串口显示出来。

;***************************************************

;以下接口定义根据硬件连线更改

adcs bit p2.5 ;使能接口

adclk bit p2.4 ;时钟接口

addo bit p2.3 ;数据输出接口(复用)

addi bit p2.3 ;数据输入接口

cs bit p3.0 ;h=data,l=com

sid bit p3.1 ;h=read,l=write

sclk bit p3.6 ;

keybuf equ 30h

com equ 41h ;控制字暂存单元

dat equ 42h ;显示数据暂存单元

coder equ 43h ;字符代码暂存单元

addr equ 44h ;地址暂存单元

org 0

ljmp start

org 3

ljmp keyscan

org 30h

start:mov sp,#90h

lcall del_40ms

lcall ini

mov 70h,#00h

mov 71h,#00h

mov 34h,#02 ;装入通道功能选择数据值

setb it0

setb ex0

mov p1,#0fh ;将p1口低4位设为输入,高4位清零

setb ea

mov keybuf,#00h ;起初输出0v电压

mov r2,#01h ;置送数时送数空间不同的标志位。

clr a

mov 24h,a ;清零24h,25h,31h,32h,33h。

mov 25h,a

mov 31h,a

mov 32h,#05h

mov 33h,#00h

mov addr,#80h

mov dptr,#wel_1

mov 40h,#16

lcall w_line

mov addr,#90h

mov dptr,#wel_2

mov 40h,#9

lcall w_line

mov addr,#95h

mov dptr,#wel_3

lcall w_line1

mov addr,#88h

mov dptr,#wel_4

mov 40h,#16

lcall w_line

mov addr,#98h

mov dptr,#wel_5

mov 40h,#16

lcall w_line

lcall del_1500ms

loop: lcall light ;调显读数与示子程序

sjmp loop

;****************************************************

;键盘扫描程序

;键码存在keybuf单元,格式为数字0-9和.号,还有enter键

;****************************************************

keyscan:push psw

push acc

push dph

push dpl

clr rs1

setb rs0 ;选择1区工作寄存器

lcall delay

mov a,p1

cpl a

anl a,#0fh

jz finish

mov dptr,#tab1

mov p1,#0efh ;扫描第一行

lcall delay

mov p1,#0efh

mov a,p1

cpl a

anl a,#0fh

jz k1 ;第一行没键按下,则扫描第二行

sjmp kend

k1: mov p1,#0dfh ;扫描第二行

lcall delay

mov p1,#0dfh

mov a,p1

cpl a

anl a,#0fh

jz k2 ;第二行没键按下,则扫描第三行

add a,#5

sjmp kend

k2: mov p1,#0bfh ;扫描第三行

lcall delay

mov p1,#0bfh

mov a,p1

cpl a

anl a,#0fh

jz k3 ;第三行没键按下,则扫描第四行

add a,#10

sjmp kend

k3: mov p1,#7fh ;扫描第四行

lcall delay

mov p1,#7fh

mov a,p1

cpl a

anl a,#0fh

jz finish ;第四行没键按下,则返回

add a,#15

kend:movc a,@a+dptr

mov keybuf,a;

mov 33h,#01h ;置有中断标志

sjmp finish

finish:mov p1,#0fh ;为下一次扫描作准备

pop dpl

pop dph

pop acc

pop psw

reti

tab1:db 00h,01h,02h,00h,03h;,00h,00h,00h,33h

db 00h,04h,05h,00h,06h;,00h,00h,00h,00h

db 00h,07h,08h,00h,09h;,00h,00h,00h,0ah

db 00h,0ah,00h,00h,0bh;,00h,00h,00h,46h

;**************************

;lcd的初始化子程序

;************************** ini:

mov com,#30h ;功能设定,基本指令

lcall wcom

mov com,#30h ;基本指令,8-bit模式,基本指令

lcall wcom

mov com,#0ch ;显示开,游标关,反白关

lcall wcom

mov com,#01h ;清除显示

lcall wcom

mov com,#06h ;进入设定点,游标7右移,画面不移动

lcall wcom

ret

w_line:

mov com,addr

lcall wcom

mov r4,40h ;连续写入n/2个中文或者n个西文字符

w_l1:

mov a,#00h

movc a,@a+dptr

mov coder,a

lcall wcode

inc dptr

djnz r4,w_l1

ret

w_line1:

mov com,addr

lcall wcom

w_l11:

mov a,70h

anl a,#0fh

movc a,@a+dptr

mov coder,a

lcall wcode

mov a,#0bh

movc a,@a+dptr

mov coder,a

lcall wcode

mov a,71h

swap a

anl a,#0fh

movc a,@a+dptr

mov coder,a

lcall wcode

mov a,71h

anl a,#0fh

movc a,@a+dptr

mov coder,a

lcall wcode

mov a,#0ah

movc a,@a+dptr

mov coder,a

lcall wcode

;djnz r4,w_l1

ret

wcom:

lcall stwc

mov a,com

lcall w4_d ;送入高四位指令

lcall w4_0 ;连续送入四个0

lcall w4_d ;送入高四位指令

lcall w4_0 ;连续送入四个0

clr cs

lcall del_2ms

ret

wcode:

lcall stwd

mov a,coder

lcall w4_d

lcall w4_0

lcall w4_d

lcall w4_0

clr cs

lcall del_2ms

ret

stwc:

setb cs

setb sid

mov r3,#5 ;连续送入5个"1",起始

stwc1: setb sclk

clr sclk

djnz r3,stwc1

clr sid

mov r3,#3

stwc2:

setb sclk ;rw=0,rs=0,第八位"0"

clr sclk

djnz r3,stwc2

ret

stwd:

setb cs

setb sid

mov r3,#5 ;连续送入5个"1",起始

stwd1:

setb sclk

clr sclk

djnz r3,stwd1

clr sid ;rw=0

setb sclk

clr sclk

setb sid ;rs=1

setb sclk

clr sclk

clr sid ;第八位"0"

setb sclk

clr sclk

ret

w4_d:

mov r3,#4

w4_d1:

rlc a

mov sid,c

setb sclk

clr sclk

djnz r3,w4_d1

ret

w4_0:

mov r3,#4

w4_01:

clr sid

setb sclk

clr sclk

djnz r3,w4_01

ret

;********************

;2ms延时

;********************

del_2ms:

mov r0,#2

d1:

mov r1,#200

d2:

nop

nop

nop

djnz r1,d2

djnz r0,d1

ret

;********************

;40ms延时

;********************

del_40ms:

mov r5,#20

d3:

lcall del_2ms

djnz r5,d3

ret

;********************

;200ms延时

;********************

del_200ms:

mov r5,#100

d4:

lcall del_2ms

djnz r5,d4

ret

;********************

;500ms延时

;********************

del_500ms:

mov r5,#250

d5:

lcall del_2ms

djnz r5,d5

ret

;********************

;1500ms延时

;********************

del_1500ms:

lcall del_500ms

lcall del_500ms

lcall del_500ms

ret

;*************************************

;用adc0832读数并送数给显示的子程序,

;并将键盘的按键数送给dac0832让其输出。

;*************************************

;==== adc0832读数据子程序====

light:setb addi ;初始化通道选择

nop

nop

clr adcs ;拉低/cs端

nop

nop

setb adclk ;拉高clk端

nop

nop

clr adclk ;拉低clk端,形成下降沿

mov a,34h

mov c,acc.1 ;确定取值通道选择

mov addi,c

nop

nop

setb adclk ;拉高clk端

nop

nop

clr adclk ;拉低clk端,形成下降沿2

mov a,34h

mov c,acc.0 ;确定取值通道选择

mov addi,c

nop

nop

setb adclk ;拉高clk端

nop

nop

clr adclk ;拉低clk端,形成下降沿3

setb addi

nop

nop

mov r7,#8 ;准备送下后8个时钟脉冲

ad_1:

mov c,addo ;接收数据

mov acc.0,c

rl a ;左移一次

setb adclk

nop

nop

clr adclk ;形成一次时钟脉冲

nop

nop

djnz r7,ad_1 ;循环8次

mov c,addo ;接收数据

mov acc.0,c

mov b,a

mov r7,#8

ad_13:

mov c,addo ;接收数据

mov acc.0,c

rr a ;右移一次

setb adclk

nop

nop

clr adclk ;形成一次时钟脉冲

nop

nop

djnz r7,ad_13 ;循环8次

mov r7,#8

cjne a,b,light ;数据校验

mov a,b

mov dptr,#tab5 ;

movc a,@a+dptr ;

mov 72h,a ;将高位送72h单元

mov a,b

mov dptr,#tab6 ;

movc a,@a+dptr ;

mov 73h,a ;降低为送73h单元

setb adcs ;拉高/cs端

clr adclk ;拉低clk端

setb addo ;拉高数据端,回到初始状态

;========送数给显示子程序段========

mov 70h,72h

mov 71h,73h

mov addr,#95h

mov dptr,#wel_3

lcall w_line1

;=======送数给adc0832的子程序========

mov a,33h ;判断有没有中断,

jz l7 ;没有中断就转。

mov 33h,#00h ;清中断标志

l2: mov a,30h ;

cjne a,#0ah,l3 ;判断是否为点号,不为点号就转。

jmp l7 ;为点好就保持原来送数。

l3:cjne a,#0bh,l4 ;判断是否为enter键,不为就转。

mov 32h,24h

mov 31h,25h ;

l9:mov 24h,#00h ;

mov 25h,#00h ;

mov r2,#01h ;置送数时送数空间不同的标志位。

l7: mov a,32h ;将键盘的两数相与,查表,然后送数。

swap a ;

orl a, 31h ;

mov dptr,#tab4 ;

movc a,@a+dptr ;

clr p2.0

mov p0,a

ljmp l6 ;

l4:cjne r2,#01h,l5 ;将键盘的第一位数送给24h

mov a,30h ;

mov 24h,a ;

dec r2 ;清零送数时送数空间不同的标志位。

jmp l7 ;

l5:mov a,30h ;将键盘的第二位数送给25h

mov 25h,a ;

mov r2,#01h ;置送数时送数空间不同的标志位。

jmp l7 ;

l6:ret

;十六进制数转换成为2进制bcd码的码表。

; 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

tab5:db 00h,00h,00h,00h,00h,00h,00h,00h,00h,00h;0

db 00h,00h,00h,00h,00h,00h,00h,00h,00h,00h

db 01h,01h,01h,01h,01h,01h,01h,01h,01h,01h;1

db 01h,01h,01h,01h,01h,01h,01h,01h,01h,01h

db 02h,02h,02h,02h,02h,02h,02h,02h,02h,02h;2

db 02h,02h,02h,02h,02h,02h,02h,02h,02h,02h

db 03h,03h,03h,03h,03h,03h,03h,03h,03h,03h;3

db 03h,03h,03h,03h,03h,03h,03h,03h,03h,03h

db 04h,04h,04h,04h,04h,04h,04h,04h,04h,04h;4

db 04h,04h,04h,04h,04h,04h,04h,04h,04h,04h

db 05h,05h,05h,05h,05h,05h,05h,05h,05h,05h;5

db 05h,05h,05h,05h,05h,05h,05h,05h,05h,05h

db 06h,06h,06h,06h,06h,06h,06h,06h,06h,06h;6

db 06h,06h,06h,06h,06h,06h,06h,06h,06h,06h

db 07h,07h,07h,07h,07h,07h,07h,07h,07h,07h;7

db 07h,07h,07h,07h,07h,07h,07h,07h,07h,07h

db 08h,08h,08h,08h,08h,08h,08h,08h,08h,08h;8

db 08h,08h,08h,08h,08h,08h,08h,08h,08h,08h

db 09h,09h,09h,09h,09h,09h,09h,09h,09h,09h;9

db 09h,09h,09h,09h,09h,09h,09h,09h,09h,09h

db 10h,10h,10h,10h,10h,10h,10h,10h,10h,10h;10

db 10h,10h,10h,10h,10h,10h,10h,10h,10h,10h

db 11h,11h,11h,11h,11h,11h,11h,11h,11h,11h;11

db 11h,11h,11h,11h,11h,11h,11h,11h,11h,11h

db 12h,12h,12h,12h,12h,12h,12h,12h,12h,12h;12

db 12h,12h,12h,12h,12h,12h,12h,12h,12h,12h

tab6:db 00h,05h,10h,15h,20h,25h,30h,35h,40h,45h;0

db 50h,55h,60h,65h,70h,75h,80h,85h,90h,95h

db 00h,05h,10h,15h,20h,25h,30h,35h,40h,45h;1

db 50h,55h,60h,65h,70h,75h,80h,85h,90h,95h

db 00h,05h,10h,15h,20h,25h,30h,35h,40h,45h;2

db 50h,55h,60h,65h,70h,75h,80h,85h,90h,95h

db 00h,05h,10h,15h,20h,25h,30h,35h,40h,45h;3

db 50h,55h,60h,65h,70h,75h,80h,85h,90h,95h

db 00h,05h,10h,15h,20h,25h,30h,35h,40h,45h;4

db 50h,55h,60h,65h,70h,75h,80h,85h,90h,95h

db 00h,05h,10h,15h,20h,25h,30h,35h,40h,45h;5

db 50h,55h,60h,65h,70h,75h,80h,85h,90h,95h

db 00h,05h,10h,15h,20h,25h,30h,35h,40h,45h;6

db 50h,55h,60h,65h,70h,75h,80h,85h,90h,95h

db 00h,05h,10h,15h,20h,25h,30h,35h,40h,45h;7

db 50h,55h,60h,65h,70h,75h,80h,85h,90h,95h

db 00h,05h,10h,15h,20h,25h,30h,35h,40h,45h;8

db 50h,55h,60h,65h,70h,75h,80h,85h,90h,95h

db 00h,05h,10h,15h,20h,25h,30h,35h,40h,45h;9

db 50h,55h,60h,65h,70h,75h,80h,85h,90h,95h

db 00h,05h,10h,15h,20h,25h,30h,35h,40h,45h;1, , 0

db 50h,55h,60h,65h,70h,75h,80h,85h,90h,95h

db 00h,05h,10h,15h,20h,25h,30h,35h,40h,45h;11

db 50h,55h,60h,65h,70h,75h,80h,85h,90h,95h

db 00h,05h,10h,15h,20h,25h,30h,35h,40h,45h;12

db 50h,55h,60h,65h,70h,75h,80h,85h,90h,95h

; 数模转换的代码

;0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 a b c d e f

tab4:db 00h, 02h, 04h, 06h, 08h, 0ah, 0ch, 0eh, 10h, 12h, 00h, 00h, 00h, 00h, 00h, 00h ;

db 14h, 16h, 18h, 1ah, 1ch, 1eh, 20h, 22h, 24h, 26h, 00h, 00h, 00h, 00h, 00h, 00h

db 28h, 2ah, 2ch, 2eh, 30h, 32h, 34h, 36h, 38h, 3ah, 00h, 00h, 00h, 00h, 00h, 00h

db 3ch, 3eh, 40h, 42h, 44h, 46h, 48h, 4ah, 4ch, 4eh, 00h, 00h, 00h, 00h, 00h, 00h

db 50h, 52h, 54h, 56h, 58h, 5ah, 5ch, 5eh, 60h, 62h, 00h, 00h, 00h, 00h, 00h, 00h

db 64h, 66h, 68h, 6ah, 6ch, 6eh, 70h, 72h, 74h, 76h, 00h, 00h, 00h, 00h, 00h, 00h

db 78h, 7ah, 7ch, 7eh, 80h, 82h, 84h, 86h, 88h, 8ah, 00h, 00h, 00h, 00h, 00h, 00h

db 8ch, 8eh, 90h, 92h, 94h, 96h, 98h, 9ah, 9ch, 9eh, 00h, 00h, 00h, 00h, 00h, 00h

db 0a0h, 0a2h, 0a4h, 0a6h, 0a8h, 0aah, 0ach, 0aeh, 0b0h, 0b2h, 00h, 00h, 00h, 00h, 00h, 00h

db 0b5h, 0b6h, 0b8h, 0bah, 0bch, 0beh, 0c0h, 0c2h, 0c4h, 0c6h, 00h, 00h, 00h, 00h, 00h, 00h

db 0c8h, 0cah, 0cch, 0ceh, 0d0h, 0d2h, 0d4h, 0d6h, 0d8h, 0dah, 00h, 00h, 00h, 00h, 00h, 00h

db 0dch, 0deh, 0e0h, 0e2h, 0e4h, 0e6h, 0e8h, 0eah, 0ech, 0eeh, 00h, 00h, 00h, 00h, 00h, 00h

db 0f0h, 0f2h, 0f4h, 0f6h, 0f8h, 0fah, 0fch, 0feh

;********************

;10ms延时子程序

;********************

delay:mov 50h,#10

loop1:mov r6,#250

loop2:nop

nop

djnz r6,loop2

dec 50h

djnz 50h,loop1

ret

wel_1:

db "作品:",0cah,0fdh,"控恒压源"

wel_2:

db "输出电压:"

wel_3:

db "0123456789v."

wel_4:

db "制作者:谢明亮,"

wel_5:

db "马学强,苏向阳。"

直流稳压电源篇2

关键词:开关电源 保护电路 系统设计

1引言

直流开关稳压器中所使用的大功率开关器件价格较贵,其控制电路亦比较复杂,另外,开关稳压器的负载一般都是用大量的集成化程度很高的器件安装的电子系统。晶体管和集成器件耐受电、热冲击的能力较差。因而开关稳压器的保护应该兼顾稳压器本身和负载的安全。保护电路的种类很多,这里介绍极性保护、程序保护、过电流保护、过电压保护、欠电压保护以及过热保护等电路。通常选用几种保护方式加以组合,构成完善的保护系统。

2极性保护

直流开关稳压器的输入一般都是未稳压直流电源。由于操作失误或者意外情况会将其极性接错,将损坏开关稳压电源。极性保护的目的,就是使开关稳压器仅当以正确的极性接上未稳压直流电源时才能工作。利用单向导通的器件可以实现电源的极性保护。最简单的极性保护电路如图1所示。由于二极管D要流过开关稳压器的输入总电流,因此这种电路应用在小功率的开关稳压器上比较合适。在较大功率的场合,则把极性保护电路作为程序保护中的一个环节,可以省去极性保护所需的大功率二极管,功耗也将减小。为了操作方便,便于识别极性正确与否,在图1中的二极管之后,接指示灯。

3程序保护

开关稳压电源的电路比较复杂,基本上可以分为小功率的控制部分和大功率的开关部分。开关晶体管则属大功率,为保护开关晶体管在开启或关断电源时的安全,必须先让调制器、放大器等小功率的控制电路工作。为此,要保证正确的开机程序。开关稳压器的输入端一般接有小电感、大电容的输入滤波器。在开机瞬间,滤波电容器会流过很大的浪涌电流,这个浪涌电流可以为正常输入电流的数倍。这样大的浪涌电流会使普通电源开关的触点或继电器的触点熔化,并使输入保险丝熔断。另外,浪涌电流也会损害电容器,使之寿命缩短,过早损坏。为此,开机时应该接入一个限流电阻,通过这个限流电阻来对电容器充电。为了不使该限流电阻消耗过多的功率,以致影响开关稳压器的正常工作,而在开机暂态过程结束后,用一个继电器自动短接它,使直流电源直接对开关稳压器供电,如图2所示。这种电路称之谓开关稳压器的“软启动”电路。

开关稳压器的控制电路中的逻辑组件或者运算放大器需用辅助电源供电。为此,辅助电源必须先于 开关电路工作。这可用开机程序控制电路来保证。一般的开机程序是:输 入电源的极性鉴别,电压保护开机程 序电路工作辅助电源工作并通过限流电阻 R对开关稳压器的输入电容器C充电 开关稳压器的调制电路工作,短路限流电阻开关稳压器 稳定工作。

在开关稳压器中,刚开机时,因为其输出电容容量大,充到额定输出电压值需要一定时间。在这段时间内,取样放大器输入低的输出电压采样,根据系统闭环调节特性将迫使开关三极管的导通时间加长,这样一来,开关三极管就会在这段期间内趋于连续导通,而容易损坏。为此,要求在开机这一段时间内,开关调制电路输出给开关三极管基极的脉宽调制驱动信号,能保证开关三极管由截止逐渐趋于正常的开关状态,故而要加设开机保护以配合软启动。

4过电流保护

当出现负载短路、过载或者控制电路失效等意外情况时,会引起流过稳压器中开关三极管的电流过大,使管子功耗增大,发热,若没有过流保护装置,大功率开关三极管就有可能损坏。故而在开关稳压器中过电流保护是常用的。最经济简便的方法是用保险丝。由于晶体管的热容量小,普通保险丝一般不能起到保护作用,常用的是快速熔断保险丝。这种方法具有保护容易的优点,但是,需要根据具体开关三极管的安全工作区要求来选择保险丝的规格。这种过流保护措施的缺点是带来经常更换保险丝的不便。

在线性稳压器中常用的限流保护和电流截止保护在开关稳压器中均能应用。但是,根据开关稳压器的特点,这种保护电路的输出不能直接控制开关三极管,而必须使过电流保护的输出转换为脉冲指令,去控制调制器以保护开关三极管。为了实现过电流保护一般均需要用取样电阻串联在电路中,这会影响电源的效率,因此多用于小功率开关稳压器的场合。而在大功率的开关稳压电源中,考虑到功耗,应尽量避免取样电阻的接入。因此,通常将过电流保护转换为过、欠电压保护。

5过电压保护

开关稳压器的过电压保护包括输入过电压保护和输出过电压保护。开关稳压器所使用的未稳压直流电源诸如蓄电池和整流器的电压如果过高,使开关稳压器不能正常工作,甚至损坏内部器件,因此,有必要使用输入过电压保护电路。用晶体管和继电器所组成的保护电路如图3所示。

在该电路中,当输入直流电源的电压高于稳压二极管的击穿电压值时,稳压管击穿,有电流流过电阻R, 使晶体管V导通,继电器动作,常闭接点断开,切断输入。其中稳 压管的稳压值Vz=ESrmax-UBE。输入 电源的极性保护电路可以跟输入过电压保护结合在一起,构成极性 保护鉴别与过电压保护电路。

直流稳压电源篇3

电源是一切电子设备的基础,没有电源就不会有如此种类繁多的电子设备。中职学校电工电子专业的同学作为初学者首先遇到的就是要解决电源问题,否则电路无法工作、电子制作无法进行,学习就无从谈起。

【关键词】

直流稳压电源 设计 优化 测评

【正文】

电子设备对电源电路的要求就是能够提供持续稳定、满足负载要求的电能,而且通常情况下都要求提供稳定的直流电能。另外,很多中职学校的电工电子专业初学阶段首先遇到的就是要解决电源问题,否则电路无法工作、电子制作无法进行,学习就无从谈起。下面我们就直流电源的基本设计问题进行探索。根据中职学生在校学习阶段的实际需要,提出以下的设计任务和要求:

一、设计要求

1.输出电压可调:Uo= +3V ~ +9V

2.最大输出电流:Io max= 800mA

3.输出电压变化量:ΔVop_p≤5mV

4. 稳压系数:SV≤3×10-3

二、设计方案和论证

稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四个部分组成,基本设计:

方案一:单相半波整流电路

传统单相半波整流简单,使用元件少,它只对交流电的一半波形整流,只要横轴上面的半波或者只要下面的半波,所以整流效率不高,而且整流电压的脉动较大,无滤波电路时,整流电压的直流分量较小,Vo=0.45Vi,变压器的利用率低。

方案二:单相桥式整流电路

使用的整流元件较全波整流时多一倍,整流电压脉动与全波整流相同,每个元件所承受的反向电压为电源电压峰值。根据实际情况,综合3种方案的优缺点:决定选用方案二。

三、各电路设计和参数估算

整流电路采用桥式整流电路,电路所示。在u2的正半周内,二极管D1、D2导通,D3、D4截止;u2的负半周内,D3、D4导通,D1、D2截止。

在设计时,常利用电容器两端的电压不能突变和流过电感器的电流不能突变的特点,将电容器和负载电容并联或电容器与负载电阻串联,以达到使输出波形基本平滑的目的。选择电容滤波电路后,直流输出电压:Uo1=(1.1~1.2)U2,直流输出电流:

(I2是变压器副边电流的有效值。),稳压电路可选集成三端稳压器电路。

3.1集成三端稳压器的选择

三端可调式集成稳压器内部含有过流、过热保护电路,具有安全可靠,性能优良、不易损坏、等优点。其电压调整率和电流调整率均优于固定式集成稳压构成的可调电压稳压电源。LM317系列和lM337系列的引脚功能相同。

输出电压表达式为:

在式中,1.25是集成稳压块输出端与调整端之间的固有参考电压 ,此电压加于给定电阻 两端,将产生一个恒定电流通过输出电压调节电位器 ,电阻 常取值 。电路加入了二极管D,用于防止输出端短路时10µF大电容放电倒灌入三端稳压器而被损坏。

LM317其特性参数:

输出电压可调范围:1.2V~37V

输出负载电流:1.5A

输入与输出工作压差ΔU=Ui-Uo:3~40V

能满足设计要求,故选用LM317组成稳压电路。

3.2电源变压器的选择

电源变压器的作用是将来自电网的220V交流电压u1变换为整流电路所需要的交流电压u2。电源变压器的效率为:

由于LM317的输入电压与输出电压差的最小值 ,输入电压与输出电压差的最大值 ,故LM317的输入电压范围为:

,取

变压器副边电流: ,取 ,

因此,变压器副边输出功率:

由于变压器的效率 ,所以变压器原边输入功率 ,为留有余地,选用功率为 的变压器。

3.3整流二极管和滤波电容的选用

由于: , 。

IN4001的反向击穿电压 ,额定工作电流 ,故整流二极管

选用IN4001。

3.4滤波电容

根据,

和公式

可求得:

所以,滤波电容:

电容的耐压要大于 ,故滤波电容C取容量为 ,耐压为 的电解电容。

四、 原理图和元件清单

1. 使用DXP2004设计总原理图,然后由软件自动生成的元件清单。

2. 元件需要三极管、二极管、电解电容、电阻、稳压管、电位器若干。

五、安装与调试(使用Multisim10调试)

按PCB图,制作好电路板。安装时,先安装小元件,这样方便元件的摆放,因此先安装整流电路,再安装稳压电路,最后再装上滤波电路。软件如果没有LM317元件,用LM117代替。模拟实验中:

1. 电位器R2取最大值时,Uo=9.088V

2. 同理电位器R2取最小值时,Uo=2.983V

3. 电位器在0到10K之间,输出电压连续可调:约为3V~9V。

六、测试性能与分析

1.输出电压与最大输出电流的测试

一般情况下,稳压器正常工作时,其输出电流I0要小于最大输出电流,Iomax,取 ,可算出RL=20Ω,工作时 上消耗的功率为:

故 取额定功率为10W,阻值为20 Ω的电位器。

测试时,先使 ,交流输入电压为220V,用数字电压表测量的电压值就是Uo。然后慢慢调小 ,直到Uo的值下降5%,此时流经 的电流就是 ,记下 后,要马上调大 的值,以减小稳压器的功耗。当R5(RL)=20欧姆,Uo=8.78V, Io=438.979mA,同理Uo下降5%(8.332V)时,Io=846.644mA,即Iomax=Io.

2.纹波电压的测试

用示波器观察Uo的峰值,(此时Y通道输入信号采用交流耦合AC),测量ΔUop-p

的值(约几mV)。由示波器得出:ΔUop-p=106。845uV

3.稳压系数的测量

按实际连接电路, 在 时,测出稳压电源的输出电压Uo。然后调节自耦变压器使输入电压 ,测出稳压电源对应的输出电压Uo1 ;再调节自耦变压器使输入电压 ,测出稳压电源的输出电压Uo2。则稳压系数为:

因为,在调试中,无法得到自耦变压器,所以只能把电压归算到降压器的输出电压(Ui):

U1=198V,Ui=10.8V,U1=220V,Ui=12.0V,U1=242V,Ui=13.2V

Ui=10.8V时,Uo=8.72V Ui=13.2V时,Uo=8.740V

所以,稳压系数: =0.0022

结论:误差在允许的范围内,本设计已达到要求。

七、结论与心得

直流稳压电源篇4

【关键字】 DC-DC变换器 LM5117 CSD18532KCS MOS场效应管

一、系统方案论证

开关电源方案采用LM5117用于高侧MOSFET的CSD18563以及用于低侧MOSFET的CSD18532 (X2)。该方案适用于高电压或各种输入电源的降压型稳压器应用。其控制方法采用仿真电流斜坡的电流模式控制。电流模式控制具有固有的输入电压前馈、逐周期电流限制和简化环路补偿的功能。使用仿真控制斜坡可降低脉宽调制电路对噪声的敏感度,有助于实现高输入电压应用所必需的极小占空比的可靠控制,同时不会影响输出纹波。

电流恒定控制采用场效应管CSD18532KCS构成压控恒流源,再由LM5117芯片控制DC-DC实现降压变换。该方案可以实现电压线控制电源,增加了执行效率提高恒流效果。拥有超低的QG、QGD、雪崩额定值和逻辑电平等优点,并且不会影响输出纹波,输出电流波动较小。本文的过流保护如图1所示,调整下MOS管Q2的源极电阻R14使输出电流≥3.1A时,电路进入打嗝模式,启动限流保护。

二、电路设计

LM5117包含一个双电平UVLO(欠压锁定)电路。当UVLO低于0.4V时,LM5117处于关断模式。关断比较器可提供100 MV的迟滞,以避免转换过程中的跳动(CHATTER)。当UVLO引脚的电压高于0.4V,但低于1.25V时,控制器处于待机模式。在待机状态下,VCC偏置稳压器被激活,而 HO和LO驱动器被禁用,SS引脚保持低电平。此功能允许通过一个集电极开路或漏极开路器件将 UVLO引脚拉至低于0.4V,以实现远程关断功能。当VCC引脚超过其欠压锁定阈值,且UVLO引脚电压高于1.25V时,HO和LO驱动器被启用,并开始正常运行。

此处直接选取13.5V电压能正常开机即可,根据UVLO=1.25V,这里选取电阻RUV2为91K,RUV1=10K,使得U=1.25*(91K+10K)/10K,即UIN>12.6V,此电路即可工作。

在MOS管导通的时间里,电感L会将通过的电流转换为磁能,把能量贮存起来。电容C将通过电感L的那部分电流转化为电荷贮存起来。在MOS管截止的时间里,电感L会产生反向电动势,将其输送给负载R并与续流二极管D组成回路,同时电容C将电荷转换成电流向负载供电。

三、系统测试

为了减少误差,测试方案采用,多次重复测试的方法进行。测量电路点如图2所示(3、4、5、6、7为测量点):

额定输入电压下,产品主要做了以下5组测试,测试结果如表1所示:

由表1可知:

①|?UO|在0.01~0.03V之间,符合|?UO|=|5V-UO| ≤100MV的设计要求;

②IOMAX在3.00~3.01之间,符合额定输入电压下,最大输出电流:IO≥3A的设计要求;

③输出噪声纹波电压峰峰值UOPP在32MV~40 MV之间。符合UOPP≤50MV(UIN=16V,IO=IOMAX)的设计要求;

参 考 文 献

[1]侯振义.直流开关电源技术及应用[M].北京:电子工业出版社.2015,P17-39.

[2]张占松,蔡宣三.开关电源的原理与设计[M].电子工业出版社,2011,P35-58.

[3]王水平,付敏江.开关稳压电源.原理、设计与实用电路.[M]西安:西安电子科技大学出版社,2009,P127-136.

[4]沙占友,王彦朋,孟志永等.单片开关电源最新应用技术[M].北京:机械工业出版社,2001,P100-117.

直流稳压电源篇5

关键词:直流稳压电源,现代信息技术,教学设计。

中图分类号:TM44-4 文献标识码:A DOI:10.3969/j.issn.1003-6970.2013.07.061

本文著录格式:[1]邓果.基于现代信息技术的直流稳压电源教学设计[J].软件,2313,34(7):161-162

0 引言

直流稳压电源是模拟电子技术的重点部分,包含整流电路、滤波电路和稳压电路,仅仅讲解电路工作原理,学生难以理解和掌握[1-2]。为此,借助现代信息技术,通过信息化资源如多媒体课件、动画、视频等进行引导,借助multisim软件进行仿真,整个教学过程突出以“学生为主体,教师为主导”的教学形式,体现“做中教,做中学”,取得了较好的教学效果[3]。

1 教学目标

根据人才培养方案和新教育理念的要求,从知识、技能和素养三个方面,确定教学目标为:

1.1知识目标

①理解直流稳压电源的工作原理;②会合理选择元器件,绘制电路图。

1.2技能目标

①掌握基于multisim的仿真方法;②掌握自主探究的学习方法。

1.3职业素养

①培养学生养成良好的职业习惯;②提高团队合作、交流协作的能力。

2 教学资源和教学方法

借助世界大学城平台,将教师的教学课件、多媒体动画、Multisim仿真软件、教案、项目任务书等都整合到教师个人空间,构建开发式的教学平台,使学生能在线预习和复习。在教学中,采用项目教学法,将教学项目贯穿整个教学过程,通过原理分析、仿真实训,激发学生学习的兴趣,培养和提高学生学习电子技术理论和时间操作技能[4]。

3 教学设计

本次教学设计以“直流稳压电源”任务为驱动,通过构建网络教学平台,采用multisim软件进行仿真实训,以学生自主学习为主,实现做中教,做中学。引导学生自主学习,把教学课件、表格化教案、教学视频、教学大纲、习题库、实训指导书和教材整合到世界大学城教学平台,利用网络实现师生互动和在线测试。以项目教学理念为指导,把三课时的教学活动设计为六个教学环节。

首先,创设情境,本环节用时10分钟。为了激发学生学习兴趣,为学生创设几个直流稳压电源的应用情景,例如展示手机充电器情境动画,通过提出问题“手机充电器是如何把220v的市电转换成电子电路所需的直流电呢?”从而进入该项目内容。

接下来下达任务书,用时5分钟。通过世界大学城空间给学生分发任务书,并提供丰富的教学资源,让学生通过阅读任务书,了解项目内容。

然后进入原理分析阶段,用时40分钟。由于这部分内容概念抽象、难分析、难演示,将其设置为教学重点。为了提高教学效果,采用教师讲解和学生分组讨论相结合的教学方式。首先教师讲解电路构成及原理分析方法。为提高学生的学习兴趣,制作了相应的演示动画,该动画形象地为学生展示了电路中元器件实物图和符号、各部分的工作原理,比如桥式整流部分,当输入正弦波的正半周波形时,二极管D1和D3导通,当输入负半周波形时,二极管D2和D4导通,从而实现全波整流,把正弦交流电转换成脉动直流电。以及测试过程,把原理图绘制好之后,首先用示波器查看经过变压器的电压波形,然后给电路添加滤波电容和整流二极管,再查看波形。为了让学生更好的理解滤波原理,制作了电容滤波过程的演示动画。然后引导学生分组讨论,实现师生互动,生生互动。从而突出教学重点。

让学生理解电路工作原理之后,引导学生进入multisim软件仿真环境,提供学生一人一机的实训条件。Multisim软件是IIT公司推出的能提供全面集成化的设计环境,完成从原理图设计输入、电路仿真分析、电路功能测试的一款电路分析软件。当改变电路连接成原件参数时,可以通过Multisim界面观察到各种变化对电路性能的影响。

首先根据原理图选择元器件,适当布局之后开始接线,为了提高学生的接线速度,提供了multisim软件的操作演示视频,绘制好原理图后,接入双路示波器, A通道接输入端,B通道分别接入整流端、滤波端、稳压端,点击仿真按钮进行仿真,适当调节示波器参数,查看输入、输出波形,还可以通过调节元件参数,得到不同幅值的电压。整个教学过程教师巡回指导,适时给予帮助,注重培养学生自主探究、网络检索能力。

此外设计一个拓展应用环节,用时10分钟。以楼宇对讲系统电源的应用作为提高拓展任务,培养学生的实践应用能力。

最后是任务评价,本环节用时10分钟。首先学生在线做10个选择题,检验对理论知识的掌握程度。整个任务考核由仿真实训,在线测试和课堂表现三部分组成,结合主观和客观成果,综合评价。评价结果不合格的同学可继续学习完成任务。

4 教学反思

本次教学设计由直流稳压电源的原理及应用这一项目为导向,分成六个环节组织教学。利用网络教学平台、仿真实训软件和在线测试平台,把枯燥的电子技术理论学习变成生动的仿真实验,将抽象的理论知识形象化,实现学生的自主学习、仿真实训和交流协作。丰富了交流手段,拓展了教学空间。但也感觉到,在信息化教学的实施过程中存在一定的程度,将学生分组学习中,学生的团队协作有待加强,在今后的教学中,要继续加强网络教学平台和虚拟实验室的建设,注重培养学生的职业素养,提高学生的自学能力和创新能力。

参考文献

[1]李红妹.“教学做”一体化的直流稳压电源教学研究[J].职业教育研究,2012(8):87-88

[2]黄华飞,王红梅.Multisim9在直流稳压电源教学中的应用[J].广西轻工业,2008,(6):75-76

[3]刘一兵.高职《模拟电子技术》教学改革探索[J].职业教育研究,2008,(3):81-82

直流稳压电源篇6

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[2]林涛.数字电子技术[M].北京:清华大学出版社,2006.

[3]林涛.电子技术及其应用基础[M].北京:电子工业出版社,2005.

[4]林涛.模拟电子技术基础[M].重庆:重庆大学出版社, 2001.

[5]杨欣.电子设计从零开始[M].北京:清华大学出版社, 2005.

[6]邱关源.电路[M].北京:高等教育出版社,1999.

基金项目:部级物理学(师范类)特色专业项目(项目编号:TS12467);云南省基金(项目编号:2009CD097);楚雄师范学院大学生创新训练项目。

作者简介:

吴兴洲,现就读于楚雄师范学院物理与电子科学院。

周明珠,现就读于楚雄师范学院物理与电子科学院。

直流稳压电源篇7

关键词:Multisim12.0 电子线路 实验教学 设计初探

中图分类号:G712 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2015)09(a)-0170-03

当前由于部分学生创新意识弱、知识掌握不牢固和缺乏毅力,导致他们创新能力偏低,学习的效果不尽人意[1]。为改变这一状况,引入Multisim12.0仿真软件模拟实际电路,将多媒体及屏幕广播应用于电子线路课程设计教学中,充分激发学生学习的兴趣,调动他们的主观能动性,使学生了解到模拟电子技术这门课程并不抽象,而是与工程实际紧密联系着的,有着十分重要的实用价值。

电子线路课程设计是为配合模拟电子技术基础课程的教学而开设的。首先采用EDA(电子设计自动化)技术中的Multisim12.0软件来对模拟电路进行仿真运行,让学生完成EDA技术方面的初步训练,然后搭接出实际电路[2]。通过这一环节,对培养学生的创新思维、综合能力素质与工程实践能力等方面均能进行全面的检验[3]。

1 Multisim12.0软件简介

电子线路课程设计所用的Multisim12.0是美国NI(国家仪器有限公司)推出的以Windows为基础的仿真工具,适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作,12.0是目前该软件的最高版本。它具有更加形象直观的人机交互界面,包含了Source库、Basic库、Diodes等15个元件库,提供了我们日常常见的各种建模精确的元器件,比如:电阻、电容、电感、三极管、二极管、继电器、可控硅、数码管等等。模拟集成电路方面有各种运算放大器、其他常用集成电路。采用图形方式创建电路,再结合软件中提供的虚拟仪器:数字万用表、函数信号发生器、四踪示波器等对电路的工作状态进行仿真和测试,设计者可以轻松地拥有一个元件设备非常完善的虚拟电子实验室。

2 Multisim12.0软件应用实例

为了培养学生在电子线路课程设计中对电路的分析能力、发现规律并验证结果的综合创新实践能力,使学生掌握科学的学习方法,选择了一些既实用又有代表性的课题:常用波形转换发生器、双电源共射极耦合差分放大电路(动、静态分析)、微积分运算电路等。下面以直流串联型稳压电源仿真为例,说明 Multisim12.0软件的具体应用。

2.1 直流串联型稳压电源总体结构

当前绝大多数设备及装置都需要直流电源进行供电。这些直流电除了少数直接利用干电池和直流发电机外,大多数是采用把交流电(市电)转变为直流电的直流稳压电源。直流串联型稳压电源原理框图如图1所示。

直流串联型稳压电源由电源变压器、整流、滤波和稳压电路四部分组成。电网供给的交流电压(220 V,50 Hz)经电源变压器降压后,得到符合电路需要的交流电压,然后由整流电路变换成方向不变、大小随时间变化的脉动电压,再通过滤波电路滤去交流分量,得到比较平直的直流电压,但这样的电压会随着交流电网电压的波动或负载变化而变化,故在对直流供电要求较高的场合,还需要稳压电路,使输出电压更加稳定。

2.2 直流串联稳压电源原理图输入

利用Multisim12.0软件友好的操作界面,建立新文件,新建项目,创建电路图,连接电路。直流串联型稳压电源仿真电路如图2所示,图中虚框标注了四部分模块组成。采用桥式整流,电容滤波电路,稳压电路是一个闭环的负反馈控制系统。

(1)原理分析。

假设由于负载电阻的变化(输入电压不变)引起输出电压瞬时降低时,通过R4、R5,调节的取样电路,引起三极管基极电压()B成比例下降,由于三极管的,所以发射结电压()BE将减小,于是与构成的复合管的基极电流(IQ1)B减小,发射极电流(I)E随之减小,管压降(UQ1)CE增加,由于输入电压不变(),这样输出电压就上升,反之,输出电压则下降。通过以上的负反馈控制,最终使输出电压稳定,达到稳压效果。

2.3 输出电压调节范围

调节取样电路中的值可改变输出电压。输出电压的最大值为:

输出电压的最小值为:

通过计算可以看出,调节的阻值就可以控制输出电压的范围。这里,以保证调节到合适的阻值时,稳压输出6 V。

3 仿真验证

在Multisim12.0 软件右侧栏的仿真仪表中选择Multimeter(万用表)XMM1和XMM2分别测量三极管的集电极与发射极管压降VCE和输出电压,选择四踪示波器XSC1方便测试各点输入输出波形。

3.1 负反馈稳压仿真

改变负载阻值,分别调整为330、100和1K,万用表XMM1和XMM2测量三极管的集电极与发射极管压降VCE和输出电压的值如表1所示。

由表1中的测量值可以看出,当负载变大时(330调整为1000),引起输出电压瞬时降低,三极管的集电极与发射极管压降VCE变大(39.12 V变为39.25 V),导致输出电压由6.097V增至6.099V;当负载变小时(330 调整为100 ),引起输出电压瞬时升高,三极管的集电极与发射极管压降VCE变大(39.12 V变为38.68 V),导致输出电压由6.097 V降至6.089 V,稳压6 V得以验证。

3.2 稳压系数测量

衡量稳压电源稳压的主要质量指标有输出电阻,稳压系数和纹波系数。这里选取了稳压系数进行动态测试。在输出端接入负载=330 ,当负载不变时,输出电压和输入电压的相对变化之比,即(式1),调节电源输出值,模拟电网电压波动10%,测得数据和如表2所示。将数据带入(式1),得,可见输出电压相对稳定。

3.3 仿真值与理论值对比

当电源电压为220 V时,将仿真电路图2中的滑头调整为0%,用数字万用表测量,得=3.628 V(理论值=3.77 V);滑头调整为100%,用数字万用表测量,得=8.546 V(理论值=8.87 V)。与理论计算值对比,相对误差为0.038%。

3.4 仿真波形

在仿真仪表中选择四踪示波器XSC1,测得直流稳压电源电路各点电压波形如图3所示。电源电压正弦波经整流桥整流输出为,再经滤波得到纹波,最后在负反馈稳压电路作用下输出比较平滑的直流电压。通过观测仿真波形,比较直观地验证了直流串联稳压电源原理的正确性。

4 结语

模拟电子技术是电力工程类包括电子信息专业的一门技术基础课,它是研究各种半导体器件的性能、电路及其应用的学科,只要与电子行业有关的都要用到模拟电路,晶体管,集成运放,反馈,直流稳压电源是我们常用的器件和电路。通过Multisim12.0 仿真软件在电子线路实习中的应用,使概念原理多、理论性强、比较抽象、学生理解起来很费劲的模电课程学起来更轻松,学生能够获得成就感,提高了学生的学习兴趣,对后续课程的学习打下了良好的基础。

参考文献

[1] 苑广军,孙继元.工程对象教学法培养创新能力的应用研究[J].实验技术与管理,2014,31(2):21-22.

[2] 赵莹.电子系统实习教程[M].北京:中国电力出版社,2010.

直流稳压电源篇8

【关键词】柔性直流输电;超高压直流;特高压直流;风电并网;稳定问题;孤岛供电

柔性(轻型)直流输电是目前公认的风电并网消纳的最佳输电方式。国外研究较早,全世界第一条柔性直流输电工程投运是1997年瑞典中部开始商业运营,到现在已有十来年历史。我国1987年6月开始试验研究,2006年开始商业研究,我国第一条柔性直流输电投运是2011年上海南汇柔性直流输电工程投入商业运营。

柔性直流输电是采用先进的电压源换流器VSC技术,即由体积小、重量轻、效率的高、性能好的优良绝缘栅双极型晶体管IGBT,或由先进的可关断晶闸管作为逆变器全控型器件GTO组成的电压源换流器,其工作电压比晶闸管低,不会换相失败,开关频率高,,适合于较低电压,较小功率的直流输电。受端系统无需提供外部交流电网电压作为换相电压,无需补偿大量的无功功率,其无功功率可控。

1.电力系统输电概况

1.1目前国外电网发展概况

全世界有几大电网:欧洲电网(频率50Hz,最高电压1000kV);美加电网(频率为60赫兹,美国AEP研究的是1500kV,美国的BPA研究的是1100kV,后者研究的最高电压1200kV);独联体电网(前苏联电网频率50赫兹,最高电压是1150kV);日本电网(关东的东京电力是50Hz,关西的大阪电力是60Hz,最高电压是1000kV)。

1997年柔性直流输电有在瑞典的中部投运,采用IGBT技术,输电容量3MW,电压±110kV,输送距离10km。到目前全世界已建了11个工程,分布在瑞典、澳大利亚、挪威、丹麦、美国等国家。2002年8月美国建成了最大柔性直流输送工程,输送容量为330MW,±150kV,输送距离40km。

目前世界上电网的发展为两大趋势:其一是统一或联合的特高压电网;其二是分布发电与交互式供电的分散智能电网。

1.2目前我国电力系统输电概况

目前我国电能传输形式有交流和直流输电形式。从电压高低来分主要有交流高压输电(35kV~220kV)、超高压输电(330kV~500kV)和特高压输电(1000kV)。直流输电有柔性直流(±30kV ~±200kV)、超高压直流(±500kV)和特高压直流输电(±800kV)。

1.2.1柔性直流输电状况

试验性柔性直流输电有我国自己制造的,主要用于向舟山群岛供电的1987年12月舟山投入的第一项跨海直流输电试验工程,额定电压100kV,额定输送功率50MW。有我国自己制造的小功率跨海直流输电,主要用于向上海嵊泗岛宝钢矿石码头供电的2003年试验工程正式投入运行的嵊泗直流输电工程,额定直流电压±50 kV,额定输送功率双极60MW,采用双极海水回路。

商业运行的柔性直流输电有2011年上海南汇柔性直流输电工程,额定电压±30kV,额定输出电流0.3kA,额定输出功率18MVA的。2013年南方电网的南澳风电场多端(四端)柔性直流输电工程,额定电压±160kV,三个换流站的容量分别是5万千瓦、10万千瓦和20万千瓦。在建的有舟山工程多端(五端)柔性直流输电工程,额定电压±200kV。国网还计划在上海将建设一座接纳海上风电的换流站。我国国家电网公司是继ABB、西门子之后全球第三家掌握柔性直流输电的技术的公司。

1.2.2超高压直流输电状况

(见表1)

1.2.3特高压直流输电状况

2010年5月云南――广东第一回特高压直流输电工程,输电额定电压±800kV,额定电流3.125kA,额定输送功率5000MW,全长1450km。

2011年向家坝――上海特高压直流输电工程,输电额定电压±800kV,额定电流4kA,额定输送功率6400MW,全长2034km。

2012年8月银屏――苏南(四川西昌――江苏苏南)特高压直流输电工程,输电额定电压±800kV,额定电流4kA,额定输送功率6400MW,全长2093km。

2. 背靠背直流输电

直流输电形式分直流单极输电,一般为负极;直流同极输电,一般也为负极;直流双极输电,我国采用此直流输电形式;非同期联络线,即所谓的背靠背输电。

我国背靠背直流输电有2005年7月灵宝(西北电网东侧330kV――华中电网西侧220kV)背靠背直流输电,输电额定电压±120kV,额定电流3kA,额定输送功率360MW。灵宝换流站站址位于三门峡市。

2012年1月1日,中俄直流联网黑河背靠背换流站500kV工程投入试运行。中俄直流背靠背联网工程于2007.7.26开工,2008年8月停滞,2011年5月恢复重建。黑河换流站工程是中俄直流背靠背联网工程的重要组成部分,该换流站与俄罗斯远东电网500千伏阿穆尔变电站和黑龙江电网500千伏兴福变电站相连接。

2012年11月6日东北---华北背靠背扩建直流输电,输电额定电压±500kV,额定电流3kA,额定输送功率1500MW,单级750MW。2008年投入运行时的电压时125kV。

3. “柔性”直流输电解决了风力并网和系统稳定问题

3.1风力发电特点

风力发电的特点是输出功率随风力大小改变而改变,出力是随机的。风电出力风力一般要大于3m/s才能发电,风力过于小,或风力过大,如台风是不可能发电的。由于风力发电特点,风电并网就存在问题。

3.2电力系统运行稳定问题

我国各大电网一般都是交流并网,系统稳定是系统运行安全、优质、经济运行的重要前提。电力系统运行的稳定性标志是系统所有的发电机都要有相同的电角度,则表征稳定的系统运行参数的电压、电流、功率等基本不变。稳定性性问题受到电网结构,电源布局,电压高低,输电距离,输电容量,并网,解列,事故跳闸等诸多因素影响。电力系统的运行稳定问题分为静态稳定、暂态稳定和动态稳定。

静态稳定性是指正常运行的电力系统受到微小的、瞬时出现但又立即消失的扰动(如:负荷的微小波动,微风吹过输电线路等)后,能恢复到它原有的运行状况能力。暂态稳定性是指正常运行的电力系统受大的、瞬时出现但又立即消失的扰动(如短路故障等)后,能过渡到新的或恢复到它原有的运行状况能力。动态稳定是正常运行的电力系统受到扰动,无论大或小,在自动装置的作用下,能趋于稳定的能力。

3.3“柔性”直流输电解决了风力并网和系统稳定问题

3.3.1“柔性”直流输电技术

“柔性”直流输电换流器主要采用IGBT绝缘栅双极型晶体管组成的电压源换流器(VSC)技术,IGBT绝缘栅双极型晶体管是先进的大功率电力电子器件,它可以依据电网需要,快捷灵活地改变电能输送的大小和方向,来达到更优质的电能质量。

多端柔性直流输电系统模块化多电平(MMC)技术,可灵活接入风能、太阳能、地热能、小水电等多个站点的清洁能源,通过电力传输通道,即通过输电线路到达多个城市的负荷中心。为新能源并网,特别是我国迅速发展的风电并网问题、大型城市供电问题以及孤岛供电问题等提供了一种有效的解决方案。

3.3.2柔性直流输电的优点解决了风力并网和系统稳定问题

风电出力的不稳定就是对系统的不断的扰动,系统能否稳定是关键问题,对系统的稳定性造成威胁。稳定运行一旦被破坏,系统将被解列,将形成大面积停电。

柔性直流输电最大优点是能够快速灵活的调节其输出的有功功率和无功功率,可以独立的控制其输出电压的幅值、相位,它解决了并网对系统稳定威胁问题;它启动时不需要本地电源支撑;柔性直流输电具有良好的电网故障后的快速恢复控制能力,可以作为系统恢复电源。有专家形象地说:“柔性直流输电技术就像在川流不息的江河上建造一个水库,既能接收上游河道的来水,又可以很从容的控制下游水的流量。”

柔性直流输电技术应用,对新能源风力发电场这间歇式电源并网的问题得到了解决,大幅改善大规模风电场并网性能,保障了新能源发电尤其是风力发电的迅速发展。经过十几年的国内外运行经验表明,柔性直流输电技术是国际公认的最具有技术优势的风电场并网方案。可见柔性直流输电技术肯定是海上风电并网的唯一的最佳的方式,也是海上孤岛供电等偏远地区供电的最佳方案。

2013年12月30日国网福建电力的厦门柔性直流输电科技示范工程获厦门市发改委核准批复核准。额度直流电压±320千伏,额度输送容量1000兆瓦,直流线路10.3km,由翔安彭厝换流站、湖里湖边换流站,建成后将极大提高厦门岛内供电能力和供电可靠性。

4.结论

柔性(轻型)直流输电解决了新能源尤其是风电并网系统稳定问题;超高压直流输电解决了大功率远距离输电和系统稳定性问题;特高压直流输电解决了输电线路特别长,输送容量特别大的电能传输问题的系统问题;背靠背直流输电,解决了短距离非同步的联网传输的系统稳定性问题。柔性直流输电是采用先进的电压源换流器VSC技术,是目前公认的风电并网消纳的最佳输电方式,解决了风力发电上网对系统稳定造成的威胁问题。柔性直流输电是智能电网发展的必然。

参考文献:

[1]高压直流输电技术发展状况,中国电力科学研究院,曾南超 中华机械网

[2]宁东-山东±660千伏直流输电工程建成投运2011-03-02,来源:新华网山东频道

[3]上海南汇风电场柔性直流输电工程25日正式投入运行,2011年7月26 上海政务网

[4]世界首个多端柔性直流输电工程建成,南方电网,2013.12.25

[5]俄第三条跨国输电工程竣工 年供电43亿千瓦,2010年12月05日 18:14 来源:中国新闻网

[6]中俄直流联网黑河背靠背换流站工程投入试运行,国家电网公司2012.1.1

[7]中俄直流背靠背联网输电工程进入调试投运阶段2011.11.15,来源:新华网黑龙江频道

[8]中俄直流背靠背联网工程黑河换流站开工,2007-07-27 东北网黑龙江频道

[9]国网福建电力:厦门柔性直流输电科技示范工程获核准2014-.01.02 来源国家电网公司,国网福建省电力有限公司作者:方朝雄 姜文瑾

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