高精度直流电源

内容摘要：电源在各行各业中的作用显得越来越重要，与此同时，人们对电源的需求与日俱增，手机充电电源、电动自行车充电电源、电器设备的电源等。随着国际石油能源的逐渐短缺，电能的利用越来越受到国家和社会的重视，尤其是像我们这个拥用十几亿人口的大国，非可再生的能源又比较希少，而我们国家电能，比如说二滩、溪落渡还有核电站等，电能相对较充分。本次设计的“高精度直流稳压电源”提出高指标、低成本、低能耗、环保的要求。本次设计的数控稳压电源系统主要是由Micorochip公司的PIC单片机（16F873）为中心控制系统，用到了单片机中SPI和A/D转换模块；外围电路由数码显示、宽范围PWM调节、斩波控制、采样等模块组成。能够实现用户预置3.6V、4.8V、6.0V 之间的任意电压值，并且能稳定输出，同时具有恒流流、恒压、快速充电的功能，电路路还有短路保护措施。 单片机利用对CCP1模块的PWM（脉宽）调节和运算放大器（LM324）的精密配合，得到可调稳压管调整端的预置电压。本设计中利用单片机通过CCP2模块的PWM（脉宽调制）调节实现对斩波电路的控制，以达到稳压管的输入电压可以控制，从而减小可调稳压管的压降，实现对可调稳压管的保护、同进起到节能的目的。同时让其在不同的负载特性下都能保持稳定的输出，由单片机内部的 A/D转换器对要输出的电压进行采样，数码管显示值。选择低成本的器件使得设计的方案更容易在工业上实现，具有良好的实用性。 关键字：? 单片机?? 斩波器? ??PWM调节? ?A/D转换??? 数码显示?? 课题的背景 高精度输入电的可控直流电源的设计，该课题所涉及的电源系统的研究是一个电子产业的重要课题，就像人要吃饭才能生活一样，直流（稳压）电源是向所有电子设备、电子产品提供能量的部件，是其最基础的部件之一，如何提高直流电源的稳压精度、降低波系数、提高转换效率、提高可靠性、节能、环保是电源研发要解决的首要问题。由于各种蓄电池的充电方式不完全相同，这样给电源的设计代来一定困难，特别是像本文将要介绍的高精度、连续变化的、自适应程控电源，市场上还为数不多。 ???? 本人在实习、实践中了解到研发一个高效的一机多用且有较高技术含量的直流充电电源有很大的实用意义。该电源可设计成一个能为3.6V、4.8V、6V等蓄电池充电，包括锂电池、镍氢电池、镍镉电池，具有过充、欠充、短路保护及相关状态显示。是智能型电源。 1.1.2研究的目的和意义 本课题为智能型电源，特别是用于蓄电池充电时，要完成快速充电，恒压充电，自动保护等管理项目，输出电压的精度要准确，无误，输出电流要满足要求，着得围绕系统的智能性、可靠性、安全性、节能环保来展天设计。 ??? 本课题由于用到微处理器来完成智能管理，工程应用性非常强，可以对常用的蓄电池充池，也可用其它满足要求的电子产品供电。 本课题在设计过程中会用蓄电池、微处理器的开发装置和相关电子元器件。 1.2国内外研究现状及发展 1.2.1高精度稳压电源的研究现状 ?? 目前这种高精度的稳压电源，比如给手机充电的电源和其它蓄电池充电的电源大都采用开关电源，输出电源单一，不可调节，更不用说连续调节，且纹波不易调节，只适合于数字电路中使用。本电路设计，利用高精度线性稳压电源，可很好的解决上述问题。 1.2.2高精度稳压电源的发展 ?? 随着国际电子行业的飞速发展，和世界能源逐渐的减少，电能的发展会更发迅猛，当然只要涉及到电，就少不了电源，电源会更环保化、节能化、大功率化、低内阻、低纹波化、线性更稳定。 设计的要求及功能说明 ???? 本课题要求输出电压为3.6V、4.8V、6.0V,三路电压输出，要求输出电压可以恒压充电、恒流充电、快速充电。 设计的思路为：在达到性能指标的前提之下，体现出人性化的思想，同时选择低价位的通用元器件来设计制作电路。在这当中，电路应该是简单、可靠、稳定，最重要的是有实用的价值，容易在工业中实现。 ??? ?针对以上的要求，我们最终选择用单片机（16F873）来作为控制部件，采用人性化的按键来实现置数，把置数的值经过单片机的处理，通过单片机的CCP1端口与具有PWM调节功能的运算放大器的电路相连、CCP2的端口与展波器、可调稳压管和扩流器组成的电路相连来输出参考电压，在用A/D转换器来对此时输出电压值进行，使得数显的值和所置的电压时时保持一致，这样就保证了显示的值的真实性，且具有过流保护作用。于是我们的设计中应包括：数字控制模块、A/D转换采样模块、PWM调节控制模块、具有D/A转换功能的PWM调节模块、数显部分和辅助电源模块。只要电路设计得当，器件优化配置，是能够做好的。而完成这些部分的电路和芯片都很多，而合理的设计及选择设计电路则是完成设计的关键所在。 2.2系统电源模块? 该方案在控制部分采用了PIC16F87系列的单片机，它内部含有A/D转换功能并且其功能比其它系列的单片机强大，而人性化的按键采用的是步进置数，也无需用其它芯片搭接外围电路，利用单片机内部RB端口，简化了电路结构。输出部分也不再采用传统的调整管方式，而是通过单片机的CCP1端口去控制具有D/A转换功能的PWM调节电路模块，CCP2模块的PWM调节控制斩波电路，再经过扩流器和可调稳压管（LM317）与CCP1模块的PWM调节电路的精密配合输出参考电压，同时为了使显示的数据和所置的电压始终保持一致，在输出的参考电压后面增加了两个A/D转换的采样电路，一个用于使显示的数据与所置电压保持一致；另一个用于电流采样，起过流保护作用。再经过单片机的动态调整，充分的解决了这个问题。因为使用了单片机技术，使得整个系统可编程化增加，从而系统的灵活性得到了大大提高，控制精度高，人工干预自由度大，对功能扩展、升级余地大，兼容性强，从而使得整个系统易于制作、生产，同时成本也较低。