基于單片機(jī)的直流電源控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王璐

（遼寧建筑職業(yè)學(xué)院，遼寧 遼陽111000）

1 概述

隨著計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代信息技術(shù)革命為電力電子技術(shù)的發(fā)展提供了廣闊的前景，同時(shí)對(duì)電源提出了更高的要求。操作期間由普通電源引起的誤差明顯影響整個(gè)系統(tǒng)的準(zhǔn)確性，并且在使用時(shí)可能導(dǎo)致許多不利后果。設(shè)計(jì)具有穩(wěn)定電壓和高輸出電壓精度的電壓控制方法是相關(guān)領(lǐng)域中的重要問題。近年來，人們不斷尋求電源輸出電壓控制解決方案。最常用的方法是連續(xù)收集電源輸出電壓值，并根據(jù)電源輸出電壓值和參考值之間的差值控制輸出電壓。操作困難，精度低。提出了一種基于單片機(jī)的電源輸出電壓控制方法。

2 基于單片機(jī)的電源輸出電壓控制方法

2.1 單片機(jī)電路設(shè)計(jì)

本文采用單片機(jī)控制電源輸出電壓。對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)，單片機(jī)的電路設(shè)計(jì)非常重要。為了保證計(jì)算能力和控制性能，節(jié)省設(shè)計(jì)成本，選用具有低能耗和高性能的STC89C52 單片機(jī)、12 位TLC2543 芯片作為AD 轉(zhuǎn)換器，它包含11 個(gè)模擬輸入通道，具有高精度，最大誤差僅為（+ 1 LSB）。

2.2 輸出電壓測(cè)量電路設(shè)計(jì)

輸出電壓由電壓傳感器收集。電壓傳感器由五個(gè)端子組成，其中兩個(gè)是主端子（±TH），其中兩個(gè)是次級(jí)端子，它們的（±TH）端子依次連接（+12V）工作電壓，B 端子是信號(hào)輸出端子。電阻器Ra 與測(cè)量的電壓和傳感器的原始端子串聯(lián)連接。串聯(lián)電阻Ra 為：

圖1 兩種方法之間控制結(jié)果的比較

在式（1）中，Ra是串聯(lián)電阻，Uc是測(cè)量電壓，Im額定輸入電流和R0是使用傳感器的原始內(nèi)阻。串聯(lián)電阻功率為：

2.3 LCD 的實(shí)現(xiàn)

本文選用RT12864 液晶屏與單片機(jī)連接。單片機(jī)P5-P12 接口和RT12864 LCD DB5-DB12 接口連接在一起，P13 和RS 連接，P14 和RW 連接，P15 和E 連接，單片機(jī)控制結(jié)果傳輸?shù)絉T12864 LCD 用于顯示。

2.4 A / D 轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)

AD 轉(zhuǎn)換電路主要負(fù)責(zé)將收集的輸出電壓和電信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。

2.5 電源輸出電壓控制

2.5.1 輸出電壓控制過程

輸出電壓和電信號(hào)由單片機(jī)控制的TLC2453 芯片連續(xù)轉(zhuǎn)換。根據(jù)獲得的電壓值，通過單片機(jī)控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)電壓，獲得電源反饋回路，控制輸出電壓穩(wěn)定在給定值。當(dāng)輸出電壓超過給定值時(shí)，MCU 將及時(shí)判斷，關(guān)閉驅(qū)動(dòng)信號(hào)并停止輸出（轉(zhuǎn)下頁）功率。輸出電壓V0為：

其中，V0是采樣電壓，Rb，Rc是采樣分壓器電阻。

2.5.2 MCU 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)輸出部分和控制部分與負(fù)載功率的傳遞函數(shù)：

電源的輸出電壓可以通過電壓反饋調(diào)節(jié)器的參數(shù)來控制。單片機(jī)控制系統(tǒng)堅(jiān)固耐用，可有效提高電源輸出電壓控制精度。

3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

為了更有效地驗(yàn)證該方法的控制性能，引入了更容易觀察到的步進(jìn)波電壓。圖1（a）描述了控制前的電源輸出電壓和階梯波電壓波形，上部波形是電源輸出電壓波形，下部波形是梯形波電壓波形。圖1（a）表明電源輸出電壓的峰值電壓值較高，波形正弦差梯波電壓在一定程度上波動(dòng)。

在實(shí)驗(yàn)中，Jacoby 矩陣方法用作比較以進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試。對(duì)于圖1（a）所示的電壓波形，這兩種方法用于控制電壓波形，控制結(jié)果如圖1（b）（c）所示。

分析圖1（b）（c）表明，當(dāng)雅可比矩陣法用于控制電源的輸出電壓和階躍波電壓時(shí)，輸出電壓的高頻峰值電壓基本消除，輸出電壓的正弦度和步進(jìn)波電壓不好。當(dāng)該方法用于控制電源的輸出電壓和階躍波電壓時(shí)，輸出電壓的峰值電壓被完全消除，并且輸出電壓和階梯波電壓也被消除。階梯波電壓具有良好的正弦度，并且對(duì)階躍波電壓的幅度和相位的影響最小（如圖1）。

4 結(jié)論

本文提出了一種基于單片機(jī)的電源輸出電壓控制方法。給出了直流電源系統(tǒng)，電壓控制監(jiān)控電路和A / D 轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)框圖。分析了控制原理并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明，該方案的控制精度和魯棒性均高于傳統(tǒng)直流電源系統(tǒng)輸出電壓控制方法。