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    直流電源主要硬件電路設計

    作者:admin 瀏覽量:141 來源:本站 時間:2022-03-21 15:44:28

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    1、微處理器單元

    微處理器單元是系統的控制核心,主要完成機械式按鍵、旋鈕和觸控顯示單元的輸入采集和輸出顯示控制,具體控制電路如圖所示。本設計中選用ST公司基于ARM32位Cortex-M3內核的STM32F103VCT6芯片,其較高工作頻率為72MHz,最大速度可達90MIPS,芯片內部集成兩個12位A/D轉換器和兩個12位D/A轉換器,使得外圍電路設計得以簡化,并且可以滿足最小輸出電壓/電流分辨率要求。

    2、輸出電壓/電流采集電路

    輸出電壓/電流采集電路如圖所示。輸出電壓采集由運算放大器構成的差分衰減電路完成,運放選用OP07,其輸入失調電壓極低,可以保證電源輸出精度。兩差分輸入端實時采樣輸出電壓并按比例衰減,一路低通濾波后接至微處理器內部集成的A/D轉換器,另一路接至電壓誤差放大電路。為保證衰減系數的準確性,R28、R17、R31和R15均為高精度、低溫漂電阻,電源輸出電壓在0~30V內調節時,電壓采樣值在0~2.44V內同步線性變化。

    輸出電流采集是由運放構成的同相放大電路完成的。R47為5W大功率、低溫漂精密電阻,阻值為0.05Ω,由其實現0~4A電流值到0~0.2V電壓值的線性轉換,取樣電阻兩端電壓信號經放大,一路低通濾波后接至微處理器內部集成的A/D轉換器,另一路接至電流誤差放大電路。

    3、電壓/電流誤差放大電路設計

    當該電源工作于恒壓模式時,電流反饋回路只起限流作用,當實際輸出電流值小于設定限流值時電流誤差放大器工作在正飽和區,電壓誤差放大器工作在線性區。當負載變動使得輸出電壓瞬間略有上升時,電壓誤差放大電路的輸出使得MOSFET管柵源極間電壓減小,其導通程度隨之減小,從而降低輸出電壓,直到實際輸出電壓等于設定電壓;當負載變化使得輸出電壓瞬間略有下降時,電壓誤差放大電路的輸出將增大MOSFET管的導通程度,使輸出電壓增大并最終等于設定電壓。

    該電源工作于恒流模式時,電流誤差放大電路的調節原理同上。

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    4、調整管溫度采集電路

    系統設計中,調整管溫度采集電路主要有兩個作用:(1)為系統過熱保護提供實時溫度數據,當溫度小于35℃時關閉散熱風扇,溫度大于55℃且小于80℃時打開風扇,溫度超過80℃時關閉電源輸出;(2)為電壓輸出值的誤差補償提供參數:調整管溫度或負載電流大范圍變化時電源輸出電壓精度會受到影響,系統采用二維線性差值算法進行補償以實現高精度輸出,調整管溫度是算法的重要參數之一。

    本系統選用LM35芯片實現調整管溫度的實時采集,該芯片具有使用方便、線性度高、測量溫度范圍廣、自發熱小等諸多優點,同時該芯片在使用時免調試、免標定、接線簡單、輸出阻抗低。

    5、為了滿足部分場合的常規電壓應用需求,借助于穩壓開關電源模塊對220V交流電進行AC-DC變換得到±15V直流輸出,再經過直流電源轉換電路,實現3.3V/3A、5V/3A以及±12V/1A4路固定電壓輸出。3.3V和5V直流電源的實現選用的是美國國家半導體公司(NationalSemiconductor)的LM2596,該開關電壓調節器是降壓型電源管理單片集成電路,最大能夠輸出3A驅動電流,同時具有很好的線性和負載調節能力。LM2596有多種固定輸出版本,本設計的3.3V電源和5V電源分別選用LM2596-3.3和LM2596-5.0,其外圍電路配置簡單,±12V電源則選用常規的7812和7912三端穩壓器電路設計。


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