孫 梅

（湖南常德職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 常德 415000）

論數(shù)控線性電源設(shè)計的有效方式

孫 梅

（湖南常德職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 常德 415000）

隨著科技的不斷進步，電子設(shè)備越來越智能化。而電源在這些設(shè)備中都充當著重要的角色，因此對電源的數(shù)字化控制的要求必然也越來越高。文章以STC12C5A60S2單片機為核心主控制器，采用8位輸出電流信號的 轉(zhuǎn)換器 以及運放OP07等設(shè)計一個輸出電壓的 轉(zhuǎn)換器，電壓輸出范圍0-5V。同時利用功率三極管2N3055的電流放大作用，提高帶負載能力，并且在系統(tǒng)中采用串聯(lián)電壓負反饋電路，使功率三極管能穩(wěn)定輸出電壓。

數(shù)控電源；線性穩(wěn)壓；運放；單片

數(shù)控線性電源能彌補傳統(tǒng)電源技術(shù)上一些不足，提高可控制度以及輸出精度。在功能方面，數(shù)控線性直流穩(wěn)壓電源能輸出預(yù)置電壓，其調(diào)節(jié)精度和調(diào)節(jié)步進值可通過程序編寫；輸入通過全波整流，低通濾波可達到穩(wěn)定的輸入要求，紋波低諧波少能使電壓更加穩(wěn)定，輸出通過閉環(huán)回路調(diào)節(jié)穩(wěn)定電壓輸出。

1　系統(tǒng)設(shè)計方案

1.1電源模塊的方案設(shè)計與論證

數(shù)控線性直流電源輸入為AC 220V。因此，電源模塊必須將AC220V轉(zhuǎn)換為DC12V，作為系統(tǒng)的最大輸出電壓。從系統(tǒng)輸出要求考慮，設(shè)計出兩種可行的設(shè)計方案。方案一：AC220V經(jīng)220V/18V變壓器降壓后得AC18V，再經(jīng)過全波整流和低通濾波后得到DC±25V。經(jīng)過穩(wěn)壓管LM7812、LM7912后變成DC±12V，作為運放OP07的雙端電壓和系統(tǒng)給的最大輸出電壓。但本課題研究的輸出電壓為0-12V可調(diào)，由于功率三級管受等效電阻影響，導(dǎo)致輸出電壓最大值＜12V。因此采用LM7815和LM7915轉(zhuǎn)換±25V為±15V直流電，可使功率三極管輸出實現(xiàn)0-12V可調(diào)。受三端穩(wěn)壓管等效電阻影響，導(dǎo)致功率三極管的電源調(diào)整率變低，降低了設(shè)備的帶負載能力。

方案二：AC 220V經(jīng)220V/12V變壓器降壓后得AC 12V，再經(jīng)過全波整流和低通濾波后可得到DC±17V，作為運放OP07的雙端電壓和系統(tǒng)給的最大輸出電壓。另外±17V經(jīng)過LM7805、LM7905后得到±5V分別作為輔助電源，以供單片機和 轉(zhuǎn)換器使用。此方案是在方案一的基礎(chǔ)上加以修改，不僅使功率三級管的輸出電壓實現(xiàn)0-12V可調(diào)，避免了輸出電壓受三端穩(wěn)壓管等效電阻的影響，提高了輸出電壓調(diào)整率，輸出功率最大達到28W。其結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

圖1　電源模塊方案二結(jié)構(gòu)框圖

從兩種方案的實踐性和可操作性入手，方案二更加符合設(shè)計要求和課題要求，不僅調(diào)高輸出電源的可調(diào)寬度，而且提高了設(shè)備的帶負載能力。

1.2主控單元的方案設(shè)計與論證

方案一：采用12C系列的單片機作為主控單元，利用PWM占空比來控制相應(yīng)GPIO的輸出電壓，再與反饋的電壓經(jīng)過運放比較放大后，作用在調(diào)整管2N3055的基極，從而使系統(tǒng)的的輸出電壓趨于穩(wěn)定。單片機采用PWM來調(diào)節(jié)GPIO的輸出電壓，具有低功耗，高效率，調(diào)整范圍寬，設(shè)計電路靈活多變。采用PWM占空比來調(diào)節(jié)三極管的導(dǎo)通與關(guān)斷，間接的改變穩(wěn)壓模塊中運算放大器的輸入電壓，從而改變2N3055的基極電壓，實現(xiàn)輸出電壓可調(diào)。但在電路調(diào)試過程中，因為PWM的輸出的電壓是方波電壓，且不穩(wěn)定，所以利用電容濾去PWM的方波電壓。通過D/A采樣和電容濾波之后，利用單片機輸出的PWM占空比用以調(diào)整輸出的電壓大小，可達到電壓的穩(wěn)定輸出。但整體的一個設(shè)計思路在理想方式下是可行的，但在實際的調(diào)試工作中，采用PWM占空比輸出電壓來控制功率三極管的輸出電壓不但造成輸出激變，而且在整個控制過程中增加了單片機的數(shù)據(jù)處理時間，導(dǎo)致數(shù)控變化與與電源變化之間的延時增加，從而影響電源可調(diào)的時效性。

方案二：DAC0832與運放OP07組合成電壓信號轉(zhuǎn)換器。DAC0832把單片機的數(shù)字變化量轉(zhuǎn)換為電流變化量，在經(jīng)過運算放大器OP07后裝換為電壓變化量，與反饋的電壓相比較，經(jīng)過運放比較放大后，作用在功率管2N3055的基極，從而使系統(tǒng)的輸出電壓趨于穩(wěn)定。此方案不僅減少了單片機處理數(shù)據(jù)的時間，而且使單片機的數(shù)字變化與D/A輸出電壓的比例固定，穩(wěn)定了輸出電壓。提高了數(shù)控的效率和電壓的輸出精度。

2　系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.1電源模塊設(shè)計方案

通過對本課題設(shè)計方案的研究，數(shù)控線性電源采用以下方案進行系統(tǒng)設(shè)計：電源模塊、主控單元和穩(wěn)壓模塊均采用方案二進行系統(tǒng)設(shè)計，而過流保護則采用方案一。電源模塊輸入AC220V，經(jīng)220V/12V變壓器降壓、全波整流和低通濾波后得到DC±17V。而對于輔助電源和基準電壓則利用三端穩(wěn)壓管LM7805和LM7905穩(wěn)壓后得到±5V電壓。但由于三端穩(wěn)壓管LM7805和LM7905的極限輸入電壓為36V，考慮到輸出與輸入之間的壓差會帶來功率損耗，輸入電壓范圍為9-15V為佳。因此±17V電壓需要經(jīng)過LM7815和LM7915后得到±15V作為LM7805和LM7905的輸入電壓。

2.2控制單元設(shè)計方案

控制單元是由單片機、鍵盤模塊、LCD顯示模塊、D/A轉(zhuǎn)換模塊組成，以單片機為核心，其他模塊為輔助構(gòu)成的控制單元。單片機作為主控端，接受各個輔助模塊的數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸可電壓的控制。當鍵盤模塊工作使單片機的GPIO狀態(tài)發(fā)生改變時，單片機通過記錄GPIO電平狀態(tài)的變化，數(shù)據(jù)處理后傳送至D/A轉(zhuǎn)換模塊以轉(zhuǎn)換出相應(yīng)的電壓，DAC0832的基準電壓為-5V，輸出電流為負電流信號，經(jīng)運放OP07反向輸入后轉(zhuǎn)換為正電壓信號，與反饋我國為15m。

3　道路照明設(shè)計節(jié)能措施

3.1采用光源降壓-穩(wěn)壓-調(diào)光技術(shù)

光源降壓-穩(wěn)壓-調(diào)光技術(shù)，既可以保證道路照明的效率，又可以在很大程度上節(jié)約用電量。其主要原理就是適當降低照明燈具的電壓及照度，這種做法不僅不會影響駕駛員或者行人的視覺，還可以有效節(jié)約能量，延長燈具的使用壽命，然而，該技術(shù)的使用必須結(jié)合道路照明系統(tǒng)的實際情況，不能隨意使用。在已經(jīng)考慮到實際情況的基礎(chǔ)上，通過降壓、穩(wěn)壓和調(diào)光幾個步驟，將理論與實踐聯(lián)系起來，在車輛集中，行人較多的地方保證照明強度滿足標準要求，相反，就可以在恰當?shù)臅r間段啟動調(diào)光機制，調(diào)節(jié)照明亮度，達到節(jié)約能量的效果。雖然現(xiàn)階段的節(jié)能產(chǎn)品種類非常多，但總體上來說，降壓節(jié)電型燈具仍然是照明系統(tǒng)的節(jié)能主流。

3.2合理劃分配電回路、保證負荷之間的平衡

在照明系統(tǒng)供電方式的選擇上，可以使用三相供電的方式，然而這種方式最大的缺點就是，一旦三相負荷不平衡，就有可能導(dǎo)致線路損耗的出現(xiàn)，造成能源的浪費。所以，為了盡可能的節(jié)約能源，就必須保證三相負荷的平衡。當三相負荷出現(xiàn)不平衡的狀態(tài)，中性線中的電流就會偏大，長時間下去就會產(chǎn)生大量的熱量，中性線發(fā)熱，可能引起線路故障，嚴重的甚至引發(fā)火宅。由此可見，三相電負載的平衡非常重要，設(shè)計中，應(yīng)該按照標準規(guī)劃線路承載量，每相回路的負荷進行合理的分配，保證三相負荷處于平衡狀態(tài)。

4　結(jié)束語

總之，在道路照明系統(tǒng)的設(shè)計中，要想取得較好的照明效果，獲得良好的節(jié)能功效，設(shè)計人員就必須提高自身的專業(yè)素養(yǎng)，積累豐富的設(shè)計經(jīng)驗，投入十足的工作激情，端正工作態(tài)度。在照明系統(tǒng)的設(shè)計中，重視燈具的布置、光源的選擇、路燈高度設(shè)計等等，保證照明系統(tǒng)科學(xué)、完整、安全，促進城市的發(fā)展，維護城市的和諧，為人們的夜間或者不良天氣的行駛中提供保證，確保行車安全。

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