文 献 综 述

电源技术尤其是数控电源技术是一门实践性很强的工程技术，服于各行各业。电力电子技术是电能的最佳应用技术之一。当今电源技术融合了电气、电子、系统集成、控制理论、材料等诸多学科领域。随着计算机和通讯技术发展而来的现代信息技术革命，给电力电子技术提供了广阔的发展前景，同时也给电源提出了更高的要求。随着数控电源在电子装置中的普遍使用，普通电源在工作时产生的误差，会影响整个系统的精确度。电源在使用时会造成很多不良后果，世界各国纷纷对电源产品提出了不同要求并制定了一系列的产品精度标准。只有满足产品标准，才能够进入市场。随着经济全球化的发展，满足国际标准的产品才能获得进出的通行证。数控电源是从80年代才真正的发展起来的，期间系统的电力电子理论开始建立。这些理论为其后来的发展提供了一个良好的基础。在以后的一段时间里，数控电源技术有了长足的发展。但其产品存在数控程度达不到要求、分辨率不高、功率密度比较低、可靠性较差的缺点。因此数控电源主要的发展方向，是针对上述缺点不断加以改善。单片机技术及电压转换模块的出现为精确数控电源的发展提供了有利的条件。新的变换技术和控制理论的不断发展，各种类型专用集成电路、数字信号处理器件的研制应用，到90年代，己出现了数控精度达到0.05V的数控电源，功率密度达到每立方英寸50W的数控电源。从组成上，数控电源可分成器件、主电路与控制等三部分。目前在电力电子器件方面，几乎都为旋纽开关调节电压，调节精度不高，而且经常跳变，使用麻烦。

数字化智能电源模块是针对传统智能电源模块的不足提出的，数字化能够少生产过程中的不确定因素和人为参与的环节数，有效地解决电源模块中诸如可靠性、智能化和产品一致性等工程问题，极大地提高生产效率和产品的可维护性。

电源采用数字控制，具有以下明显优点

1) 易于采用先进的控制方法和智能控制策略，使电源模块的智能化程度更高，性能更完美。

2) 控制灵活，系统升级方便，甚至可以在线修改控制算法，而不必改动硬件线路。

3) 控制系统的可靠性提高，易于标准化，可以针对不同的系统(或不同型号的产品)，采用统一的控制板，而只是对控制软件做一些调整即可。

4) 系统维护方便。一旦出现故障，可以很方便地通过RS232接口或RS485接口或USB接口进行调试，故障查询，历史记录查询，故障诊断，软件修复，甚至控制参数的在线修改、调试，也可以通过MODEM进行远程操作。

5) 系统的一致性好，成本低，生产制造方便。由于控制软件不同于模拟器件那样存在差异，因此，数控电源的一致性很好。由于采用软件控制，控制板的体积将大大减小，生产成本下降。

6) 易组成高可靠性的多模块逆变电源并联运行系统。为了得到高性能的并联运行逆变电源系统，每个并联运行的逆变电源单元模块都采用全数字化控制，易于在模块之间更好地进行均流控制和通讯或者在模块中实现复杂的均流控制算法(不需要通讯)，从而实现高可靠性、高冗余度的逆变电源并联运行系统。

随着科学技术的不断发展,特别是计算机技术的突飞猛进,现代工业应用的工控产品均需要有低纹波、宽调整范围的高压电源,特别是在一些高能物理领域,急需电脑或单片机控制的低纹波、宽调整范围的电源。

数控电压源具有操作方便，电压稳定度高的特点。本设计以STC89C52为控制芯片，通过键盘输入给定值，以数模转换器TLC5615将数字量转换成模拟量，输出参考电压，通过运放将TLC5615输出的模拟电压值放大，以该参考电压控制三极管扩流电路以输出电压。此设计输出电压范围为0-9.9V，可以达到每步0.1V的精度，电流可以达到2A，并可由LCD1602显示实际输出电压值。该电路硬件具有设计简单，应用广泛，精度较高，使用方便等特点。

系统原理框图如图1所示。

图1 系统原理框图

采用AT89C52单片机作为整机的控制单元，通过改变D/A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，间接地改变输出电流的大小。为了能够使系统具备检测实际输出电流值的大小，可以将电流通过取样电阻转换成电压，并经过A/D转换器(MAX197)进行模/数转换，间接用单片机对电压进行采样，然后进行数据处理及显示。

1. 键盘与显示电路

使用单片机作为这一控制的核心，单片机与键盘相连，采用查询方式，由键盘控制输入电流，同时也由键盘进行控制其步进调整功能。显示器LCD选用1602B，具有体积小、质量轻、功耗低等优点，单片机四条数据线与其相连，数据分两次传送；两条控制线E、R/S控制LCD的显示。键盘与显示电路原理图如图2所示。

图2 键盘与显示电路

2. 如何实现D/A、A/D的转换

根据课题要求输出电流范围为20mA～2000mA、步进为1mA，需要至少有1980个状态2n＞1980，n≤11，为了达到系统的控制精度，选取12位D/A。具体电路接口如图3所示。

图3 D/A转换电路

D/A转换器选用TLV5618，它是串行输入可编程双路12位D/A转换器。该器件仅有8个引脚，但精度可以达到0.5mV。AT89C52单片机控制它只需要三个引脚，非常方便。该芯片内部有两个12位CMOS电压输出DAC，双缓冲结构使双路输出（OUTA和OUTB）可同时更新， 5V单电源工作。选典型参考电压2.048V，输出电压公式为：

Vo=2#215;V ref #215;（n/2048） （3-1）

其输出电压范围为：0～4.096V。

A/D转换电路如图4所示：

图4 A/D转换电路

A/D转换器选用MAX197芯片，MAX197一种通用A/D芯片，可以和多种微机接口，在此选用AT89C52单片机作为主处理器。通过AT89C52的P0.0~P0.7与MAX197的D0~D7相连，既用于输入MAX197的初始化控制，也用于读取转换结果数据。

A/D转换器(MAX197)将采样电阻上的电压转换成数字信号反馈给单片机，单片机将此反馈信号与预置值比较，根据两者间的差值调整输出信号大小。这样就形成了反馈调节，提高输出电流的精度。同时，A/D采样回来的电流经过单片机处理传送到LCD，显示当前的实际电流值。

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1、本课题要研究或解决的问题：

设计一款稳定性好、精度高、输出可预置的直流电流源。直流电流源设计的具体参数要求：

（1）输出电流范围：20mA～2000mA；

（2）可设置并显示输出电流给定值，要求输出电流与给定值偏差的绝对值小于等于给定值的1％ 10 mA；

（3）具有” ”、”-”步进调整功能，步进≤10mA；

（4）改变负载电阻，输出电压在10V以内变化时，要求输出电流变化的绝对值≤输出电流值的1％ 10 mA；

（5）纹波电流≤2mA；

2、研究手段：

本设计准备采用AT89C52作为直流电流源的控制核心, 为了实现电流设置、控制、输出、测量和显示。该直流电流源由电流源模块、测量模块、数控模块、显示模块构成。电流源模准备块采用集成运放和大功率复合管构成的闭环电压深度负反馈电路。测量模块准备由双积分型高精度A/D来测量取样电阻上的电压值进而转化为电流值来完成。数控模块准备以单片机为核心控制高精度D/A的输出电压送入电流源模块，可完成对输出电流的小步进控制。通过键盘输入给定值，由D/A转换器将数字信号转换成模拟信号，经D/A输出电压作为恒流源的参考电压，用中文液晶显示输出。本设计的系统原理框图如图2所示。

图2系统原理图