直流电源的均流_直流电源的均流
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直流电源的均流
摘要
直流稳压电源的原理和设计：市电经功率变换后，分成既可相互独立又可并联组合的两路直流稳压电源。输出电压可在1.8V—5.8V之间连续调节。当两路并联时能够自动均衡电流，并用STC12C5A60S2作为控制核心，系统可以输出最大电流、实际电压和输出电压实时显示出来。
一、作品简介
设计并制作直流稳压电源，两路电源可独立使用，也可以组合使用。两路并联输出，可自动实现输出电流均衡。
指标完成情况：
1)作品没能实现采用红外遥控对输出参数进行调整。
2)单路输出电压可在1.8V~6.0V之间以任意调节，由于DA部分出了一点状况，所以只能通过调节电位器来改变输出电压的值。
3)典型输入电压为5V，负载在10%~100%变化时，负载效应小于±0.5‰； 由于没有功率电阻，所以没有测试，最大输出电流也没能测试。4)满负载时纹波在5m以内；
未进行纹波测试，在实验过程中所得到的方波波形毛刺很大。通过增加滤波电容，效果也并不明显。
图 1.1 作品实物图
二、硬件电路
（一）硬件电路的焊接
根据所给实训题的报告，在仔细阅读了报告之后，我们首先将需要购买的元器件罗列出来，待一些基本的元器件买回后，就开始了焊接。同时开始了原理图的绘制，和程序的设计。
由于这次的硬件电路主要是两路可均流的DC/DC变换器，所以整个电路是相当对称的，在设计硬件电路时，我们很注意电路的对称布局的。可是因为芯片和电感是在网上购买的，我们只需要根据芯片的封装焊接上芯片座或者预留出足够大的位置就可以了。整个电路焊接好之后也算是美观。只等芯片回来进行调试了。可是在网上购买的芯片有很多是贴片的，我们只有把芯片引脚通过跳线引出来，也顾不上电路的美观了，在这个过程中，贴片芯片的焊接也显得尤为重要。
（二）硬件电路的调试
SG3524和MC34152是直插式的芯片，所以我们最先调试的这部分电路，给两芯片给8.5V的VCC，MC34152的5脚输出一个方波，用来控制开关管的导通或截止。通过调节SG3524芯片2脚的输入电压，可以任意改动方波的占空比。单片机可以通过DA来控制2脚电压实现数控。
我们只能用实验室已有的磁环和漆包线自己绕制，不知道电感的大小，但是通过调节反馈电阻也可以进行调试。接下来进行调试的是将12V的电压通过TPS5430和降压电路得到一个8.5V的电压，TPS5430是贴片的，将它焊接在多功能板上，通过跳线将引脚引出来。在调试过程中遇到一点问题，通过万用表发现电感的左端电压是对的，而电感的右端电压却很小，才猛然发现是因为漆包线不导电，在焊接时需要将漆刮去一部分。刮去之后就电路就已经调通了，通过调节反馈电阻可以改变输出电压的大小，我们将输出电压调至8.5V，为部分芯片提供电源。将8.5V的电压供给SG3525和MC34152芯片，在MC34152的5脚输出PWM波。这部分的两路电路采用同样的调试方式，均已调通。
将市电通过变压器得到12V的交流电，再通过整流滤波得到12V左右的直流电，输入给TPS5430，最终输出了PWM波，调试进行到这里还算顺利。只是输出的PWM波毛刺太多，本来想加个小电容滤波，但是不知道碰到哪根线过后，整个波形就没有了，之后发现MC34152芯片发烫了，通过万用表我们检查出是因为飞线有短路，但是不清楚为什么在之前的调试中没有短路现在又突然出现短路。将电路改正后，还是没有波形，经过芯片的替代，确定芯片已经坏了。在之后的调试中，我们变得更加小心了，每次通电之前都必然挨着芯片，如果芯片有一点发烫就立即断电，以保证芯片不会被烧。
开关电源部分由于没有隔离变压器，所以直接将MC34152输出的PWM波接到开关管的1脚，用来控制开关管导通或者截止。输出的电压可在1.8V到6.0V之间任意调动。
图 2.1 PWM波形
三、原理图和PCB 变压器输出为AC12V，经过整流后得到12V左右的直流电压，在负载变化的情况下，输出电压变化很大。电源管理芯片TPS5430输入电压范围大，效率高，选用它做两路独立8.5V输出电源。如图3.1所示：
图 3.1 功率变换原理图
SG3524是两路输出型PWM芯片，占空比有一定的限制，将两输出并联起来可以输出占空比为90%的PWM波。SG3524的16脚基准电压为5V，可以为单片机和DA芯片供电。单片机可以通过DA来控制SG3524的2脚电压实现数控。通过DA的输出端电压的改变（0.5—2.6v）来实现SG3524的2脚的输入变化进而控制PWM的占空比的不同。由于PWM的占空比的不同，可以实现MC3452的方波输出的占空比不同，进一步控制输出电压的变化（0.8—5.22v）。
图 3.2 PWM波产生原理图 两组电源独立工作时，通过各自的PWM信号控制开关管的导通和截止，在VOUT处产生1.8V—5.8V任意可调的电压，通过AD采样可在数码管上显示出来。在电源并联使用时，通过切换开关，使两个开关管由同一个PWM信号控制。由于带同一个负载，两电感的电流平均值相同。这样就是两路输出的电流波形相同，从而实现了两电路并联时的均流。
图 3.3 非耦合电感并联
通过两个阻值为0.1欧（实际采用0.2欧）的电阻对两路电流分别采样，得到电压值，用INA2126将采样的压降放大5倍。再用OP27对两个信号比较放大反馈调节从路电流，使两路电流达到相等。这种均流方式为高精度均流，在两路并联导线电阻有较大差异时都可以达到很好的均流效果。
图 3.4 闭环均流
图 3.1 PCB板
四、软件设计及注意事项
（一）外设接口
STC12C5A60S2的I/O 口使用情况：
P0：用于8位数码管的位和段的信号输入以及第一个DAC0832的数字信号输入端； P1：P10用于输出500Khz的方波供给ADC0809始终输入，P11到P14为DAC单缓冲工作方式的控制，P15和P16分别为数码管的位选和段选信号，P17为采样电压输入；
P2：作为第二个DAC0832的数字信号输入端；
P3：低两位接两路独立开关分别用于两个DAC的步进输出，P32到P37为ADC0809的控制和地址信号；
（二）内部电路的应用技巧
（1）ADC：因为ADC0809的模拟输入最大为0至VCC（大致5V），而题目要求最高达到5.8V输出，所以需要对模拟输入端进行分压，采用一定值电阻和一电位器分压，使得真实输入为0.9至2.9V，由于非线性和其他误差，尽量调节电位器使采样值靠近真实输出值。
（2）DAC:：由于输出模拟量为电流，所以需要在输出外接一运算放大器（采用可单电源供电的LM358），使得输出为模拟电压。另外由于输出电压不能高于参考电压，所以DAC0832的参考电压选用变压后的8.5V电压，即方便也可达到要求。
（3）数码管：采用两片573节约I/O口，使P0口同时为显示段和显示位提供信号。
（三）精确度分析
DAC0832为8为并行数模转换器，分辨率为1/256*Vref，当Vref为VCC（5V）时，最小分辨率约为0.02V，不满足题目要求，则使其为1/2VCC，满足步进0.01V条件。但是由前面的分析可知，输出电压不能高于参考电压，所以还是取8.5V的参考电压，则精度为0.033V。
由于芯片原因，这也没有其他办法。
（四）程序流程
图 4.1 程序流程
五、遇到的问题和解决办法
通过本次实训，我组同学学到了一些重要的知识，弥补了我们在电源设计这块的不足。电源设计的重在参数和指标，我们通过我们的努力去实现和接近，我们还是完成了基本的要求，达到了一定得目标，但是其中还是有一些遗憾。
在做PWM输出波形，焊接的短路造成了MC34152的芯片烧坏。这次焊接的失误是用导线连接两端，由于温度过高，把导线的线皮烧化而导致的。这使我们组学到了，当我们每焊接完一个芯片或者独立元件时，都要用万用表试试是不是导通，是不是短路。来提高我们的准确性。
在输出的PWM的波形中，由示波器显示，其中纹波太大。我们组讨论用换小电容的办法去测试，结果还是不行。具体原因未知，遗憾之处。
在输出的电压中，最大值只有5.22v没有达到要求中的5.8v，遗憾之处。
六、心得体会
本次实训，使我组同学受益匪浅。给我们增加了设计电源的知识和信息。我们把这一块的空白尽力的填充，为我们以后的电子设计增加了不可估量的力量。
在软件方面，我组同学不仅仅学到了如何运用MSP430去实现数字控制技术，而且还学到了用MSP430去显示，把进入MSP430内部对比的电流大小等信息用12864的显示屏输出。同时还学到了灵活运用MSP430的一些功能，进一步学了这款功耗低的芯片。
在硬件方面，我们尽力用独立元件去搭建硬件电路。在测试中我们遇到的问题就是我们学习的途径，我们在解决问题中学习知识。很多的问题都是由于我们的不谨慎造成的，所以我们焊完一个芯片和独立元件是都应该重新做一次检查，同时我们应该分清模块。把每一个模块都调试的没有问题了，在连接各各模块来实现整个电路的功能。
总的来说，通过本次实训我们组还是学到了很多知识，为以后的设计奠定了一定的基础。软件编程方面: 从题目要求和报告上来看，这次需要的有输入和显示、DA和AD，至于其他的红外等可以暂时不与考虑。
人机接口的部分不是问题，因为这个以前也写过，最多熟悉一下就可以了。至于DA和AD，对于我来说，是新东西，以前没实际操作过。所以这次软件的方面的主要问题就是模数数模转换。
在这次实训中，要用到两个ADC和两个DAC，考虑到节约成本等原因，这次选择为：AC0832和TLV5616、ADC0809和STC单片机自带的AD，所以面对四种不同型号的模数数模转换器，压力还是挺大的。最终还是一个一个的解决，加之按键检测和数码管显示，大体的程序还是出来了。
问题是在转换DAC0832电流为电压的过程中，使用的LM358最终输出大致稳定的1.9V电压，调节电位器和修改代码均无效，这个问题一直没有解决，所以导致最后的步进没发测。
总之，这次实训回顾了旧的知识也学到了新的知识，虽然结果不是很好。
附：主要源代码：
void frediv_ADC()//为ADC0809提供500KHz的方波 { AUXR =(AUXR | 0x04);BRT =(256-10);WAKE_CLKO =(WAKE_CLKO|0x07);AUXR =(AUXR|0x10);}
void InitUart()//初始化UART {
SCON = 0x5a;
//8 bit data ,no parity bit
TMOD = 0x20;
//T1 as 8-bit auto reload
TH1 = TL1 =-(FOSC/12/32/BAUD);//Set Uart baudrate
TR1 = 1;
//T1 start running }
void InitADC()//初始化自带ADC的SFR {
P1ASF = 0xff;
//Open 8 channels ADC function
ADC_RES = 0;
//Clear previous result
ADC_CONTR = ADC_POWER | ADC_SPEEDLL;
delay(10);
//ADC power-on and delay }
uchar GetADCResult(uchar ch){
ADC_CONTR = ADC_POWER | ADC_SPEEDLL | ch | ADC_START;
_nop_();
//Must wait before inquiry
_nop_();
_nop_();
_nop_();
while(!(ADC_CONTR & ADC_FLAG));//Wait complete flag
ADC_CONTR &= ~ADC_FLAG;
//Close ADC
return ADC_RES;
//Return ADC result }
void SendData(uchar dat)//发送一字节数据到输入 {
while(!TI);
//Wait for the previous data is sent
TI = 0;
//Clear TI flag
SBUF = dat;
//Send current data }
void ShowResult(uchar ch)//发送自带ADC结果到UART {
SendData(ch);
//Show Channel NO.SendData(GetADCResult(ch));
//Show ADC high 8-bit result }
void key_DAC(){ if(key1==0)//key1按下，DAC0输出步进0.01V {
delay(5);
if(key1==0)
{
while(!key1);
P0=P0+0x01;
} } if(key2==0)//key2按下，DAC1输出步进0.01V {
delay(5);
if(key2==0)
{
while(!key2);
P2=P2+0x01;
} } }
void init(){ uchar P0=0x00;//初始化DAC1数据输入端口
uchar P2=0x00;//初始化DAC2数据输入端口
CSDA1=0;WRDA1=0;//开DAC1 CSDA2=0;WRDA2=0;//开DAC2 }
void main(){ init();while(1){
P3=0x73;//选择第三模拟输入通道，ADC0809采集VOUT0电压
frediv_ADC();
_nop_();
ST=0;ST=1;ST=0;
while(EOC==0);
OE=1;
getdata=P0;
OE=0;
InitUart();//自带ADC采集VOUT1电压
InitADC();
ShowResult(7);
display();//数码管显示
key_DAC();//按键控制DAC输出电压
} }
