51單片機的數控直流電源研究的意義與前景

李勝強

【摘要】51單片機為核心控制器的數控直流電源系統的軟件設計，該電源具有電壓可預制、可步進調整、輸出電壓和電流信號的顯示。了解其研究意義與前景，可以激發更多的人參與到其設計當中來。

【關鍵詞】51單片機；數控直流電源系統；研究意義；前景

一、研究意義

當今社會人們極大的享受著電子設備帶來的便利，但是任何電子設備都有一個共同的電路--電源電路。大到超級計算機、小到袖珍計算器，所有的電子設備都必須在電源電路的支持下才能正常工作。當然這些電源電路的樣式、復雜程度千差萬別。可以說電源電路是一切電子設備的基礎，沒有電源電路就不會有如此種類繁多的電子設備。

電源技術尤其是數控電源技術是一門實踐性很強的工程技術，服務于各行各業。當今電源技術融合了電氣、電子、系統集成、控制理論、材料等諸多學科領域。直流穩壓電源是電子技術常用的儀器設備之一，廣泛的應用于教學、科研等領域，是電子實驗員、電子設計人員及電路開發部門進行實驗操作和 研究不可缺少的電子儀器。在電子電路中，通常都需要電壓穩定的直流電源來供電。而整個穩壓過程是由電源變壓器、整流、濾波、穩壓等四部分組成。然而這種傳統的直流穩壓電源功能簡單、不好控制、可靠性低、干擾大、精度低且體積大、復雜度高。普通的直流穩壓電源品種有很多，但均存在以下兩個問題：輸出電壓是通過粗調（波段開關）及細調（電位器）來調節。這樣，當輸出電壓需要精確輸出，或需要在一個小范圍內改變時，困難就較大。另外，隨著使用時間的增加，波段開關及電位器難免接觸不良，對輸出會有影響。穩壓方式均是采用串聯型穩壓電路，對過載進行限流或截流型保護，電路構成復雜，穩壓精度也不高。在家用電器和其他各類電子設備中，通常都需要電壓穩定的直流電源供電。但在實際生活中，都是有220V的交流電網供電。這就需要通過變壓、整流、濾波、穩壓電路將交流電轉換成穩定的直流電。濾波器用于濾去整流輸出電壓中的紋波，一般傳統電路由濾波扼流圈和電容器組成，若由晶體管濾波器來替代，則可縮小直流電源的體積，減輕其重量，且晶體管濾波直流電源不需直流穩壓器就能用作家用電器的電源，這既降低了家用電器的成本，有縮小了其體積，使家用電器小型化。傳統的直流穩壓電源通常采用電位器和波段開關來實現電壓的調節，并有電壓表指示電壓值的大小。因此，電壓的調整精度不高，讀數欠直觀，電位器也易磨損。而基于單片機控制的直流穩壓電源能較好地解決以上傳統穩壓電源的不足。

隨著科學技術的不斷發展，特別是計算機技術的突飛猛進，現代工業應用的工控產品均需要有低紋波、整范圍的高壓電源，而在一些高能物理領域，更是急需電腦或單片機控制的低紋波、寬調整范圍的電源。

二、目前的研究成果

從十九世紀90年代末起，隨著對系統更高效率和更低功耗的需求，電信與 數據通訊設備的技術更新推動電源行業中交流/直流電源行業正面臨著新的挑戰，即如何在現有系統加入嵌入式電源智能系統和數字控制。隨著科學技術的迅速發展，人們對物質需求也越來越高，特別是一些高新技術產品。如今隨著直流電源技術的飛躍發展，整流系統有一千的分立元件和集成電路控制發展為微機控制，從而使直流電源智能化，具有遙控測、遙信、遙控的三控功能，基本實現了直流電源的無人值守。并且，當今科技快速發展過程中，模塊化是直流電源的發展趨勢，并聯運行電源產品大容量話的一個有效手段，可以通過設計N+1冗電源系統，實現容量擴展，提高電源系統的可靠性、可用性，縮短維修、維護時間，從而使企業產生更大的效益。如：揚州鼎華公司近些年來結合美國Sorensen Amrel等公司的先進技術成功開發了單機最大功率120KW智能模塊電源，可以并聯32臺（可擴展到64臺），使最大輸出功率可以達到7600KW以上。智能模塊電源采用電流型控制模式，集中式散熱技術，實時多任務監控，具有高效、高可靠、超低輻射，維護快捷等優點，跡象結構緊湊，防腐與散熱也作了多方面的加強。它的應用將會克服大功率電源的制造、運輸及維修等困難。而且和傳統可控硅電源相比節電20%-30%節能優勢，奠定了它將是未來大功率直流電源的首選。

三、應用展望

放眼今后，直流穩壓電源今后的發展方向之一是以微處理器為核心的數控直流穩壓電源，它將利用最新的計算機技術、網絡技術及數字化技術，充分發揮微處理器強大的信息處理能力，使其突破傳統直流穩壓電源的概念，傳統直流穩壓電源的高穩定性輸出僅是這種數控直流穩壓電源其眾多功能之一。它的功能包括：控制的智能化，即控制電路采用全數字化，控制手段用微處理器和單片機組成的軟件控制方式，達到了較高的智能化程度，并且進一步提高了電路設備的可靠性；將隨著微處理器和監控軟件的引入，電源的自我監控能力普遍增強，可以實時地監控設備本身的各種運行參數和狀態，預警功能和故障診斷功能，有效地實現了實驗電源的無人值守；隨著互聯網技術應用日益普及和信息處理技術的不斷發展，在管理上達到網絡化，電源設備數據處理和通信能力，通過其智慧型人機界面，使網路技術人員可以隨時監視電源設備運行狀態，各項技術參數；具有遠程開關機功能，使網絡技術人員可定時開關電源。隨著科學技術的發展，直流穩壓電源等儀表數字化、智能化、網絡化將是發展方向。高精度數控直流穩壓電源的研制對準了這個發展方向，加上計算機技術的迅速發展，使之具有非常廣闊的發展空間。

參考文獻：

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[2]賈暢鵬.數控直流電流源的設計[J].煤礦機械，2007，3-3：21-23.