論數控線性電源設計的有效方式

孫 梅

（湖南常德職業技術學院，湖南 常德 415000）

論數控線性電源設計的有效方式

孫 梅

（湖南常德職業技術學院，湖南 常德 415000）

隨著科技的不斷進步，電子設備越來越智能化。而電源在這些設備中都充當著重要的角色，因此對電源的數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 轉換器 以及運放OP07等設計一個輸出電壓的 轉換器，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，并且在系統中采用串聯電壓負反饋電路，使功率三極管能穩定輸出電壓。

數控電源；線性穩壓；運放；單片

數控線性電源能彌補傳統電源技術上一些不足，提高可控制度以及輸出精度。在功能方面，數控線性直流穩壓電源能輸出預置電壓，其調節精度和調節步進值可通過程序編寫；輸入通過全波整流，低通濾波可達到穩定的輸入要求，紋波低諧波少能使電壓更加穩定，輸出通過閉環回路調節穩定電壓輸出。

1　系統設計方案

1.1電源模塊的方案設計與論證

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

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

圖1　電源模塊方案二結構框圖

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

1.2主控單元的方案設計與論證

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GPIO的輸出電壓，再與反饋的電壓經過運放比較放大后，作用在調整管2N3055的基極，從而使系統的的輸出電壓趨于穩定。單片機采用PWM來調節GPIO的輸出電壓，具有低功耗，高效率，調整范圍寬，設計電路靈活多變。采用PWM占空比來調節三極管的導通與關斷，間接的改變穩壓模塊中運算放大器的輸入電壓，從而改變2N3055的基極電壓，實現輸出電壓可調。但在電路調試過程中，因為PWM的輸出的電壓是方波電壓，且不穩定，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占空比用以調整輸出的電壓大小，可達到電壓的穩定輸出。但整體的一個設計思路在理想方式下是可行的，但在實際的調試工作中，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據處理時間，導致數控變化與與電源變化之間的延時增加，從而影響電源可調的時效性。

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

2　系統硬件設計

2.1電源模塊設計方案

通過對本課題設計方案的研究，數控線性電源采用以下方案進行系統設計：電源模塊、主控單元和穩壓模塊均采用方案二進行系統設計，而過流保護則采用方案一。電源模塊輸入AC220V，經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壓管LM7805和LM7905穩壓后得到±5V電壓。但由于三端穩壓管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控制單元設計方案

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

3　道路照明設計節能措施

3.1采用光源降壓-穩壓-調光技術

光源降壓-穩壓-調光技術，既可以保證道路照明的效率，又可以在很大程度上節約用電量。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，還可以有效節約能量，延長燈具的使用壽命，然而，該技術的使用必須結合道路照明系統的實際情況，不能隨意使用。在已經考慮到實際情況的基礎上，通過降壓、穩壓和調光幾個步驟，將理論與實踐聯系起來，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，就可以在恰當的時間段啟動調光機制，調節照明亮度，達到節約能量的效果。雖然現階段的節能產品種類非常多，但總體上來說，降壓節電型燈具仍然是照明系統的節能主流。

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，就有可能導致線路損耗的出現，造成能源的浪費。所以，為了盡可能的節約能源，就必須保證三相負荷的平衡。當三相負荷出現不平衡的狀態，中性線中的電流就會偏大，長時間下去就會產生大量的熱量，中性線發熱，可能引起線路故障，嚴重的甚至引發火宅。由此可見，三相電負載的平衡非常重要，設計中，應該按照標準規劃線路承載量，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。

4　結束語

總之，在道路照明系統的設計中，要想取得較好的照明效果，獲得良好的節能功效，設計人員就必須提高自身的專業素養，積累豐富的設計經驗，投入十足的工作激情，端正工作態度。在照明系統的設計中，重視燈具的布置、光源的選擇、路燈高度設計等等，保證照明系統科學、完整、安全，促進城市的發展，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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［2］楊韜.城市道路照明的節能設計［J］.燈與照明，2006，（4）：19-22.

［3］金強.淺談城市道路照明設計［J］.智能建筑電氣技術，2009，（5）：71-74.

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TL503.5

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1671-3818（2016）09-0236-02