基于單片機的直流電源控制系統設計

王璐

（遼寧建筑職業學院，遼寧 遼陽111000）

1 概述

隨著計算機和通信技術的發展，現代信息技術革命為電力電子技術的發展提供了廣闊的前景，同時對電源提出了更高的要求。操作期間由普通電源引起的誤差明顯影響整個系統的準確性，并且在使用時可能導致許多不利后果。設計具有穩定電壓和高輸出電壓精度的電壓控制方法是相關領域中的重要問題。近年來，人們不斷尋求電源輸出電壓控制解決方案。最常用的方法是連續收集電源輸出電壓值，并根據電源輸出電壓值和參考值之間的差值控制輸出電壓。操作困難，精度低。提出了一種基于單片機的電源輸出電壓控制方法。

2 基于單片機的電源輸出電壓控制方法

2.1 單片機電路設計

本文采用單片機控制電源輸出電壓。對于整個系統，單片機的電路設計非常重要。為了保證計算能力和控制性能，節省設計成本，選用具有低能耗和高性能的STC89C52 單片機、12 位TLC2543 芯片作為AD 轉換器，它包含11 個模擬輸入通道，具有高精度，最大誤差僅為（+ 1 LSB）。

2.2 輸出電壓測量電路設計

輸出電壓由電壓傳感器收集。電壓傳感器由五個端子組成，其中兩個是主端子（±TH），其中兩個是次級端子，它們的（±TH）端子依次連接（+12V）工作電壓，B 端子是信號輸出端子。電阻器Ra 與測量的電壓和傳感器的原始端子串聯連接。串聯電阻Ra 為：

圖1 兩種方法之間控制結果的比較

在式（1）中，Ra是串聯電阻，Uc是測量電壓，Im額定輸入電流和R0是使用傳感器的原始內阻。串聯電阻功率為：

2.3 LCD 的實現

本文選用RT12864 液晶屏與單片機連接。單片機P5-P12 接口和RT12864 LCD DB5-DB12 接口連接在一起，P13 和RS 連接，P14 和RW 連接，P15 和E 連接，單片機控制結果傳輸到RT12864 LCD 用于顯示。

2.4 A / D 轉換電路設計

AD 轉換電路主要負責將收集的輸出電壓和電信號轉換成數字信號。

2.5 電源輸出電壓控制

2.5.1 輸出電壓控制過程

輸出電壓和電信號由單片機控制的TLC2453 芯片連續轉換。根據獲得的電壓值，通過單片機控制系統調節電壓，獲得電源反饋回路，控制輸出電壓穩定在給定值。當輸出電壓超過給定值時，MCU 將及時判斷，關閉驅動信號并停止輸出（轉下頁）功率。輸出電壓V0為：

其中，V0是采樣電壓，Rb，Rc是采樣分壓器電阻。

2.5.2 MCU 控制系統設計

系統輸出部分和控制部分與負載功率的傳遞函數：

電源的輸出電壓可以通過電壓反饋調節器的參數來控制。單片機控制系統堅固耐用，可有效提高電源輸出電壓控制精度。

3 實驗驗證

為了更有效地驗證該方法的控制性能，引入了更容易觀察到的步進波電壓。圖1（a）描述了控制前的電源輸出電壓和階梯波電壓波形，上部波形是電源輸出電壓波形，下部波形是梯形波電壓波形。圖1（a）表明電源輸出電壓的峰值電壓值較高，波形正弦差梯波電壓在一定程度上波動。

在實驗中，Jacoby 矩陣方法用作比較以進行實驗測試。對于圖1（a）所示的電壓波形，這兩種方法用于控制電壓波形，控制結果如圖1（b）（c）所示。

分析圖1（b）（c）表明，當雅可比矩陣法用于控制電源的輸出電壓和階躍波電壓時，輸出電壓的高頻峰值電壓基本消除，輸出電壓的正弦度和步進波電壓不好。當該方法用于控制電源的輸出電壓和階躍波電壓時，輸出電壓的峰值電壓被完全消除，并且輸出電壓和階梯波電壓也被消除。階梯波電壓具有良好的正弦度，并且對階躍波電壓的幅度和相位的影響最小（如圖1）。

4 結論

本文提出了一種基于單片機的電源輸出電壓控制方法。給出了直流電源系統，電壓控制監控電路和A / D 轉換電路的設計框圖。分析了控制原理并進行了實驗。結果表明，該方案的控制精度和魯棒性均高于傳統直流電源系統輸出電壓控制方法。