代码收藏家技术教程 2024-07-07

基于单片机的直流电源控制系统设计方案

摘要：传统的直流电源系统通常根据输出电压值与电源基准值之间的差异来控制输出电压，这很难实现且容易受到参数的影响，导致电压低控制精度。本文提出了一种基于单片机的电源输出电压控制方法。实验结果表明，该方法具有较高的控制精度和鲁棒性。

关键词：
MCU;
电源
;
输出电压
;
控制

概述

随着计算机和通信技术的发展，现代信息技术革命为电力电子技术的发展提供了广阔的前景，同时对电源提出了更高的要求。操作期间由普通电源引起的误差明显影响整个系统的准确性，并且在使用时可能导致许多不利后果。设计具有稳定电压和高输出电压精度的电压控制方法是相关领域中的重要问题。近年来，人们不断寻求电源输出电压控制解决方案。最常用的方法是连续收集电源输出电压值，并根据电源输出电压值和参考值之间的差值控制输出电压。操作困难，精度低。提出了一种基于单片机的电源输出电压控制方法。

2 基于单片机的电源输出电压控制方法

2.1 单片机电路设计

本文采用单片机控制电源输出电压。对于整个系统，单片机的电路设计非常重要。为了保证计算能力和控制性能，节省设计成本，选用具有低能耗和高性能的 STC89C52
单片机、
12
位TLC2543 芯片作为
AD
转换器，它包含
11
个模拟输入通道，具有高精度，最大误差仅为（+ 1 LSB
）。

2.2 输出电压测量电路设计

输出电压由电压传感器收集。电压传感器由五个端子组成，其中两个是主端子（±
TH
），其中两个是次级端子，它们的（
±TH）端子依次连接（
+12V
）工作电压，
B
端子是信号输出端子。电阻器 Ra
与测量的电压和传感器的原始端子串联连接。串联电阻 Ra
为：

在式（
1
）中，
R
a
是串联电阻，
U
c
是测量电压，Im 额定输入电流和 R
0
是使用传感器的原始内阻。串联电阻功率为：

2.3 LCD 的实现

本文选用
RT12864
液晶屏与单片机连接。单片机
P5- P12
接口和 RT12864 LCD DB5- DB12
接口连接在一起，
P13
和
RS
连接，P14
和
RW
连接，
P15
和
E
连接，单片机控制结果传输到RT12864 LCD 用于显示。

2.4 A / D 转换电路设计

AD
转换电路主要负责将收集的输出电压和电信号转换成数字信号。

2.5 电源输出电压控制

2.5.1 输出电压控制过程

输出电压和电信号由单片机控制的
TLC2453
芯片连续转换。根据获得的电压值，通过单片机控制系统调节电压，获得电源反馈回路，控制输出电压稳定在给定值。当输出电压超过给定值时，MCU 将及时判断，关闭驱动信号并停止输出功率。输出电压
V
0
为：

其中，
V
0
是采样电压，
R
b
，
R
c
是采样分压器电阻。

2.5.2 MCU 控制系统设计

系统输出部分和控制部分与负载功率的传递函数：

电源的输出电压可以通过电压反馈调节器的参数来控制。单片机控制系统坚固耐用，可有效提高电源输出电压控制精度。

3 实验验证

为了更有效地验证该方法的控制性能，引入了更容易观察到的步进波电压。图 1
（
a
）描述了控制前的电源输出电压和阶梯波电压波形，上部波形是电源输出电压波形，下部波形是梯形波电压波形。图 1
（
a
）表明电源输出电压的峰值电压值较高，波形正弦差梯波电压在一定程度上波动。

在实验中，
Jacoby
矩阵方法用作比较以进行实验测试。对于图 1
（
a
）所示的电压波形，这两种方法用于控制电压波形，控制结果如图 1
（
b
）（
c
）所示。

分析图
1
（
b
）（
c
）表明，当雅可比矩阵法用于控制电源的输出电压和阶跃波电压时，输出电压的高频峰值电压基本消除，输出电压的正弦度和步进波电压不好。当该方法用于控制电源的输出电压和阶跃波电压时，输出电压的峰值电压被完全消除，并且输出电压和阶梯波电压也被消除。阶梯波电压具有良好的正弦度，并且对阶跃波电压的幅度和相位的影响最小（如图 1
）。