论数控线性电源设计的有效方式

孙 梅

（湖南常德职业技术学院，湖南 常德 415000）

论数控线性电源设计的有效方式

孙 梅

（湖南常德职业技术学院，湖南 常德 415000）

随着科技的不断进步，电子设备越来越智能化。而电源在这些设备中都充当着重要的角色，因此对电源的数字化控制的要求必然也越来越高。文章以STC12C5A60S2单片机为核心主控制器，采用8位输出电流信号的 转换器 以及运放OP07等设计一个输出电压的 转换器，电压输出范围0-5V。同时利用功率三极管2N3055的电流放大作用，提高带负载能力，并且在系统中采用串联电压负反馈电路，使功率三极管能稳定输出电压。

数控电源；线性稳压；运放；单片

数控线性电源能弥补传统电源技术上一些不足，提高可控制度以及输出精度。在功能方面，数控线性直流稳压电源能输出预置电压，其调节精度和调节步进值可通过程序编写；输入通过全波整流，低通滤波可达到稳定的输入要求，纹波低谐波少能使电压更加稳定，输出通过闭环回路调节稳定电压输出。

1　系统设计方案

1.1电源模块的方案设计与论证

数控线性直流电源输入为AC 220V。因此，电源模块必须将AC220V转换为DC12V，作为系统的最大输出电压。从系统输出要求考虑，设计出两种可行的设计方案。方案一：AC220V经220V/18V变压器降压后得AC18V，再经过全波整流和低通滤波后得到DC±25V。经过稳压管LM7812、LM7912后变成DC±12V，作为运放OP07的双端电压和系统给的最大输出电压。但本课题研究的输出电压为0-12V可调，由于功率三级管受等效电阻影响，导致输出电压最大值＜12V。因此采用LM7815和LM7915转换±25V为±15V直流电，可使功率三极管输出实现0-12V可调。受三端稳压管等效电阻影响，导致功率三极管的电源调整率变低，降低了设备的带负载能力。

方案二：AC 220V经220V/12V变压器降压后得AC 12V，再经过全波整流和低通滤波后可得到DC±17V，作为运放OP07的双端电压和系统给的最大输出电压。另外±17V经过LM7805、LM7905后得到±5V分别作为辅助电源，以供单片机和 转换器使用。此方案是在方案一的基础上加以修改，不仅使功率三级管的输出电压实现0-12V可调，避免了输出电压受三端稳压管等效电阻的影响，提高了输出电压调整率，输出功率最大达到28W。其结构框图如图1所示。

图1　电源模块方案二结构框图

从两种方案的实践性和可操作性入手，方案二更加符合设计要求和课题要求，不仅调高输出电源的可调宽度，而且提高了设备的带负载能力。

1.2主控单元的方案设计与论证

方案一：采用12C系列的单片机作为主控单元，利用PWM占空比来控制相应GPIO的输出电压，再与反馈的电压经过运放比较放大后，作用在调整管2N3055的基极，从而使系统的的输出电压趋于稳定。单片机采用PWM来调节GPIO的输出电压，具有低功耗，高效率，调整范围宽，设计电路灵活多变。采用PWM占空比来调节三极管的导通与关断，间接的改变稳压模块中运算放大器的输入电压，从而改变2N3055的基极电压，实现输出电压可调。但在电路调试过程中，因为PWM的输出的电压是方波电压，且不稳定，所以利用电容滤去PWM的方波电压。通过D/A采样和电容滤波之后，利用单片机输出的PWM占空比用以调整输出的电压大小，可达到电压的稳定输出。但整体的一个设计思路在理想方式下是可行的，但在实际的调试工作中，采用PWM占空比输出电压来控制功率三极管的输出电压不但造成输出激变，而且在整个控制过程中增加了单片机的数据处理时间，导致数控变化与与电源变化之间的延时增加，从而影响电源可调的时效性。

方案二：DAC0832与运放OP07组合成电压信号转换器。DAC0832把单片机的数字变化量转换为电流变化量，在经过运算放大器OP07后装换为电压变化量，与反馈的电压相比较，经过运放比较放大后，作用在功率管2N3055的基极，从而使系统的输出电压趋于稳定。此方案不仅减少了单片机处理数据的时间，而且使单片机的数字变化与D/A输出电压的比例固定，稳定了输出电压。提高了数控的效率和电压的输出精度。

2　系统硬件设计

2.1电源模块设计方案

通过对本课题设计方案的研究，数控线性电源采用以下方案进行系统设计：电源模块、主控单元和稳压模块均采用方案二进行系统设计，而过流保护则采用方案一。电源模块输入AC220V，经220V/12V变压器降压、全波整流和低通滤波后得到DC±17V。而对于辅助电源和基准电压则利用三端稳压管LM7805和LM7905稳压后得到±5V电压。但由于三端稳压管LM7805和LM7905的极限输入电压为36V，考虑到输出与输入之间的压差会带来功率损耗，输入电压范围为9-15V为佳。因此±17V电压需要经过LM7815和LM7915后得到±15V作为LM7805和LM7905的输入电压。

2.2控制单元设计方案

控制单元是由单片机、键盘模块、LCD显示模块、D/A转换模块组成，以单片机为核心，其他模块为辅助构成的控制单元。单片机作为主控端，接受各个辅助模块的数据，从而实现数据的传输可电压的控制。当键盘模块工作使单片机的GPIO状态发生改变时，单片机通过记录GPIO电平状态的变化，数据处理后传送至D/A转换模块以转换出相应的电压，DAC0832的基准电压为-5V，输出电流为负电流信号，经运放OP07反向输入后转换为正电压信号，与反馈我国为15m。

3　道路照明设计节能措施

3.1采用光源降压-稳压-调光技术

光源降压-稳压-调光技术，既可以保证道路照明的效率，又可以在很大程度上节约用电量。其主要原理就是适当降低照明灯具的电压及照度，这种做法不仅不会影响驾驶员或者行人的视觉，还可以有效节约能量，延长灯具的使用寿命，然而，该技术的使用必须结合道路照明系统的实际情况，不能随意使用。在已经考虑到实际情况的基础上，通过降压、稳压和调光几个步骤，将理论与实践联系起来，在车辆集中，行人较多的地方保证照明强度满足标准要求，相反，就可以在恰当的时间段启动调光机制，调节照明亮度，达到节约能量的效果。虽然现阶段的节能产品种类非常多，但总体上来说，降压节电型灯具仍然是照明系统的节能主流。

3.2合理划分配电回路、保证负荷之间的平衡

在照明系统供电方式的选择上，可以使用三相供电的方式，然而这种方式最大的缺点就是，一旦三相负荷不平衡，就有可能导致线路损耗的出现，造成能源的浪费。所以，为了尽可能的节约能源，就必须保证三相负荷的平衡。当三相负荷出现不平衡的状态，中性线中的电流就会偏大，长时间下去就会产生大量的热量，中性线发热，可能引起线路故障，严重的甚至引发火宅。由此可见，三相电负载的平衡非常重要，设计中，应该按照标准规划线路承载量，每相回路的负荷进行合理的分配，保证三相负荷处于平衡状态。

4　结束语

总之，在道路照明系统的设计中，要想取得较好的照明效果，获得良好的节能功效，设计人员就必须提高自身的专业素养，积累丰富的设计经验，投入十足的工作激情，端正工作态度。在照明系统的设计中，重视灯具的布置、光源的选择、路灯高度设计等等，保证照明系统科学、完整、安全，促进城市的发展，维护城市的和谐，为人们的夜间或者不良天气的行驶中提供保证，确保行车安全。

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TL503.5

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1671-3818（2016）09-0236-02