【关键词】STM32F103ZET6PWMDC-DC恒流源DDS
一、总体设计方案
该方法采用ST公司的STM32F103ZET6单片机为主控芯片，采用128*64液晶显示，利用XL6009实现DC-DC升压转换，由TIP122、8050、LM356组成电流串联负反馈原理构成恒流源，单片机实现电流档位选择与PWM控制，负载电流电压采集以及功率的计算，完全能够达到方案所有要求，并且误差较小，由单片机产生PWM来控制场效应管，来实现功能要求。该系统主要分为单片机系统、DC-DC升压模块、恒流源模块、驱动模块等电路搭建而成，DC-DC升压采用XL6009芯片及其电路构成，恒流源由复合管及误差放大器电路构成，其中的功率要求由硬件与软件结合完成，主体由PWM控制来实现其要求。
二、设计参数计算
2.1主控电路模块
采用STM32F103ZET6来作为主控电路，该芯片自带多路PWM输出功能，功能十分强大，对于本次项目比较适合，减少了电路的搭建，节约了许多的时间。
2.2DC-DC升压模块
方案一、采用SL8203系列的产品来实现这一部分的要求，此系列的产品外接元件少，并且可以将电压升到题目要求中的电压值，但这一系列的芯片最高效率只达到89%，且购买不方便，故放弃。
方案二、采用升压型直流电源变换IC芯片XL6009搭建的升压型的电路，其电路电路搭建简单，元件少，并且有准备这个芯片，而且电路放大电压完全能够达到题目所给的要求，甚至项目设计的要求。故选用此方案。
2.3恒流源模块
方案一、由三端可调式集成稳压器W350来实现恒流源模块，其典型恒流源图如下所示，该芯片最大输出电流为3A，该方案结构简单，元件少，调试方便，而且价格便宜，但是该电路中所需精密的大功率的数控电位器难购买，所以放弃此方案。
方案二、根据开关电源的原理，由DC-DC-AC、PWM控制开关管，经滤波电路，经电流输出取样反馈由单片机构成闭环控制，实现输出可调的电流源。
方案三、D/A控制直流电流负反馈。该方案由电流取样、比较放大、调整形成电流串联负反馈，实现恒流源，经D/A步进控制电流档位。该方案电路简洁，易控制，完全能够达到项目设计所提的要求。
2.4恒流源原理及分析
恒流源部分采用TIP122与8050组成的复合管，后接入一个误差放大器稳压电流输出，然后由单片机内部的D/A转换器产生的模拟量Ui误差放大器的同相端，若将模拟量作为运放LM356的输入量，则取样电阻R16引入的反馈是电流串联负反馈。
2.5功率分析及计算
项目设计中要求输出电流200mA，输出电压10V时，效率不低于80%时，取样电阻为0.8Ω5W。当取样电压Vi=0.531V输入电压：3.37V
Po=Vo×Io=9.995×0.2=1.998W
Pi=Ii×Vi=3.37×0.531÷0.8=2.236W
η=Po/Pi=1.998÷2.236=89.36%
经过计算功率后，η=89.36%>80%题目要求。
三、系统测试
1.系统测试及数据
1.1脉动输出模式下，实测占空比T=33.3%，相对误差
1.2脉动输出模式下，①T=10ms，下降沿TP=200ns，TP
②T=30ms，下降沿TP=200ns，TP
③T=100ms，下降沿TP=200ns，TP
综合结果分析：下降沿时间TP均小于100us，满足要求。
【关键字】DC-DC变换器LM5117CSD18532KCSMOS场效应管
一、系统方案论证
开关电源方案采用LM5117用于高侧MOSFET的CSD18563以及用于低侧MOSFET的CSD18532（X2）。该方案适用于高电压或各种输入电源的降压型稳压器应用。其控制方法采用仿真电流斜坡的电流模式控制。电流模式控制具有固有的输入电压前馈、逐周期电流限制和简化环路补偿的功能。使用仿真控制斜坡可降低脉宽调制电路对噪声的敏感度，有助于实现高输入电压应用所必需的极小占空比的可靠控制，同时不会影响输出纹波。
电流恒定控制采用场效应管CSD18532KCS构成压控恒流源，再由LM5117芯片控制DC-DC实现降压变换。该方案可以实现电压线控制电源，增加了执行效率提高恒流效果。拥有超低的QG、QGD、雪崩额定值和逻辑电平等优点，并且不会影响输出纹波，输出电流波动较小。本文的过流保护如图1所示，调整下MOS管Q2的源极电阻R14使输出电流≥3.1A时，电路进入打嗝模式，启动限流保护。
二、电路设计
LM5117包含一个双电平UVLO（欠压锁定）电路。当UVLO低于0.4V时，LM5117处于关断模式。关断比较器可提供100MV的迟滞，以避免转换过程中的跳动（CHATTER）。当UVLO引脚的电压高于0.4V，但低于1.25V时，控制器处于待机模式。在待机状态下，VCC偏置稳压器被激活，而HO和LO驱动器被禁用，SS引脚保持低电平。此功能允许通过一个集电极开路或漏极开路器件将UVLO引脚拉至低于0.4V，以实现远程关断功能。当VCC引脚超过其欠压锁定阈值，且UVLO引脚电压高于1.25V时，HO和LO驱动器被启用，并开始正常运行。
此处直接选取13.5V电压能正常开机即可，根据UVLO=1.25V，这里选取电阻RUV2为91K，RUV1=10K，使得U=1.25*（91K+10K）/10K，即UIN>12.6V，此电路即可工作。
在MOS管导通的时间里，电感L会将通过的电流转换为磁能，把能量贮存起来。电容C将通过电感L的那部分电流转化为电荷贮存起来。在MOS管截止的时间里，电感L会产生反向电动势，将其输送给负载R并与续流二极管D组成回路，同时电容C将电荷转换成电流向负载供电。
三、系统测试
为了减少误差，测试方案采用，多次重复测试的方法进行。测量电路点如图2所示（3、4、5、6、7为测量点）：
额定输入电压下，产品主要做了以下5组测试，测试结果如表1所示：
由表1可知：
①|？UO|在0.01～0.03V之间，符合|？UO|=|5V-UO|≤100MV的设计要求；
②IOMAX在3.00～3.01之间，符合额定输入电压下，最大输出电流：IO≥3A的设计要求；
③输出噪声纹波电压峰峰值UOPP在32MV～40MV之间。符合UOPP≤50MV（UIN=16V，IO=IOMAX）的设计要求；
参考文献
[1]侯振义.直流开关电源技术及应用[M].北京：电子工业出版社.2015，P17-39.
[2]张占松，蔡宣三.开关电源的原理与设计[M].电子工业出版社，2011，P35-58.
[3]王水平，付敏江.开关稳压电源.原理、设计与实用电路.[M]西安：西安电子科技大学出版社，2009，P127-136.
关键词：热力热电阻导热
一、差配方法的差异
现在我们可以注意到，这种落后的差配方不允许显式计算。相反，整个系统的节点必须被写入整个方程组，并同时解决了温度是否确定的问题。因此，我们说，向后差分方法为以后的瞬态分析产生了一个隐含的配方温度。可以按照讨论的方法进行方程组求解。毕奥和傅立叶数字也可以通过使用这个符号以下面的方式定义问题，已建成总结出一些典型的节点方程中都有显式和隐式的配方。对于这种情况，一个明确的前向差分方法的优点是直接计算未来的节点温度，但是，这种计算的稳定性有管辖选择值。自动删除一个较小的值而保留一些最大的值。在另一方面，没有这样的限制施加在从它们的隐含制剂获得的方程的解。这意味着，较大的时间增量可以被选择计算。最明显的隐式方法的缺点是对于每一个时间的数量进行较多的计算。对于涉及大量节点的问题，隐式方法可能会导致花费更多的时间在最终的解决方案里面，大多数问题只涉及一个节点数量，对于瞬态热传导一个数值分析的许多应用探讨问题，这应该是显而易见的，现在有限差分技术可适用于几乎任何情况，只需一点点耐心复杂的问题就会变得相当容易解决，只有适度的计算机设施。使用微软的Excel表格中的瞬态热传导问题的解决方案在讨论传导传热问题中有限元方法是非常必要的。
二、热电阻能力
热电阻温度检测原理：纯金属和大多数合金的电阻率都随温度升高而增加，即具有温度系数。热电阻温度计就是利用金属导体的电阻值随温度变化而改变的特性来进行温度测量的。也就是说在一定温度范围内，电阻-温度关系是线性的。温度的变化，可导致金属导体电阻的变化。这样，只要测出电阻值的变化，就可达到测量温度的目的。
在电子电路和电气设备中，通常都需要电压稳定的直流电源供电，直流电源可分为两在类，一类是化学电源，各种各样的干电池、蓄电池、充电电池等电源；其优点是体积小、重量轻、携带方便等，缺点是成本高，易污染。另一类是稳压电源，它是把交流电网220V的电压降为所需的数值，然后通过整流、滤波和稳压电路，得到稳定的直流电压，这是现实生活中应手比较广的一类。直流稳压电源的姐成一般是由电源变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路四部分组成。电源变压器的功能交流电压变换部分，将电网电压变为所需的交流电压，并将直流电源与交流电网隔离；整流部分的作用产将变换后的交流电压转为单方身的脉动电压。单方向在脉动电压存大很大的脉动成份，不能直接提供给负载，脉动谐波成份成为纹波。电路形式有半波整流、全波整流、桥式整流等形式；滤波电路的作用是滤除交流分量，得到更纯净的直流电源；稳压部分的作用是维持输出直流电压的基本稳定。经过滤波电路后的电压和稳定性比较差。电压受温度、负载、电网电压波动等因素的影响较大，故需要稳压电路来保持电压的恒定。
导热率K是材料本身的固有性能参数，用于描述材料的导热能力。这个特性跟材料本身的大小、形状、厚度都是没有关系的，只是跟材料本身的成分有关系。所以同类材料的导热率都是一样的，并不会因为厚度不一样而变化。但如果仔细看一些导热材料的资料，会发现很多导热材料的热阻值，同厚度并不是完全成正比关系。这是因为导热材料大都不是单一成分组成，相应会有非线性变化。厚度增加，热阻值一定会增大，但不一定是完全成正比的线性关系，可能是更陡的曲线关系。所以测试并计算出来的热阻值并不完全是材料本身的热阻值，应该是材料本身的热阻值加所谓接触面热阻值。因为接触面的平整度、光滑或者粗糙、以及安装紧固的压力大小不同，就会产生不同的接触面热阻值，也会得出不同的总热阻值。
物理科学就是这样，很多参数是无法真正的量化的，只是一个“模糊”的数学概念。通过这样的“模糊”数据，人们可以将一些数据量化，而用于实际应用。此处所说的“模糊”是数学术语，“模糊”表示最为接近真实的近似。而同样道理，根据热阻值以及厚度，再计算出来的导热率K值，也并不完全是真正的导热率值。傅力叶方程式，是一个完全理想化的公式。我们可用来理解导热材料的原理。但实际应用、热阻计算是复杂的数学模型，会有很多的修正公式，来完善所有的环节可能出现的问题。
三、稳态的瞬态解除极限情况
正如我们所看到的，稳态数值配方的结果，当右侧被设置为零导致在不稳定情况下计算时使用大量的时间增量来计算。同时，很难获得一个稳态的解，后一种方法可能会出现相当繁琐的计算步骤，高斯赛德尔迭代方法用于解决许多稳态数值问题，如何去解决，当然还有许多采用计算机的计算。如果产生的热变电阻从对流边界条件或者可变热导率遇到变化时，一般的解决方案的稳态极限可以提供的优势是会记得直接的稳态解，当可变热阻力出现，由此产生的稳态节点方程变为非线性的，其解决方案可能很难有所改变。这种情况下，短暂的解决方案仅仅是要求每个电阻在每个时间增量端部进行重新计算，电阻可以是直接输入，如在节点方程的变量中添加计算，然后对于足够大数量的时间增量进行极值计算，直到温度值不再发生显著变化。在这一点上，才能稳态下的结果值。
参考文献
【关键词】基于工作过程；六步法；模拟电子技术；教学模式改革
一、《模拟电子技术》课程改革的必要性
我国经济的快速发展需要大批的高技能高素质的劳动人才，特别是电子行业产业的发展技术推陈出新，变化更是日新月异，高技能人才紧缺，高职院校成了培养高技能人才的主力军。近几年来，我院对电类专业的毕业生跟踪调查发现：毕业生就业率较高，但进入职业角色的适应期较长，且岗位技能水平不高，企业对毕业生的职业能力评价也不高。经过深层的调查和分析，出现以上问题的主要原因在于学生在校学习期间理论与实际操作之间没有很好地对接，实践技能没有得到很好的培养和提高。因此，电类学生的教学模式改革势在必行。《模拟电子技术》课程作为电类专业的一门专业核心基础课程，在教学改革浪潮中必须走在前面。下面我们以《模拟电子技术》课程为例，探讨新的教学模式的实施。
二、基于工作过程的六步教学法
近年来，德国基于工作过程导向的高等职业教育理论以及在此基础上提出的“学习领域”课程建设方案迅速成为我国各大院校特别是职业院校专业建设、课程开发、课程建设及其教学模式实施的理论指南。基于工作过程的教学模式将相关内容的理论教学和实训教学整合成工作过程的项目任务内容，打破理论课与实践课的界线，将理论和实践教学巧妙地融合在一起。而六步教学法就是根据学生的心理特征和认知规律，将一节课在程序上和时间上科学地加以规划，融教法和学法于其中并辅以现代教学手段，达到大面积提高教学质量的一种新型教学方法。它包括：信息、计划、决策、实施、检查、评估六个工作步骤。我们将“六步法”与“基于工作过程导向”的项目教学模式相结合，模拟企业真实的工作环境，让学生亲身参与到工作过程之中，学习和掌握与工作过程相关的知识和技能，学会从工作过程的全局出发分析问题和解决问题，从而获得与工作岗位更贴近的职业能力。
三、基于工作过程六步教学法的具体实施过程
根据“六步法”的六个环节可将《模拟电子技术》的项目实施过程划分为项目引入及信息收集、项目计划、确定方案、实施方案、电路检测及调试、演示讲解及总结评价。各阶段的教学时间安排可根据教学内容和学生情况确定。下面以直流稳压电源的设计与制作为例，探索六步法的实施过程。
教师首先将学生分成5、6组，每组8-10人为宜，分组的方式由教师自己决定，由各小组成员选出各组小组长。然后在学生当中选出一个项目负责人，该负责人最好是技术能力强、较有威信的班干。
1.项目引入及信息搜集
教师结合学生前面所学的专业知识以及职业岗位能力的要求，设定合适的项目任务，学生则以小组成员合作的形式完成项目。为了激发学生的兴趣，教师可将自己事先做好的项目成品展示给学生看，演示项目成品的功能，让学生对项目有一个初步的认识。任务要求不必太多，可放宽范围给予学生设计空间。根据引入的项目任务，学生应通过互联网或参考书等搜集项目需要的专业知识。教师向学生讲解项目中应用到的新知识点。
项目任务：用分立元件设计并制作一个输出可调直流稳压电源，要求输入交流电压220V，f=50HZ，输出可调直流电压。用万能板或自制PCB板焊接电路。
信息搜集：直流稳压电源的工作原理，三端可调集成稳压器的基本资料，电容、二极管、集成稳压器的测量方法，万能板布线方法或印制板图设计及制作（Protell99设计及制作）、焊接技术等。
2.项目计划
各小组根据搜集的资料，分析可调直流稳压电源的工作原理及设计需求，设计与规划完成项目的步骤与方法，形成一个初步可行的方案。例如：根据搜集的资料和项目要求选择元器件，并列出所需元器件清单，画出可调直流稳压电源的电路图，撰写计划书，制定任务分配表及进度表等。
3.确定方案
各小组通过分析所设计的电路中各元件的作用来确定电路的可行性，为了确保电路的可行性以及确定电路各元器件的参数，可用仿真软件Multisim对设计好的原理图进行测试。通过小组讨论和组员提意见的方式完善小组的方案，最后确定最佳方案。在这一过程中教师对方案的决策可提出意见但不能过分干涉，要知道学生可能会有错误的决策，但错误也是一种学习的过程，甚至通过修正错误的方案达成既定目标，可以让学生获得更大的提升空间。
4.实施方案
各小组实施确定的方案，包括购买元器件、画印制板图或装配图、组装电路等。小组成员根据任务分配表中分配的任务执行。组装电路可在自制的PCB板上焊接（如果学生已学或正在学Protell99制图软件），也可用万能板设计电路的走线和元件的排列布置。
5.电路检测及调试
对焊接完成的可调直流稳压电源进行检查，检查电路是否连接正确，焊接是否合格，用万用表检查有无短路和断路现象。若安装的电路有故障存在，工作小组应根据故障现象对照电路原理图进行讨论分析，利用仪器及仪表具体排查可疑故障点，找到确切的故障点并进行相应的修改。经确认无故障后进行调试，用示波器观察整流、滤波、稳压后的波形，用直流电压表测量整流、滤波、稳压各输出点的直流电压。电路调试及故障排除的整个过程要在老师的监护下由学生独立操作完成。
6.演示讲解及总结评价
各小组轮流上讲台将自己的作品进行展示和讲解，包括分析设计思路、电路原理、制作过程中遇到的问题及解决方案、故障排除的过程、调试的结果等。每个学生要围绕可调直流稳压电源的设计与制作撰写实训报告，实训报告应包括查阅的资料、电路原理图和印制板图或装配图、电路原理分析、制作电路注意事项、电路的调试和故障的排除、感想收获等。根据各小组的讲解、展示的作品和实训报告进行评价。评价的方式包括学生互评和教师评价：
（1）学生互评包括组内评和组间评。组内评是由工作小组组长组织组员点评在完成工作任务中各小组成员的表现及完成任务的情况，并确定等级；组间评是由项目负责人组织各小组组长点评完成本项目过程中的优点及缺点，并确定各工作小组等级。综合组内评和组间评得出学生互评的结果。
（2）教师集中所有学生点评项目完成的质量，检验其是否合格。教师点评态度要中肯，以肯定优点为主。教师结合项目的完成情况对学生进行评价，评价要点包括工作分配是否合理、成员间的合作意识、提交资料的质量、作品的美观、功能的实现、在完成项目中存在的亮点及不足。
在六步教学法实施过程当中，实施的主体应该是学生，教师在其中的作用是主持和引导。理论上《模拟电子技术》的教学最好能按照以上六步进行，但在实际教学过程中教师很难保证每一次教学过程都能完成这六步。老师在设计教学时要有这六步的思想，尽量地呈现一个完整的教学过程。
但在实际的教实施过程中，基于工作过程的六步法教学也存在一定的问题：
（1）因六部教学法的实施主体是学生，学生在行动上拥有较大的自由空间，但许多学生自觉自律性、主动性较差，不能很好地参与到学习过程之中。一个组往往只靠一两个学生执行项目任务，其他学生等着坐收成果，所以学生的行动需要加强巡视和规范。
（2）学生解决问题的能力有待提高。面对众多的资料，学生往往不知道如何取舍，面对问题，不能够通过知识迁移和协作探究解决问题，表现为对教师和对能力强的学生依赖性强。
（3）该六步教学法对教师的要求非常高，时间比较难掌握，因为每一步的任务不一样，学生的水平不一样，关注的点也不一样，有时候会出现一些不可预见的意外而影响实施的进程。由此可见在运用这六步教学法的时候，老师需要做很多功课。如每个组的项目方案不一样，因此老师要掌握该项目不同方案的知识，才能指导学生完成自己的项目。
（4）教学法在我国高校中运用不多，方法还不成熟，教师需要进一步的探索和学习，而学生对此也要有一个适应的过程。在这种情况下，我们可以把它进行分解，比如只运用六步法中的两三步，进行一个小型的设计，让学生们逐渐熟悉和接受，老师也可以在此过程中运用和揣摩这种方法，等有了一定经验之后，再进行整个六步法的教学。
随着基于工作过程的六步法的推广，它的弊端也日益显现出来，这需要我们的教学工作者在以后的教学实践中不断认识、探索和研究，寻求出解决方案，更好地实践基于工作过程的六步教学法。
参考文献
[1]黄建民.项目教学“六步法”的设计与实施初探[J].新校园，2011（6）.
关键词：功率因数校正；UCC28019；BOOsT；MC9S12XS128
DOI：10.3969/j.issn.1005-5517.2017.2.014
1系统方案
本实验平台主要由BOOST升压电源模块、功率因数采集模块、单片机运算模块、功率因数校准及设定模块、电源模块组成，系统设计框图如图1，下面分别讨论各模块电路选用的基础。
1.1电源模块
采用BOOST拓扑结构的开关电源。该拓扑具有电路简单、电源侧电流波动小等优点，同时也可让学生充分体验开关升压电路的技术特点和重要设计参数，了解电感手工制作过程。相比于推挽拓扑，本设计结构简单，且更适用于小功率型电源。
1.2功率因数采集模块
本方案采用电流互感器、电压互感器采集电流电压相位信息，经过放大等处理后由单片机算得相位差，进而求解功率因数，与集成计量芯片ATT7053芯片方案相比较，本方案具有良好的电气隔离性能、成本低，且对原电路影响小等优点。
1.3功率因数校准及设定模块
UCC28019是德州仪器公司生产的专用功率因数校正芯片，芯片接口简洁，且具有自动功率因数校正的功能，可完美与BOOST电路配合使用，完全解决了用软件设定开关管关断延迟而导致的不确定因素，提升了电路稳定性。
2电路与程序设计
2.1功率因数校正模块设计
功率因数校正部分基于UCC28019设计，主要分为输入继电保护部分、BOOST电路功率变换部分、UCC28019周边电路、IRF540功率MOS开关管及驱动电路、输出反馈电路。其中，继保部分利用单片机检测到的输出电流电压值控制继电器开断，对系统异常做出处理，设定为输出电流大于2.5A保护；BOOST电路部分设计为输出额定电压36V，并且采用了二极管阻容电路对尖峰电压进行抑制：UCC28019周边电路参考德州仪器给出的设计手册，结合实际需要进行修改；由于系统功率不超过100W，电流也较小，故采用MOS管进行开断，节约了开关驱动部分成本，IRF540也具有导通阻抗小的优势，有利于提升系统的效率；反馈电路采用电阻分压的方案，使用抗温飘性能好的精密电阻，保证系统稳定工作，且设置电位器改变输出电压值以胜任不同需求。电路原理设计如图2。
2.2功率因数测量模块及程序设计
系统设计了功率因数测量单元，用于实时测定功率因数，同时判定是否需要发出继电保护信号，功率因数测量模块设计框图如图3。
功率因数采集单元安装互感器测量电流电压信号，用OP07及LM358构成放大跟随电路，互感器得出的信号可以放大到单片机内部AD可以直接采集的大小，而后直接交由纹机处理。小信号处理部分原理图设计如图4所示。
本系统采用Freescale的MC9S12XS128单片机，完成功率因数测量，并实现电压、电流等动态参数显示，同时通过测得电流值快速实现过流保护等功能。采集及继电保护软件流程如图5。
3测试方案与测试结果
3.1测试方案
首先上电调试反馈电路使系统稳定工作，而后依次测试电路电压调整率、负载调整率、效率等参数。测试前保证设定输出电压为36V，输出电流为2A额定状态，测量输入电压在20-30V间变化时的输出电压得出电压调整率并计算效率，同时记录系统功率因数。而后，调整输出负载，使输出电压在0.2-2.5A间变化，测量输出电压变化，得出负载调整率，同时验证系统在电流超过2.5A时是否可以自行保护。
3.2测试结果及分析
测试数据如表1、表2所示。由数据得出系统电压调整率不高于0.5%，负载调整率不高于0.5%，效率等参数不低于95%，功率因数不低于0.95。可实现过流保护，保护电流为2.5A。
关键词：稳压电源；AT89S52；LCD显示；Proteus仿真
0引言
在现代测控技术中普遍使用数控电源，由于普通电源在工作时会产生的误差，系统的精确度受到了影响。数控电源主要的发展方向，是针对上述缺点不断加以升级。微型单片机技术及电压转换模块的出现为精确数控电源的发展提供了很好的发展条件，数控直流电流源是一种普遍使用的电子仪器，广泛应用于现代的教学实验和科学研究等领域。
1方案
数控直流电源设计采用单片机作为核心控制，基本原理简单，实现比较方便，电源的电流值也可以调整到较精确的数值，同样的也是采用LCD进行显示。此方案采用保持电阻恒定而改变输入电压的方法来改变电流的大小。利用高精度D/A转换器在单片机程序控制下提供可变的高精度的基准电压，该基准电压经过V/I转换电路得到电流，再通过A/D转换器将输出电流反馈至单片机进行比较，调整D/A的输入电压，从而达到数控的目的。该方案的难点在于稳定恒流源的设计和高精度电流检测电路的设计。特点是可精确的控制电流的步进量，负载变化对电流输出的影响较小。
2硬件设计
2.1单片机最小系统
（1）AT89S52单片机。AT89S52单片机是系统的核心部件，它是一种带8KB可擦除只读存储器的低电压，高性能的单片机。AT89S52单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。此单片机共有4个8位的并行双向I/O口，分别记作P0、P1、P2、P3。在本设计中P1口只作为通用数据I/O口使用，所以在电路结构上与P0口有些不同。P2口地址为A0H，位地址为A0H～A7H。P2口既可以作为系统高位地址线使用，也可以为通用I/O口使用，所以P2口电路逻辑与P0口类似。这里面使用的是P3的第二功能信号。
（2）键盘模块。键盘模块使用的是4×4键盘，这种键盘是行列扫描方式，它具有当按键较多时可降低占用单片机的I/O口数目等优点，而且可以做到不必步进就能直接输入电流值。本方案的设计要求是按键的次数比较多结合该按键的优点，所以采用此种键盘，它可以对0～9数字输入、“+”、“-”、“OK”、“SET”、“DEL”、“RESET/ON”等功能的实施。
（3）显示模块。使用LCD液晶显示，LCD具有轻薄短小，可视面积大，方便的显示数字，分辨率高，抗干扰能力强，功耗小，且设计简单等特点，芯片名称是LM016L，该模块采用HD44780作为驱动器驱动。
3仿真分析
3.1输出电流范围的仿真
该方案的程序设计电流输出范围上限为20～2000mA，电压值限定了小于10V，如果给定值在量程内时显示“OK！”；当给定值超过量程时将显示“ERROR！RESET！”。仿真时，如果在范围内，则可以任意输入4位数字，若不在范围里，则系统显示“ERROR！RESET！”报警。
3.2步进调整仿真
在步进调整仿真，通过加减按钮进行1mA步进调整，可观察到显示器的显示结果。通过键盘DEL键可以修改上一步输错的数字。
3.3输出电流仿真
仿真最低电流200mA负载电阻为2.0时的状态，根据显示器显示内容可知，设定输出电流值为200mA，实测电流值为201mA，输出电压为0.400V，负载电阻为2.0，都满足设计要求。
4总结
这款数控直流电流源是以单片机系统为核心而设计制造出来的，具有电路简单，结构紧凑，价格低廉，可靠性高等优点，而且单片机具有精确的计算和控制功能，从而能够减少和排除各种误差的产生，高效的提高稳压电源输出电压精度。利用仿真技术可以在设计中调试电路，这样就为做成实物提供了很大的便利，同时节约了开发成本。经过实验证明本设计是可行的，并能够做成实物。
参考文献：
[1]陆治国.电源的计算机仿真技术[M].北京：科学出版社，2001（04）.
[2]纪宗南.单片机器件实用手册―输入通道器件分册[M].北京：北京航空航天大学出版社，2003（03）.
随着单片机应用技术的发展，各种应用场合对单片机系统有了更加严格的要求，便携式解决方案在系统设计中开始占据越来越大的比重，并越来越多地倾向于低电压、低功耗、微型化设计。在这些设计中，一般采用镍氢、镍镉或锂电池作为系统供电方式；在一些使用交流供电的系统中，均设计了后备电池供电方式。TPS60101具有高效率、宽输入电压范围、稳压效果好、低漏电流、体积小等突出优点，可以为这些设计提供完美的电源解决方案。
1TPS60101芯片简介
TPS60101是TexasInstruments公司新推出的一种低噪声电荷泵直流稳压芯片，能在输入电压动态范围较大时，为单片机系统提供稳定的直流供电。
1.1封装形式及引脚说明
TPS60101芯片的封装为一种特殊的TSSOP贴片封装，如图1所示。
芯片各引脚功能描述如表1所列。
表1TPS60101引脚功能
引脚名引脚号功能描述3V819模式选择，接低电平输出为标准3.3V，外接IN输出为预置3.8VC1+6外接电荷泵电容C1正极C1-8外接电荷泵电容C1负极C2+15外接电荷泵电容C2正极C2-13外接电荷泵电容C2负极COM18模式选择。扫低电则电荷泵工作于推挽模式，提供最佳稳压性能；接IN工作于单端模式，只需1个外接电容ENABLE3使能端。接IN正常工，接低电平进入关断状态FB4反馈输入，接输出脚以获得最佳稳压效果GND1，20模拟地IN7，14外电源输入OUT5，16稳压电源输出PGND9～12稳压电源地SYNC2时钟信号选择，接地使用片内时钟，扫IN使用片外时钟同步1.2TPS60101的性能特点
精密的制造工艺和优良的设计使得TPS60101具有出色的电气性能：
最大输出电流100mA，可满足绝大多数低功耗单片机系统的要求；
少于5mV的输出电压波动，提供3.3（1±0.04）V的稳压输出；
仅需少量元件，无需谐振线圈等器件，应用电路体积很小；
电荷泵效率可达90％；
宽输入电压范围，1.8~3.6V均可正常工作，充分保证了单片机系统在外接不同类型电源以及电池电量状态变化过程中得到稳定的电源供应；
50μA的工作附加电流，0.05μA的关断漏电流，消耗电能很少；
关断模式下，稳压电源输出隔离，增加电源管理的可靠性；
微型的TSSOP贴片封装，减小应用电路体积。这种封装形式在芯片底部集成了散热片，可直接与印制板相连，在没有增加电路体积的情况下有效提高了散热性能。
2TPS60101的使用方式
和一般的电源稳压芯片相比，TPS60101的使用有一些特殊性和值得注意的地方，笔者将结合实际使用的体会加以阐述。
2.1电荷泵工作方式选择
TPS60101片内集成了2个升降压电荷泵，通过改变芯片的18脚COM的外接电平可以选择电荷泵的2种工作状态：COM接地为推挽模式，接高电平为单端模式。推挽模式中，片内的2个电荷泵的工作状态在时域上有180°的相位差，各占据50％的负载周期进行推挽输出。这种方式可以在最大限度上避免输出电压的波动，得到最好的稳压效果，但需要外接4个电解电容。在单端模式中，2个电荷泵是无相位差的并行输出。这种方式仅需1个外接电容。图2给出了单端模式的应用电路。
一般来说，在对实际应用电路的体积没有严格要求的情况下，应当选择推挽模式以获得最好的工作性能。但是，由于TPS60101芯片本身体积很小，影响应用电路体积的主要因素是外接元件。若工作于单端模式，则应用电路的体积可以减少一半以上。如果在电压稳定度要求一般，但是对电路体积要求严格的情况下，也可以考虑使用单端模式。
2.2同步时钟源选择
通过改变第2脚的SYNC的外接电平可以选择TPS60101的同步时钟源。SYNC接低电平使用片内晶振产生的同步时钟信号，SYNC接高电平使用外部同步时钟信号，外部时钟信号引至3V8脚。
一般场合下只需使用片内时钟即可。但是，如果TPS60101的供电系统工作于某一个固定频率时，采用外部时钟同步方式更加合理。需要注意的是，在使用外部时钟同步方式时，SKIP脚应接地以降低输出噪声。图3给出了外同步时钟方式的应用电路。
2.3输出工作方式选择
通过改变芯片19脚3V8的外接电平可以选择芯片的输出工作方式。3V8接低电平为标准3.3V输出，接高电平为预置3.8V输出。在一般的应用场合，均应使用第1种方式；只有在电压要求非常严格的情况下，才采取第2种方式。TPS60101提供粗略的3.8V输出，后级再外接1个低压差稳压器，例如TPS7330芯片，以获得更加精确的3.3V输出。
2.4电路印制板设计
TPS60101的电路板设计有一些值得注意的地方：
第1，芯片引脚宽为0.30mm，间距0.65mm，较普通SO贴片封装更加密集，需要自建封装库文件；
第2，芯片底部和印制版接触处集成了一散热片，在印制板上对应的位置需要铺铜焊接，并和电源地相连；
第3，所有的PGND和GND引脚应该以尽可能短的粗导线相连。
3TPS60101在低功耗单片机系统中的应用
我们在设计实现一个低功耗单片机系统的过程中，使用了TPS60101芯片作为系统电源解决方案，并收到了满意的效果。
这一系统是一种支持USB总线通信的移动无线数据采集装置。系统采用8051内核的单片机作为中心控制器，扩展了无线数据采集模块、CompactFlash卡数据存储模块以及USB总线收发模块。系统严格要求低功耗，并具有可移动性，所以系统供电方式采用锂电池供电。因为系统对电路体积要求不严，主要器件工作于异步方式，并且标称的3.3（1±0.04）V的输出电压可以满足需要，所以，实际设计中将电荷泵设定于推挽模式，芯片使用片内同步时钟，以标准3.3V方式输出。应用电路如图4所示。图5为系统供电方式示意图。
为了进一步降低系统耗电，系统在进行USB数据通信时，转由USB总线供电。系统用一个判别电路判定当前是否连接到USB总线，然后根据结果选择供电方式。另外，设计了自动休眠功能以减少不必要的电池损耗。系统中使用了2片TPS60101的供电方式，一片用于给单片机系统不间断供电，另一片给其余模块供电。当系统在一段时间未接收到外部输入时，单片机通过控制TPS60101的ENABLE来实现关断系统其它模块电源的功能；当系统接收到外部输入时，则从休眠态中恢复到工作状态。实现定
时休眠功能的C51程序段如下：while(1)
//程序主循环
{……
//空闲时间大于5min进入休眠态
if((idletime>3000)&&(sysmode==ON)
{idletime=0;enable=0;
sysmode=SLEEP;}
if(IsInput==TURE)
//有输入则唤醒
{enable=1;sysmode=ON;}
……
}
voidtimer0()interrupt1using1
{
//中断间隔为100ms
……
if(sysmode==ON)
idletime++;
>>开关电源模块并联供电系统设计开关电源并联均流系统一种用于单片机开关电源的节能控制系统设计基于PWM控制的开关电源系统仿真研究开关电源模块并联供电系统的设计浅谈开关电源模块并联供电系统的设计一种开关电源模块并联供电系统的设计基于并联双电源按比例对负载供电控制系统的设计开关电源设计高频开关电源双闭环反馈并联系统基于MSP430单片机的开关电源模块并联供电系统基于CANopen协议的三相逆变器并联控制系统设计基于PWM控制的开关电源技术研究基于PIExpert的反激式开关电源设计基于小型高效直流开关电源的设计基于UC3875的开关电源设计基于ARM的智能数字开关电源设计基于TOPswitch的反激式开关电源设计开关电源并联系统自动均流技术的相关分析基于集中控制的模块化开关电源系统的研究常见问题解答当前所在位置：
关键词：开关多电源；移相式变化器；逆变电路
DOI：10.3969/j.issn.1005-5517.2013.9.007
*基金项目：陕西省自然科学基金资助项目（2011K09-16）
引言
传统的线性稳压电源[1-3]具有稳定性能好、输出电压纹波小、使用可靠等优点，但其通常都需要体积大且笨重的工频变压器与体积和重量都很大的滤波器。由于调整管工作在线性放大状态，为了保证输出电压稳定，其集电极与发射极之间必须承受较大的电压差，导致调整管的功耗较大，电源效率很低，一般只有45%左右。另外，由于调整管上消耗较大的功率，所以需要采用大功率调整管并装有体积很大的散热器，很难满足现代电子设备发展的需要。开关电源是一种采用开关方式控制的直流稳压电源，通过控制开关的占空比来调整输出电压。它以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用于以电子计算机为主导的各种终端设备、通信设备等几乎所有的电子设备，是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源形式。
方案设计
本设计基本要求：实时监控电源的输出电压和输出电流。通过RS485通信接口与上位机监控系统通信，上位机可实时监控电源的工作状态和各种参数。具有输出过压、过流以及过热等多种检测和保护电路，带有告警指示灯可以在线设置和修正电源的参数和运行状态。具有自动均流功能，可以实现系统的任意扩展，满足现场实际需要。指标要求采用大功率电源设计，输出电源0～100伏，输出电流10A采用4组并联，最大输出电流40A各组电流不平衡误差小于5%。
输入回路将交流电通过整流模块变换成含有脉动成分的直流电，然后通过电容使得脉动直流电变为较平滑的直流电。功率开关桥将滤波得到的直流电变换为高频的方波电压，通过高频变压器传送到输出侧。最后，由输出回路将高频方波电压滤波成为所需要的直流电压或电流，主回路进行正常的功率变换所需的触发脉冲由控制电路提供。
在本系统中采用四路电源并联，由于每个模块的结构相同，故在下面框图中，只画出来了一个模块。其余三个模块跟下图中的模块并联，并同时受监控电路控制。在本设计中，UC3825作为控制电路的核心，产生PWM波以控制主电路的电压输出。UC3907芯片作为均流控制系统的核心，用于保障四个模块的输出电流保持在稳定状态，使系统处于最佳的状态。我们采用STC80S52单片机作为监控电路的核心，单片机的任务是采集每一个模块的输入电压和输出电压、电流，并将其数据通过通信接口电路上传给上位机，相反，上位机同样可以通过此电路设置系统的输出参数。系统一个模块的示意图如图1所示。
均流控制系统设计
大功率电源系统需要采用若干台开关电源并联，以满足负载功率的要求，并联系统中，每个变换器只处理较小的功率，降低了应力，提高了系统的可靠性。由于大功率负载需求和分布式电源系统的发展，开关电源并联技术的重要性日益增加。但是并联的开关变换器模块间需要采用均流措施，它是实现大功率电源系统的关键。用以保证模块间电流应力和热应力的均匀分配，防止一台或多台模块运行在电流极限（限流）状态。在本设计中，采用基于最大值电流自动均流法的集成芯片UC3907作为均流控制系统的核心。
电路工作过程如下：UC3907的调节放大器将模块自身的电流和均流母线的电流相比较，当模块自身的电流小于均流母线的电流，即它为从模块时，调节器使基准电压升高100mV，使输出电压增大，对应的输出电流增大。当模块自身的电流和均流母线的电流差不别不大时，该模块有可能是主模块。但是下一次，该模块又可能是从模块，如此循环往复。在本设计中输出电流最大值为10A，采用电阻来检测电流。根据芯片资料，UC3907内部电流放大器的输出最高电压可达5V。为此，我取4V。根据测算，此时需要送给UC3907检测的电压为0.2V。UC3907内部的驱动放大器将电压放大器输出电压转换成电流信号送给光耦电路。根据所选择的光耦电路参数，光耦电路原方电流应小于1mA。根据芯片资料和调试经验，可以得到相关参数。R1=330kΩ，R2=2kΩ，R3=10kΩ，R4=7kΩ，R5=10kΩ，R6=5kΩ，R7=10kΩ，C1=C2=0.22μF。
所以加在输出整流二极管上最高的反压为705.7V。输出整流二极管流出的电流即为流过输出滤波电感的电流，所以其有效值为11.51A。所以根据以上分析，同时考虑一定的裕量，选取RURU3O12O作为输出二极管。该二极管的耐压为120V，额定电流为30A。控制和保护单元电路的设计采用PWM（脉冲宽度调制）作为控制方式。在本系统中我们选用的PWM集成控制器为UC3825。UC3825适用于电压型或电流型开关电源电路，实际开关频率可达到1MHz，输出脉冲的最大传输延迟时间为50ns，具有两路大电流推拉式输出，具有软启动控制功能，并具有良好的保护功能。并采用IR2110作为驱动芯片。过流保护我们采用了三重保护：一是在系统的输入级的三相交流引入处安置熔断保险管，在系统出现短路和其它意外重大故障的时候切断外部电源的输入以保护系统免受损坏；二是在用于控制软启动的触发器后级安置熔断保险管，以防止启动浪涌电流的过大而破坏功率器件；三是系统的最主要的过流保护部分，通过对系统电流的检测来控制PWM信号脉宽从而达到过流保护的目的。在本设计中，监控单元采用STC80S52单片机作为控制核心。系统主监控模块作为一个独立的模块，可以监控整个电源系统各单元的运行状况，具有对系统的运行参数进行采集、显示及设置的功能。监控单元还能不断接受上位机的送来的命令，并根据命令对电源系统进行操作或者将电源系统的运行参数反送给上位机，完成远程控制。
系统主控制程序设计
系统主控制程序流程图如图4所示。
系统实际测试
（1）稳压测试
测试条件：Uin=15V，负载由1kΩ减少到2Ω（表1）。
（2）均流测试（表2）。
参考文献：
[1]康华光.电子技术基础数字部分[M]北京：高等教育出版社.2006.1
关键词：高压软启动变频启动启动电流
送风机电动机目前为直启动方式，启动电流可达额定电流的8倍。对厂用电系统造成很大冲击。通过对送风机电动机启动控制方式的可行性研究，采取有效方案，将启动电流控制在2-4倍额定电流之间。这样既减小了对厂用电系统的冲击又利于节能环保，安全稳定运行。
我公司三台送风机电动机型号为Y560-4，额定电压10kV、额定电流81A、额定功率1250kW，电源分别取至厂用10KVⅢ、Ⅳ、Ⅴ段。送风机电动机启动方式为直接启动，启动电流可达额定电流的8倍。由于三台送风机电动机启动电流大所以对厂用电系统冲击很大，每次送风机启动都需要对厂用电系统及电负荷进行调整，对我公司安全经济运行造成很大影响，由其在水炉投产后厂用10KVⅢ、Ⅳ、Ⅴ段厂用电负荷大幅增加，提高厂用电系统安全稳定性减小送风机电动机启动时冲击电流。现针对以上情况做可行性研究，下面提出两种研究方案：
方案一：采用高压软启动器启动三台送风机电动机
高压软启动器工作方式简介：高压软启动器由电源侧接触器、旁路接触器及数字启动器组成。通过数字启动器启动，启动结束后自动投入旁路接触器共频电压运行，高压软启动器具有过压、欠压、过负荷、启动超时等保护功能，启动电流为2-4倍额定电流。
改造方案：将原送风机电动机高压开关柜作为电源柜，新增加送风机高压软启动柜和送风机电动机旁路柜（当高压软启动器故障时采用工频直接启动），新增设备安装在厂用0.38kVⅤ段空余位置。DCS系统需增加送风机软启动“启动/停止”、软启动故障等接点。高压侧采用高压电缆联接，控制系统需重新敷设母线室到DCS系统控制电缆。
预期效果：通过高压软启动器启动送风机电动机，将其启动电流限制在2-4倍额定电流之间，减小对厂用电系统冲击电流，保障厂用电系统安全稳定运行。
方案二：将两台送风机电动机采用高压变频器控制
一台送风机电动机采用高压软启动器控制
高压变频器工作方式简介：高压变频器由功率单元、工作变压器、电源侧接触器、旁路接触器、控制单元等设备组成。工作时可根据锅炉实际所需风量调整送风机电动机转速。
改造方案：将原送风机电动机高压开关柜作为电源柜，新增加送风机高压变频器柜。由于每套高压变频器长度约8米，经过测量我二期母线室西侧门及墙体需向外扩建2米且要拆除原二期0.38kV施工段并利用0.38kVⅤ段空余位置可以安装两套高压变频器。DCS系统需增加送风机变频器“启动/停止”、“风机转速加/减”、“变频器故障”、送风机变频器旁路“启动/停止”、“风机转速显示”等接点。高压侧采用高压电缆联接，控制系统需重新敷设母线室到DCS系统控制电缆。由于送风机电动机为普通型电动机，变频运行时温度很高影响绝缘及使用寿命，故需增加送风机高压电动机强制排风设施（#5送风机电动机是密封箱体结构，风口在电动机箱体两侧无法加装强制冷却设施）。如采用此方案鉴于现场实际情况，采取#3、#4送风机电动机可以改造为高压变频器控制，#5送风机电动机可以改造为高压软启动器控制。
预期效果：通过高压变频器控制送风机电动机，使其能根据锅炉实际运行情况进行调整，由于送风机原设计为直接启动方式为保证有足够启动转矩电动机选用功率都远远大于实际工况，通过变频改造后根据实际工况调整送风机电动机转速且变频器提供的为交-直-交变换后的有功功率有很好的节能效果并且变频器启动调速平稳对机械部件冲击小，可以提高机械使用寿命。
送风机变频改造效益分析：（以#3、#4送风机为例）
理论计算：主要数据如下，电动机额定功率1250kW；电动机效率95%；功率因数cosΦ=0.85；变频系统效率不低于96.5%，满负荷时变频器功率因数≥0.96；风机年运行小时数为7200小时；电价0.44元/kW.h；根据水炉送风机运行经验及相关资料提供，相同负荷情况下变频器控制电动机时输入电流减小12-15A。
1、风门挡板控制风量时，风门开度在30%，电动机运行电流41A。
P30%=√3*U*I*cosΦ/η=1.732*10.5*41*0.85/0.95=667kW.h
2、变频器控制风量时
P30%=√3*U*I*cosΦ/η=1.732*10.5*（41-12）*0.96/0.965=525kW.h
3、#3、#4送风机变频调速改造年节能收益（年运行7200小时）
A=（667-525）*7200*0.44=45万元/台
4、#3、#4送风机变频调速改造投资分析
综上理论计算#3、#4炉两台送风机变频改造后年节能约90万元。
改造方案比较：
方案一优点：设备一次性投资小，占地面积少，改造施工时间短。
方案一缺点：节能效果差
方案二优点：节能效果佳
关键词：DC-DC；同步整流；BUCK结构；续流；均流技术
1系统方案整体结构
该系统方案主要由两个BUCK变换器构成的DC-DC降压式电路、主控电路、采样电路、驱动电路以及PWM模块组成。主控芯片通过采样得到的电压电流参数来控制输出PWM波的占空比，进而控制开关管的开关频率，闭环控制电流电压，使其稳定输出。提高了供电的效率和稳定性。系统方案框图如图1所示。
2各模块的设计与实现
2.1DC-DC模块
系统方案的DC-DC模块采用是两个相同的BUCK拓扑结构，并且使电感始终工作在电流连续状态，否则闭环稳压时易振荡。另外，为了降低电路损耗，本系统方案选用导通电阻较低的开关管IRF3205（额定电流110A，耐压达55V，导通电阻小于8毫欧）。
对于BUCK电路滤波电感L1的计算如下：
为使输出电流连续且稳定，本设计选择L1=800uh。为了避免电感饱和，且更好地实现电感的储能功能，本设计选用外径为4.8cm的铁粉磁环绕制电感。由于电流可高达2-3A，为了降低电感线圈的发热损耗，选用2股直径为0.64mm的漆包线绕制。
2.2MOS管驱动电路设计
如图3所示，MOS管驱动电路选用具有波形互补的可编程芯片IR2104，PWM波从2脚输入，HO和LO输出两路反相的PWM分别控制两个MOS管的开断。
D5和C1/C2为自举二极管和自举电容，两者串联起到电流配合的作用实现电压自举，抬高VS的电位，使输出的PWM更稳定，同时二极管起到防止电流倒灌的作用。
2.3电流采样电路
如图4所示，该部分选择高边电流采样的方案，高边电流采样要求放大器必须具备大动态输入范围以及高共模抑制比，所以采用TI公司专用高边电流采样芯片INA282；采样电阻选择耐高温，温度系数小，精度可控的康铜丝电阻。
INA282的增益为50，采样电阻阻值为RS，反馈电压为：
VIFB=50×RS×I0
考虑到单片机ADC的采样范围为0～2.5V，对应0～2.5A，根据公式可知RS=10毫欧。
2.4过流保护电路
过流保护是由电流采样电阻、运算放大电路及保护电路组成。主要是通过运算放大电路采取采样电阻两端的电压，从而可以间接知道电阻两端的电流，利用LM358比较器，设定电路的阈值当电路中的电流值超过了指定的阈值时，此时整个电路的供电就断开了，从而起到了保护作用。
3均流技术-PID算法
采样DC/DC模块1的输出电流I1，反馈控制DC/DC模块1的开关PWM波，使DC/DC模块1输出电流I1维持一固定值；采样负载两端电压V0，反馈控制DC/DC模块2的开关PWM波，是负载两端电压为定值V0。在负载电阻一定时，由于负载电压稳定，输出总电流I一定，又因DC/DC模块1的输出电流I1稳定，故可以确定DC/DC模块2的输出电流I2。从而可以实现均流的目的。
4结束语
文章提出了一种DC-DC开关电源模块并联供电系统的技术方案，该设计方案采用多模块并联操作可以很好的解决市场上单一集中式电源；从实际的测试数据中，电路的供电效率达到了97.21%；电流的分配效果非常精准，可以很好的利用在开关电源的行业，电路结构简单，利用率高，具有很好的推广前景。
参考文献
[1]张天芳.开关电源的并联运行及其数字均流技术[J].淮海工学院学报，2006，15（1）：29-32.
[2]吴志明，孙道宗，黄孝远，等.程控开关电源并联供电系统的设计与实验[J].电子设计工程，2013，21（7）：108-111.
[3]阎石.数字电子技术基础[M].高等教育出版社，2006.
目前,变配电站综合自动化装置(微机保护)是利用操动机构的分励线圈来进行事故跳闸,操作电源一旦发生故障,继电保护就会拒动.所以变配电站综合自动化装置(微机保护)用于交流操作时,操作电源必须可靠,需要选用带蓄电池的不间断电源.如果操作电源取自电压互感器的二次侧或控制变压器做操作电源,无法保证供电的可靠性,那么事故跳闸必须采用电流脱扣器.发生短路事故时要进行大电流切换,需要采用专用继电器,接点容量必须进行校验.电流脱扣器动作可靠性也必须进行校验.因此,把变配电站综合自动化装置(微机保护)保护跳闸出口(X-11,12,13,14)配用专用大容量继电器KA,增加一对常开干接点,就可以采用去分流式电路,利用电流脱扣器进行事故跳闸.大容量的跳闸接点采用带电保持,断电释放的可靠方式,使得电流脱扣器可靠跳闸.保护原理见图3.图3中微机综合保护JZB的设计在章节3“交流操作电源的微机综合保护设计”中阐述.
2交流操作回路设计方案的优点
由一次供电系统给交流操作电源供电,可靠性和稳定性不如直流系统,但交流操作电源系统也具有成本低或性能可靠及接线简单的优势.一套智能接口的直流电源需15万元以上,这对于农村、小工矿企业的设备更新和改造是一笔巨资,以交流操作系统取代直流操作系统节省了大量资金.如果用节省下来的资金购买8~12回路出线的微机综合二次保护装置,是非常经济的,同时也大大提高了系统的可靠性;交流操作电源可使二次回路简化,维护方便.交流操作不需要专门的电流变换装置,且二次回路简单,发生故障少,日常运行维护方便[6].交流操作电源主要适合以下场合:中小型水电站;中小型工矿企业变配电站;农村的小型变电站;建筑电气中的变配电所;煤矿系统输煤系统生产线等用电系统[7].
3交流操作电源的微机综合保护设计
(1)基本保护功能配置.三段式电流保护(电流速断,限时电流速断,定、反时限过电流);电流闭锁低电压保护;零序电流保护;PT断线报警;接地故障报警;控制回路断线告警.(2)额定交流参数.装置电源:AC220V;交流电压100V;交流电流5A或1A;额定频率50Hz;功率消耗:直流回路正常工作不大于15W,动作时不大于25W;交流电压回路每相不大于0.5VA.交流电流回路:额定电流为5A时,每相不大于1VA;额定电流为1A时,每相不大于0.5VA.接点容量:信号回路为AC220V/5A;跳合闸出口回路为AC380/5A;速断跳闸出口回路为AC380/15A.电源电压范围:DC220V,允许偏差:-20%~+15%;DC110V,允许偏差:-20%~+15%;AC220V允许偏差:-50%~+20%;AC110V,允许偏差:-50%~+20%.(3)交流开入回路设计.采用专用双向光耦并对电路参数进行合理设计后,装置对交流开入的检测速度更快,信号更可靠,检测范围更宽.(4)交流操作电源微机综合保护装置的设计要求.满足交流供电要求;同时支持直流电源和交流电源供电;AC220V输入和AC100V输入自动适应,不需外加跳线区别,在两种电源水平、电源较大波动范围下正常工作,以保证装置在系统故障时仍能可靠动作;双路电源输入具备自动切换告警功能[8];具有掉电记忆功能,若系统故障失电,在一定时间内,保护装置能正确动作;能与交流操作机构配合,大容量的跳闸接点采用带电保持,断电释放的可靠方式,使得电流脱扣器可靠跳闸;内部增加电容储能元件:在电源板整流回路之前并联大容量电容器件,在外部交流电源消失后,由电容器向装置和操作回路继续供电一段时间,保证装置的正常动作;如果条件允许的场合,可采用交流不间断电源装置(UPS)为保护装置供电[8],则交流操作的微机保护的稳定性和可靠性就更高,可与直流操作电源差不多.
关键词：STC12C5A60S2；单片机；直流电源
中图分类号：TN86
直流电源是通信机房的必需设备，它的主要任务就是通过把交流系统整流出直流电，为通信机房的交换设备、传输设备等提供直流工作电源，其性能和质量的好坏直接关系到通信设备能否稳定运行[1]。然而，目前使用的直流稳压电源大部分是利用分立器件组成的线性电源，在输出特性上存在输出精度和稳定性不高的问题。此外，在调整精确的电压输出时，因为电位器的阻值特性为非线性，在调整时需要花费一定的时间。因此，具有精度高，智能化的数控直流电源在工业生产中逐渐得到了广泛的应用。本文采用单片机作为控制核心，设计一种用于通信机房的12-48V可调高精度数控直流电源。
1总体方案
本次设计的数控直流电源方案如图1所示，主要包括键盘输入，LED显示，PWM信号输出，功率输出，A/D转换等模块，单片机负责对各个模块之间的协调处理。其基本原理是单片机控制输出占空比可调的PWM信号，经过功率放大、滤波之后获得稳定直流电压输出。另一方面，对输出的电压进行取样并进行A/D变换后反馈到单片机，根据取样电压与设定电压进行比对，再对PWM信号占空比进行调节，从而形成闭环控制。输出电压值用键盘进行设置，并采用LED数码管进行动态显示。
图1数控直流电源方案
2主要硬件组成
2.1STC12C5A60S2单片机简介
STC12C5A60S2是宏晶科技公司的一款增强型MCS-51单片机。该单片机采用单时钟/机器周期（1T），指令代码完全兼容传统8051，但速度快8-12倍。此外，其内部集成MAX810专用复位电路，2路PWM，8路高速10位A/D转换（250K/S），非常适用机电控制场合。
2.2核心电路设计
脉冲宽度调制（PWM）是一种模拟控制方式，其根据相应载荷的变化来调制晶体管基极或MOS管栅极的偏置，来实现晶体管或MOS管导通时间的改变，从而实现开关稳压电源输出的改变。这种方式能使电源的输出电压在工作条件变化时保持恒定，是利用微处理器的数字信号对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术[2]。图2所示为本通信直流电源的核心模块。单片机内部的可编程PWM模块信号从P1.3引脚输出，R1为上拉电阻，信号经过限流电阻R2连接到功率三极管VT的基极。功率三极管VT放大的PWM波经过LC滤波整形，通过对单片机内部的PWM模块编程，控制其占空比在25-100%之间连续可调，从而最终获得12-48V范围的直流电压。图中，DT为续流二极管，其作用是在控制开关关断期间，给储能滤波电感L释放能量提供电流通路。在PWM电源中，输出的PWM波频率通常为20kHz。
由于STC12C5A60S2单片机内部A/D模块要求输入电压不能超过5V，因此采用R3和R4构成的分压电路对输出电压进行取样之后，再连接到单片机内部进行A/D转换，如图2所示。
图2PWM驱动输出及A/D取样电路
3软件程序设计
软件程序中，需要对STC12C5A60S2单片机内部模块进行初始化，主要包括对PWM模块和A/D模块的相应控制寄存器进行设置。其中，PWM_init（）函数的主要代码及说明如下（晶振频率12M）：
CMOD=0x08；//设置PWM频率Fosc/256，为50kHz
CL=0x00；//PCA定时器清零
CH=0x00；//PCA定时器清零
CCAPM0=0x42；//PWM0设置PCA工作方式为PWM方式
CCAP0L=0xc0；//设置PWM0初始值与CCAP0H相同
CCAP0H=0xc0；//PWM占空比为25%
AD_init（）函数的主要代码及说明如下：
P1ASF=0x01；//P10口做AD使用
P1M0=0x01；//用于A/D转换的P1.0口
P1M1=0x01；//P1.0先设为开漏，断开内部上拉电阻
ADC_CONTR=0x88；//开启AD高速转换
系统工作流程为：单片机上电复位，初始化系统内部PWM模块，A/D转换模块以及其他相关寄存器。在主函数的循环中，单片机读取10位A/D转换结果，并与当前设置的电压值进行对比，根据误差对PWM模块的控制寄存器进行修正，改变占空比，直到输出电压值与设定值一致。另外，通过按键扫描程序检测键盘状态，根据键盘输入调用相应程序对输出电压值进行设置，同时通过LED数码管显示设置的电压值以及实际输出的电压值，让用户实时了解电源的工作状态。
4结束语
该数控直流电源采用了10位高精度A/D对输出电压进行采用，并实现了闭环控制。相对于常见分立元件的直流电源以及开环输出的数控直流电源，本设计的电源具有电压调节方便，精度高等优点，能够满足通信机房对电源电压及精度的要求。
参考文献：
[1]杨文红.通信直流电源设计方案的研究[J].洛阳大学学报，2004（02）：28-30.
[2]司明.一种开关电源PWM控制电路设计[D].辽宁大学，2013.
[3]赵建领，薛园园.51单片机开发与应用技术详解[M].北京：电子工业出版社，2009.
