辅助多功能电源的设计

自动化技术与应用201 3年第32卷第01期 仪器仪表与检测技术 统提供两个稳定、精确、可调的电压(一个能迅速开关的大电流，电压范围是0 20 压范围是0 35大电流中的一个小电阻进行调阻，要求该电流值为40A(5V) 4A，且接通时问不得超过3s，以防止电路板上其它 芯片过热而被损坏。 22系统工作原理 本次设计分为单片机控制模块(包括微处理器和看 门狗电路)、源模块(包括5V40A 开关电源及相关供电电路)、控制的大电流模块，如图1所示。 钾一3压 一 罐 穴溉 (v) (1V 图1 辅助多功能电源结构框图 在该系统正常工作时，计算机发出的各条指令信息 通过设计中为51单 片机)，5 1单片机根据内部的程序并调用存储在看门狗 为得到精确、可调、稳定的0 350压，可利用5 1单片机控制的0 5通过合适的运放电路放大来 达到所要求的电压值。供电电路模块是将220过5后通过一些 电压转换芯片由5的电压值。 为简化设计，输出能在0 3，首先直接选用市面上已有的5 后用样对 于大电流这一块的研究核心就转为如何提高和关断的速度，另外，该模块还包含了反馈保护电路， 进一步增大对大电流的控制能力。 3 硬件系统设计 31主控电路 该辅助多功能电源采用805 1系列的作为微处理器，它具有使用广泛、易于开发等特点。 如图2所示，引脚控制实现与计算机之间的通讯。 图2 单片机控制电路图 这四个引脚是用来控制看门狗电路的， 使用的是图3所示，器仪表与检测技术 自动化技术与应用 201 3年第32卷第01期 图3 看门狗电路及供电模块 看门狗定时器、电源电压监控、上电复位和串行 中，看门狗 定时器对微控制器提供保护系统，系统出现故障时，在 可选的超时周期之后，将以用 以保护系统使之免受低电压 状况的影响【2l。 供电部分是采用220 后再经过0505等芯片进行二次转换得到4- 5 V、+l 2 V，为电路中其他芯片供电，如图3所示。 十48，专为后文提到的而电路中用到的+5均为5是分开 独立供电的。 32 成，以得到客户所需的可调精确电压，电路图如图4、 图5所示。 1110 图4 电路图 图5 是常用的数模转换器，如图4所示，其串 行数据输入行时钟输入选信号别与单片机相连，用于接收单片机输入的数字量并转 换为模拟量后由输出端口】o V，具体输出值由单片机输 入信号决定。 自动化技术与应用 201 3年第32卷第01期 仪器仪表与检测技术 放，如图5所示，将电压值放大了4倍，电压范围增至 0二级的组合是为了在增加输出电压稳定度的同时增大其 驱动能力。 考虑到电压值要放大7倍，即0 35V，而电压限制，最大输出电压小于3 5 V，所以选择运放 1。 33基于三极管的了使辅助多功能电源能够按照客户要求快速通 断大电流，本设计选择用三极管电路来控制 增加了采样反馈保护电路，如图6所示。 (1) 辅助多功能电源选用了型号为45G 3，该55V，而且它的开启和关断的响应时间不超过200 合本次设计中要求快速开启和关断40境_51。为了保证我们采用了如图6右侧所示由三极管组成的电路。 若或非门74三极管组合控 制电路中8、9导通，而时场效 应管无40输出为低电平，则三极管组合控 制电路中T 3、T 8、 9截止，而T 5导通，此时 40(2) 采样反馈保护电路 由图6左侧可知，该电路使用了电压比较器 l 和或非门74来对输出电流进行采样、比较，以 实现当输出电流过大时，及时关闭电流输出的反馈保 护作用。 ，将输出电流通过 时可知 通过调整可调电阻整电压比较器的3脚 处的电压值。当输出电流脚处电 压高于3脚电压，电压比较器1脚输出低电平，经过或非 门74前所述，停止输出现反馈保护。 4软件系统设计 辅助多功能电源中的软件设计主要是指单片机软 件设计即是下位机软件设计，软件运行的目标是与上位 机通过体的通讯指令共有12条：查 询和修改设备地址、设置和读取设备名称、电流设定、打开或关闭三个输出电源的间隔时间设定、按 间隔时间顺序打开或关闭所有电源、读取设备内部所 有参数。 如图7所示，初始化成功后，进入主程序，辅助多功 能电源开始正常工作。主程序根据上位机发送指令调 图6 基于三极管的器仪表与检测技术 自动化技术与应用201 3年第32卷第01期 用相应程序。包括下面七个部分，共1 2条指令： 图7 单片机程序流程图 (1) 查询和修改设备地址 该辅助多功能电源是激光调阻机的一个外围设备， 需要根据实际应用场所修改设备地址，以免与其他设备 地址发生冲突，影响计算机的正常通讯。在接收计算机 命令时，验证是否与本机看门狗中存储的地址一致，若 一致，就继续接收命令，否则就放弃该指令，继续接收新 的指令。 (2) 设置和读取设备名称 通过这两条指令可以自由对该辅助多功能电源进 行命名和读取名称，这样可以快速区别其他设备，方便 客户使用。 (3)两条指令可以分别对压值设置。根据接收到的设置命令，调整 将新的电压值存储到看门狗 (4) 大电流电流开启时间设定指令可以让用户在0 3自由设定大电流输出时间，并将设定值存储在看门狗 中；接收到大电流开启指令后，单片机中定时器快速清 零，读取看门狗中设定的开启时间数值，按照设定值计 时并按时关断大电流。 (5) 打开或关闭三个输出电源的间隔时间设定 用户可在0 3将设定值存 储到看门狗中。 (6) 按间隔时间顺序打开或关闭所有电源 顺序打开指令的先后顺序是序关闭指令相反为执行这两条指令都需要调出间隔时间设定值，调整定时 器初值，按照客户要求执行。 (7) 读取设备内部所有参数 由于本设计中涉及用户自定义的指令较多，为 方便客户管理和使用，可通过本条指令调出用户设 定的所有参数，包括电压值、间隔时间、设备地址和 名称等。 5 结束语 经过测试，该设备能输出0 205，误差在01 出的大电流也能达到40A (5V)01A，能在0 3秒内按照设定值通断，基本符合客 户要求。 在这次设计过程中，综合考虑了系统的可靠性，安 全性，并利用已有的市场资源尽量使电路结构简单化。 经过硬件、软件的设计、制作与调试，现场运行效果良 好，目前已投入使用。实践表明，本设计是十分合理的， 同时也具有较好的应用前景。 参考文献：