电子实验室常用的耐压直流电源故障分析

电子实验室常用的耐压直流电源故障分析

1输出电压的保护图1显示了国内控制开关稳压电源的原理框架图。单片机将输出电压及电流值经内部AD转换,与设定的输出电压比较,产生不同脉宽的驱动信号以保持输出电压的稳定;当输出电流超过保护设定值时关闭驱动以保护电源元器件;操作键可以对输出电压或保护电流进行设定并能将常用电压值及保护电流值存储在单片机中,控制回路的电源由输入电源经小功率变压器降压后供给。2电路原理和设计分析2.1提高了封装效率为了获得较高的效率和较小的体积,设计中采用了推挽直流变换器。驱动使用脉冲宽度调制(PWM)方式。PWM方式脉冲周期恒定,通过改变高低脉冲电压宽度占空比来调节输出电压。脉宽调制方式可以使开关管导通时间随着负载电流的下跌而减少,与普通型串联稳压电源相比可以降低开关损耗,提高效率。虽然开关电源的工作效率远远高于普通型串联稳压电源,但仍有很大的功率损失,为了最大限度地提高效率,设计中采用了以下措施:(1)开关管是开关电源中耗能最大的元件,为减小功耗,设计中选择工作速度高、工作电流大、导通内阻小的MOSFET管IRF640B,MOS管加装散热片,减少温升保证开关管稳定长时间工作。(2)在电路结构上选择了推挽式功率驱动电路,这样比全桥式驱动电路减少了一半MOS管的功耗,与半桥式驱动电路相比明显提高了电路的工作效率。(3)在尽量降低开关管的电流方面采取了高电压工作方法,这样使得开关管的工作电流较小,能耗大大降低,为提高整机电路的工作效率提供了基础。(4)整流器件选用肖特基二极管,不仅开关损耗少,管压降造成的功率损耗也大大低于普通整流二极管。2.2高效的ad转换控制器图2为单片机控制电路工作原理图。单片机采用宏晶公司的STC12C5410AD,最大时钟频率可达40MHz,运算速率是标准51单片机的12倍,内带数据存储、PWM及10位高速AD转换等功能。端口资源使用主要有:P1.4-P1.7口用于中文液晶显示器的驱动;P1.0口用于输出电压的模数转换,P1.1口用于负载电流的模数转换。由于输出电压为0-40V,在P1.0口用电阻进行了10∶1的降压,以保证输入电压在5V以下;P3.7口输出50kHz左右脉宽调制信号经滤波用于KA7500以控制开关管的脉冲宽度;P3.2-P3.5口安装4个轻触开关用于电源控制操作。3软件设计3.1写命令、写数据12232F中文液晶显示器的操作主要由初始化程序、写命令程序、写数据程序等组成。初始化程序主要负责上电时的液晶显示区清除、功能设定、地址归位、开关显示、设定显示地址等;写命令程序和写数据程序都需发3个字节给12232F,3个要发送的字节组成如下:(1)第1个字节:写命令时为F8H,写数据时节为FAH。(2)第2个字节:由需写入的命令(或数据)字节的高4位(组成字节的高4位)及4位0(组成字节的低4位)组成。(3)第3字节:由需写入的命令(或数据)字节的低4位(组成字节的高4位)及4位0(组成字节的低4位)组成。在写命令或数据时,先发第1个字节,然后再发第2,3字节,发送时高位先发,在移位时钟的作用下逐位移入液晶显示器。12232F液晶显示器的读写操作时序如图3所示。3.2时间主程序的实现控制主程序在上电时先完成对单片机及LCD显示器的初始化操作,然后显示开机信息,再从存储器中调出上次最后一次的输出电压数据,自动完成电压的输出及稳压过程,最后进入主程序的循环。主程序的流程如图4所示。3.2.1过流保护电流值稳压控制程序的主要功能是实时测量输出的电压与电流值,并与设定输出电压及保护电流值比较,控制输出电压的稳定及进行过流保护。STC12C5410AD具有8路AD转换口及4路PWM输出口,可快速完成输出电压及电流的数字化测量,并通过运算比较,改变输出电压控制脉宽达到稳压及过流保护的目的。以下是稳压控制程序。3.2.2连接功能程序键功能程序可进行输出电压的调整、存储、保护电流值的设定等操作。由于键数较少,设计中使用了菜单式操作方式,这样可提高键的利用率。4预存电压值设定单片机数控直流稳压电源的主要性能如下:(1)输出电压UO可调范围:0.0～40.0V,最大输出电流为2.0A;(2)具有最小0.1V的电压调整步距,有4组预存电压值可选择输出,并可进行修改并存储;(3)具有电流过流保护功能,保护电流从0～2.5A可设定,排除过流故障后,电源能自动恢复正常;(4)具有中文显示LCD,能显示二行综合文字或数据信息;(5)输入电压从195V变到245V时,电压调整率≤0.156;(6)负载电流从0A变到2A时,负载调整率≤0.4;(7)输出直流电压噪声纹波电压峰-峰值≤0.65V,效率η≥90(Uλ=220V,UO=3