51單片機(jī)的數(shù)控直流電源研究的意義與前景

李勝強(qiáng)

【摘要】51單片機(jī)為核心控制器的數(shù)控直流電源系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)，該電源具有電壓可預(yù)制、可步進(jìn)調(diào)整、輸出電壓和電流信號的顯示。了解其研究意義與前景，可以激發(fā)更多的人參與到其設(shè)計(jì)當(dāng)中來。

【關(guān)鍵詞】51單片機(jī)；數(shù)控直流電源系統(tǒng)；研究意義；前景

一、研究意義

當(dāng)今社會人們極大的享受著電子設(shè)備帶來的便利，但是任何電子設(shè)備都有一個共同的電路--電源電路。大到超級計(jì)算機(jī)、小到袖珍計(jì)算器，所有的電子設(shè)備都必須在電源電路的支持下才能正常工作。當(dāng)然這些電源電路的樣式、復(fù)雜程度千差萬別?？梢哉f電源電路是一切電子設(shè)備的基礎(chǔ)，沒有電源電路就不會有如此種類繁多的電子設(shè)備。

電源技術(shù)尤其是數(shù)控電源技術(shù)是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的工程技術(shù)，服務(wù)于各行各業(yè)。當(dāng)今電源技術(shù)融合了電氣、電子、系統(tǒng)集成、控制理論、材料等諸多學(xué)科領(lǐng)域。直流穩(wěn)壓電源是電子技術(shù)常用的儀器設(shè)備之一，廣泛的應(yīng)用于教學(xué)、科研等領(lǐng)域，是電子實(shí)驗(yàn)員、電子設(shè)計(jì)人員及電路開發(fā)部門進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作和 研究不可缺少的電子儀器。在電子電路中，通常都需要電壓穩(wěn)定的直流電源來供電。而整個穩(wěn)壓過程是由電源變壓器、整流、濾波、穩(wěn)壓等四部分組成。然而這種傳統(tǒng)的直流穩(wěn)壓電源功能簡單、不好控制、可靠性低、干擾大、精度低且體積大、復(fù)雜度高。普通的直流穩(wěn)壓電源品種有很多，但均存在以下兩個問題：輸出電壓是通過粗調(diào)（波段開關(guān)）及細(xì)調(diào)（電位器）來調(diào)節(jié)。這樣，當(dāng)輸出電壓需要精確輸出，或需要在一個小范圍內(nèi)改變時，困難就較大。另外，隨著使用時間的增加，波段開關(guān)及電位器難免接觸不良，對輸出會有影響。穩(wěn)壓方式均是采用串聯(lián)型穩(wěn)壓電路，對過載進(jìn)行限流或截流型保護(hù)，電路構(gòu)成復(fù)雜，穩(wěn)壓精度也不高。在家用電器和其他各類電子設(shè)備中，通常都需要電壓穩(wěn)定的直流電源供電。但在實(shí)際生活中，都是有220V的交流電網(wǎng)供電。這就需要通過變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓電路將交流電轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的直流電。濾波器用于濾去整流輸出電壓中的紋波，一般傳統(tǒng)電路由濾波扼流圈和電容器組成，若由晶體管濾波器來替代，則可縮小直流電源的體積，減輕其重量，且晶體管濾波直流電源不需直流穩(wěn)壓器就能用作家用電器的電源，這既降低了家用電器的成本，有縮小了其體積，使家用電器小型化。傳統(tǒng)的直流穩(wěn)壓電源通常采用電位器和波段開關(guān)來實(shí)現(xiàn)電壓的調(diào)節(jié)，并有電壓表指示電壓值的大小。因此，電壓的調(diào)整精度不高，讀數(shù)欠直觀，電位器也易磨損。而基于單片機(jī)控制的直流穩(wěn)壓電源能較好地解決以上傳統(tǒng)穩(wěn)壓電源的不足。

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)的突飛猛進(jìn)，現(xiàn)代工業(yè)應(yīng)用的工控產(chǎn)品均需要有低紋波、整范圍的高壓電源，而在一些高能物理領(lǐng)域，更是急需電腦或單片機(jī)控制的低紋波、寬調(diào)整范圍的電源。

二、目前的研究成果

從十九世紀(jì)90年代末起，隨著對系統(tǒng)更高效率和更低功耗的需求，電信與 數(shù)據(jù)通訊設(shè)備的技術(shù)更新推動電源行業(yè)中交流/直流電源行業(yè)正面臨著新的挑戰(zhàn)，即如何在現(xiàn)有系統(tǒng)加入嵌入式電源智能系統(tǒng)和數(shù)字控制。隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，人們對物質(zhì)需求也越來越高，特別是一些高新技術(shù)產(chǎn)品。如今隨著直流電源技術(shù)的飛躍發(fā)展，整流系統(tǒng)有一千的分立元件和集成電路控制發(fā)展為微機(jī)控制，從而使直流電源智能化，具有遙控測、遙信、遙控的三控功能，基本實(shí)現(xiàn)了直流電源的無人值守。并且，當(dāng)今科技快速發(fā)展過程中，模塊化是直流電源的發(fā)展趨勢，并聯(lián)運(yùn)行電源產(chǎn)品大容量話的一個有效手段，可以通過設(shè)計(jì)N+1冗電源系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)容量擴(kuò)展，提高電源系統(tǒng)的可靠性、可用性，縮短維修、維護(hù)時間，從而使企業(yè)產(chǎn)生更大的效益。如：揚(yáng)州鼎華公司近些年來結(jié)合美國Sorensen Amrel等公司的先進(jìn)技術(shù)成功開發(fā)了單機(jī)最大功率120KW智能模塊電源，可以并聯(lián)32臺（可擴(kuò)展到64臺），使最大輸出功率可以達(dá)到7600KW以上。智能模塊電源采用電流型控制模式，集中式散熱技術(shù)，實(shí)時多任務(wù)監(jiān)控，具有高效、高可靠、超低輻射，維護(hù)快捷等優(yōu)點(diǎn)，跡象結(jié)構(gòu)緊湊，防腐與散熱也作了多方面的加強(qiáng)。它的應(yīng)用將會克服大功率電源的制造、運(yùn)輸及維修等困難。而且和傳統(tǒng)可控硅電源相比節(jié)電20%-30%節(jié)能優(yōu)勢，奠定了它將是未來大功率直流電源的首選。

三、應(yīng)用展望

放眼今后，直流穩(wěn)壓電源今后的發(fā)展方向之一是以微處理器為核心的數(shù)控直流穩(wěn)壓電源，它將利用最新的計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及數(shù)字化技術(shù)，充分發(fā)揮微處理器強(qiáng)大的信息處理能力，使其突破傳統(tǒng)直流穩(wěn)壓電源的概念，傳統(tǒng)直流穩(wěn)壓電源的高穩(wěn)定性輸出僅是這種數(shù)控直流穩(wěn)壓電源其眾多功能之一。它的功能包括：控制的智能化，即控制電路采用全數(shù)字化，控制手段用微處理器和單片機(jī)組成的軟件控制方式，達(dá)到了較高的智能化程度，并且進(jìn)一步提高了電路設(shè)備的可靠性；將隨著微處理器和監(jiān)控軟件的引入，電源的自我監(jiān)控能力普遍增強(qiáng)，可以實(shí)時地監(jiān)控設(shè)備本身的各種運(yùn)行參數(shù)和狀態(tài)，預(yù)警功能和故障診斷功能，有效地實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)電源的無人值守；隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用日益普及和信息處理技術(shù)的不斷發(fā)展，在管理上達(dá)到網(wǎng)絡(luò)化，電源設(shè)備數(shù)據(jù)處理和通信能力，通過其智慧型人機(jī)界面，使網(wǎng)路技術(shù)人員可以隨時監(jiān)視電源設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)；具有遠(yuǎn)程開關(guān)機(jī)功能，使網(wǎng)絡(luò)技術(shù)人員可定時開關(guān)電源。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，直流穩(wěn)壓電源等儀表數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化將是發(fā)展方向。高精度數(shù)控直流穩(wěn)壓電源的研制對準(zhǔn)了這個發(fā)展方向，加上計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，使之具有非常廣闊的發(fā)展空間。

參考文獻(xiàn)：

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