基于at89c51小功率调频调压电源设计

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1、大庆石油学院学报第36卷第3期2012年6月JOURNALOFDAQINGPETROLEUMINSTITUTEVo1．36No．3Jun．2012基于AT89C51的小功率调频调压电源设计张安保，刘展辰，于静，苑赫。，王自玲(1．大庆工程建设有限公司油建公司，黑龙江大庆163000；2．东北石油大学电气信息工程学院，黑龙江大庆163318；3．华北油田渤海装备石油机械厂，N：II~任丘062550；4．大庆石化公司工程造价部，黑龙江大庆163714)摘要：为满足钻井导向系统非接触供电单元开发设计需要

2、，设计一种小功率调压、调频电源．采用智能控制芯片AT89C51作为控制核心部件，自振式反激变换器实现调压模块设计，全桥逆变电路实现调频模块设计，通过IR2110芯片实现驱动．控制芯片产生PWM控制信号，控制开关管的导通并在直流侧加入合适的整流电容使电压平稳输出，经隔离驱动电路实现电能的通断控制，实现电源电压、频率和幅值可调．实验结果表明：该电源具有过电流、过电压保护功能，设计结构合理，成本低廉，控制精度较高，达到设计要求．关键词：调压调频电源；AT89C51；PWM；CPT中图分类号：TN86，TE

3、243文献标识码：A文章编号：1000—1891(2012)03—0104—060引言定向钻井的关键技术问题是利用非接触供电技术实现随钻测井设备和钻井导向系统的供电．在可调电源的设计及制造方面，由最初采用三端可调稳压电路制作可调压电源，逐渐转变成运用IGBT绝缘栅双极型晶体管做成的双向调压电源．随着电力电子技术的不断发展，调压调频电源的控制器件由电力电子器件换为单片机和DSP等进行控制．逆变器控制技术随着新型大功率高频开关器件的发展而被运用，Dc—AC电路拓扑作为调频模块的逆变电路，可以有效简化系统

4、控制成本，提高系统整体效率和功率密度．如孙频东等将Boost或Buck电路应用到交流变压上，可以使变压电路的输出电压实现连续变化和微调，在需要稳压的场合采用闭环控制，使电源的输出电压更加稳定[2]．张荣华等利用STC12C2052AD单片机和二阶低通滤波器对调压电路进行改进，实现使用性强的调压功能[3]．高岳民应用微型计算机反馈控制技术、数控增益放大器、模数转换、脉宽调制、LC脉冲滤波、交流幅值检测、软件定值与比较运算、PID数控增益驱动等电路组成的交流可调稳压电源．采用RCC变换器进行调压模块设计

5、成为行业普遍方法．嵌入式控制芯片在设计中的使用提高系统设计的灵活性．调频调压电源在许多工业领域有广泛的应用，因此设计一种能够将一种频率和电压的电源变换成另一种电压与频率的智能化电源具有重大意义．针对钻井导向系统中非接触供电模块，优化设计开发电压、频率可调的智能小功率电源．其中逆变电路部分运用DC—AC型非接触电能传输(CPT)系统的新型电路拓扑[5]，简化系统控制方式，减少次级回路电能变换损耗，提高系统整体效率和功率密度．该电源不仅具有传统的晶体管串联调整稳压电源的优越性能，而且电源内部功率损耗小、

6、工作稳定、可靠性高，为油田井下提供电压为5～36V和频率为1～2OkHz的小功率电压、频率可调电源．1整体设计框架小功率调频、调压电源整体设计框架见图1．由图1可见，单相交流220V电压输入到不同变压器，经过不可调控整流电路和可控高频斩波电路、高频滤波电路、全桥逆变电路，输出高频电压．按键电路将信号收稿日期：2012—04—20；编辑：张兆虹基金项目：中石油科技创新基金(2010D-5006—0706)作者简介：张安保(1969一)，男，硕士，工程师，现主要从事电气施工方面的研究·104·第3期张安

7、保等：基于AT89C51的小功率调频调压电源设计输入单片机，由单片机计算并输出相应电压和频率的PWM信号．根据输入的调压需求，调节调制波的占空比，输入给高频变压器和全桥逆变器，实现输出电压为5～36V、输出频率为1～2OkHz的电源电压和频率调节．当实际电压(电流)大于额定电压(电流)时，单片机接收保护电路信号发生中断，起到保护电路的作用．单相交●一‘‘’一一一一‘‘’一⋯‘‘。。一一一一‘r：———————————1一一r：—二————‘‘。———1‘‘r．=二’-——————‘1’：220V频电

8、压盛全桥整流H高频斩波HH高蓑流H全誓著变l’●一一一一_·一一一一一一⋯一一4一一一，一一一一一一一一一一···；lL缓冲电路囱圜i一．===一==．：控制电路图l小功率调频、调压电源整体设计框架2硬件设计2．1调压模块2．1．1主电路依据自振式反激变换器(RingingChokeConverter，简称RCC)原理，在整流电路基础上，设计电源的调压电路(见图2)．调压主电路的功能为：单片机对MOS管进行控制，按照设定的PWM信号处理，在MOS管开通期间导通电压接近