浅谈如何设计测控系统中的程控电源

品慧电子讯程控电源由插在标准100母线板上的八块线路板组成，其中包括－40V/－43V电源板、＋24V连续可调电源板、＋20V/＋22V电源板、－20V电源板、＋5V/－80V电源板、电源检测与切换板、前转接板及后转接板组成。

程控电源原理框图如图1所示，工控机通过PCL?812PG数据采集卡数字I/O通道切换电源的输出电压，利用D/A输出调节PWM的比较电压以控制输出电压的连续变化，通过A/D通道实时监视电源的输出。

电源主体设计

＋20V/＋22V电源原理如图2所示。

（1）输入电路220V/50Hz的市电经变压器后输入30V交流，再经全波整流和电解电容E2、E3滤波后送入开关电路。E2、E3取2200μF，其并联使用降低了滤波电容的ESR值。

（2）开关电路电路设计中采用串联型开关稳压电源，脉冲宽度调制器为SG3524，功率开关器件为2N6277，电路设有过压过流保护电路，当电源输出过压、过流时，自动切断电路的直流输入，从而达到保护电路的目的。开关电路的工作频率为：
f=1/C9•R17=1/(0.01×10－6×5.1×103)≈20kHz

（3）输出电路由电感L1和电解电容E5、E8组成滤波电路，R5为模拟负载。输出滤波电容的选择十分重要，为了满足最小输出纹波和输出电流要求，电容的ESRmax=ΔVout/ΔIout，ΔVout为纹波幅度，ΔIout为电流设计要求的1/4，为此，E8选用CD28型四端电容，可以满足5A电流输出，纹波小于10mV的设计要求。

电源切换电路

图1：程控电源原理框图

程控电源在工控机的控制下，依据被测对象的不同，切换和产生被测对象所需的电源电压，并能通过工控机对程控电源组合进行自检和监测。

由于＋20V/＋22V二种电源相差较小，所以利用同一电源主体电路，通过切换不同的基准电压改变电源的输出。电路还通过工控机控制码P2改变电源的比较基准电压，达到同一个电路输出两个不同电压(＋20V和＋22V)的目的。控制码P0用以控制调宽脉冲的输出，从而控制开关稳压电源是否工作。当P2为高电平时，OC2不导通，将W4调整到1.76kΩ，输出电压Vout==22V；当P2为低电平时，OC2导通，W3、R23与R21、R20并联，计算可得W3＋R23=2.4×(R21＋R20)=17.52k，将W3调整到3.5kΩ左右即可得到输出电压为20V。

图2：＋20V/＋22V开关电源原理图

图3：＋24V计算机控制电路原理图

程控连续可调电源电压控制

测试系统中需要由24V到0V连续可调的电源，控制电路如图3所示，电源主体同图2，为了得到计算机控制的连续可调电压输出，工控机中安装了PCL?812PG卡，提供16路数字输入、16路数字输出、16路A/D、2路D/A，将D/A输出接到图3的D/A控制端，D/A输出电压范围为0～5V，当D/A输出为0V时，电源输出也为0V；当D/A输出为5V时，电源输出Vout=5×R20/(R21＋R20)×(R3＋R4)/R4=27.3V，输出电压范围满足设计要求。

测试时，工控机首先控制D/A输出5V电压（对于12位的PCL?812PG卡D/A通道寄存器赋值为4095），测试导弹参数是否合格，如不合格则控制D/A通道输出下降12mV，对应电源输出下降97mV，小于0.1V，满足测试要求。

程控电源是测控系统的基本组成部分之一，上述电源电路已在多个系统中应用。在实际应用中得到以下经验：
（1）选用正向导通电压低、反向恢复时间快的肖特基二极管MBR20100作续流二极管，提高了电源的效率。实际测试比采用快速恢复二极管提高效率达10％以上；
（2）在储能电感线圈的磁芯上再绕一个附加线圈，使开关器件的饱合压降明显减小，从而使导通损耗减小，效率提高。试验表明效率可提高3％～5％；
（3）电源检测电路采用高精密电阻，提高了工控机检测电压的准确性。