步進(jìn)可調(diào)的穩(wěn)壓開關(guān)電源

1、步進(jìn)可調(diào)的穩(wěn)壓開關(guān)電源步進(jìn)可調(diào)的穩(wěn)壓開關(guān)電源步進(jìn)可調(diào)的穩(wěn)壓開關(guān)電源開 關(guān)電源是利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)，控制開關(guān)管開通和關(guān)斷的 時(shí)間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源。由于擁有較高的 效率和較高的功率密度，開關(guān)電源在現(xiàn)代電子系統(tǒng)中的使用 越來越普及。開關(guān)電源高頻化、模塊化和智能化是其發(fā)展方 向。其中，步進(jìn)可調(diào)、實(shí)時(shí)顯示是開關(guān)電源智能化研究方向 之一?，F(xiàn)設(shè)計(jì)開關(guān)電源，技術(shù)指標(biāo)為：輸出電壓 30V 至 36V 可調(diào)，最大輸出電流 2A ，有過流保護(hù)功能，能對(duì)輸出電壓 進(jìn)行鍵盤設(shè)定和步進(jìn)調(diào)整、步進(jìn)值 1V ，并能實(shí)時(shí)顯示輸出 電壓和電流的開關(guān)穩(wěn)壓電源。 1 總體設(shè)計(jì)方案 采用 AT89S52 單片機(jī)為控制

2、核心， 對(duì)普通的開關(guān)電源控制部分進(jìn) 行優(yōu)化設(shè)計(jì)，并通過軟件編程實(shí)現(xiàn)了對(duì)開關(guān)電源的智能控制。 設(shè)計(jì)中采用隔離變壓器將市電變壓后通過整流濾波送至 DC-DC 升壓變換器，經(jīng)過一系列的控制整合電路之后可實(shí) 現(xiàn)設(shè)計(jì)要求。系統(tǒng)總體框圖如圖 11所示。 11 DC-DC 主回路拓?fù)?采用 UC3842 和 MAX4080 構(gòu)成 DC-DC 轉(zhuǎn) 換電路。 UC3842 是一塊功能齊全、較為典型的單端電流型 PWM 控制集成電路， 內(nèi)包含誤差放大器、 電流檢測(cè)比較器、 PWM 鎖存器、振蕩器、內(nèi)部基準(zhǔn)電源和欠壓鎖定等單元。 電流控制型升壓 DC-DC 轉(zhuǎn)換電路，外接元器件少、控制靈活、成本低，輸出功率容易做到

3、 100W 以上。當(dāng)然， DC-DC 轉(zhuǎn)換電路也可以采用成品模塊，若用 PI 公司生產(chǎn)的 DPA-Switch 設(shè)計(jì)開關(guān)電源具有集成度高、外圍電路簡(jiǎn)單、 發(fā)熱量少、性能指標(biāo)優(yōu)良。 由 UC3842 設(shè)計(jì)的 DC-DC 升壓電路直接用誤差信號(hào)控制電感峰值電流，間接地控制 PWM 脈沖寬度，達(dá)到控制輸出端電壓的目的。開關(guān)管以 UC3842 設(shè)定的頻率周期開閉，使電感 L 儲(chǔ)存能量并釋放能 量。當(dāng)開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，電感充電，把能量?jī)?chǔ)存在 L 中。當(dāng)開 關(guān)截止時(shí)， L 產(chǎn)生反向感應(yīng)電壓，通過二極管把儲(chǔ)存的電能 釋放到輸出電容器中。輸出電壓由傳遞的能量多少來控制， 而傳遞能量的多少由通過電感電流的峰值來控制

4、。具體設(shè)計(jì) 電路如圖 1.2 所示。 1 2 保護(hù)電路 在大電流的情況下 容易損壞芯片，所以需要對(duì)大電流的情況給予電路保護(hù)。設(shè) 計(jì)中采用單片機(jī)控制繼電器的通斷來控制電路中的電流，對(duì) 輸出電路電流采樣，采樣值與額定值比較，反饋比較電路如 圖 13 所示，當(dāng)電流大于 2 5A 時(shí)，則產(chǎn)生信號(hào)使單片機(jī) 進(jìn)入中斷處理程序，使繼電器起動(dòng)，實(shí)現(xiàn) DC-DC 電路的斷 電，從而達(dá)到保護(hù)電路的作用。單片機(jī)控制電路如圖1 4所示。該方案中單片機(jī)控制繼電器的吸合時(shí)間短，而且易于 實(shí)現(xiàn)。 13 數(shù)字設(shè)定及顯示電路采用 AT89S52 單片機(jī)和集成芯片 CD4051 實(shí)現(xiàn)程控和步進(jìn)， 用單片機(jī)控制鍵盤實(shí) 現(xiàn)輸出電壓的

5、初始設(shè)定， 可以實(shí)現(xiàn)電壓的步進(jìn) 1V ，步減 1V 。使用液晶顯示輸出電壓和電流，可撥動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)來選擇顯示電壓電流模式。 1 4 程序設(shè)計(jì) 在設(shè)計(jì)好相關(guān)電路的 基礎(chǔ)上，通過編程由單片機(jī)對(duì)開關(guān)電源進(jìn)行智能控制。系統(tǒng) 由單片機(jī)AT89S52控制，電源系統(tǒng)具有"+ %o " 和'-"步進(jìn)功 能，步進(jìn)幅度為1V。同時(shí)AT89S52結(jié)合繼電器等電路實(shí)現(xiàn) 了電路過流保護(hù)功能，并且能實(shí)時(shí)顯示開關(guān)電源的輸出電壓 和電流。 程序總流程圖和中斷流程圖如圖 1（5， 6）所示。 2 提 高效率 如何提高開關(guān)電源的效率顯得尤為重要。在提高 開關(guān)電源的效率上采取了如下措施。21 D

6、C-DC 轉(zhuǎn)換電路中電感在很大程度上影響系統(tǒng)的效率。市場(chǎng)上很難買到符合 要求的電感，在繞制時(shí)對(duì)電感磁芯和漆包線的要求非常高， 應(yīng)將輸出電壓紋波降到最小。22 DC-DC 轉(zhuǎn)換電路中開關(guān)管采用 MOS 管取代雙極性晶體管，串聯(lián)柵極電阻將衰減由 MOS 輸入電容、柵一源電路引線電感所產(chǎn)生的高頻寄生振 蕩?？捎行岣咿D(zhuǎn)換效率，若選用幾個(gè) MOS 管 IRF530 并 聯(lián)，可進(jìn)一步提高效率。 23 續(xù)流二極管選擇肖特基二極管， 其開啟時(shí)間短、管壓降小，可使電感存儲(chǔ)能量大，有利于提 高電源轉(zhuǎn)換效率。 24 二極管、電感和 MOS 管的柵極最好 盡可能地靠近焊接，這樣可以減少損耗，有利于提高系統(tǒng)的 效率。

7、 3 測(cè)試數(shù)據(jù)和分析 31 電壓調(diào)整率 SU 電壓調(diào) 整率 SU 指 U2 在指定范圍內(nèi)變化時(shí)， 輸出電壓 U0 的變化率。用自耦調(diào)壓器調(diào)節(jié) U2 從 15V 到 21V 之間變化， 在輸出電流為 2A 時(shí)候，測(cè)量出輸出電壓， 從而得到電壓調(diào)整率 SU 。 32 負(fù)載調(diào)整率 SI 負(fù)載調(diào)整率 SI 指 I0 在指定范圍內(nèi)變化時(shí)， 輸出電壓U0的變化率。改變負(fù)載電阻，使輸出電流在02A 以內(nèi)變化時(shí)，得到負(fù)載調(diào)整率數(shù)據(jù)如下。33 DC-DC 變換器效率效率 n =P0/PIN，其中 P0=U0l0 ,PIN=UINIIN。用毫伏表在 DC-DC 模塊端口直接讀出輸入和輸出電壓電流 各值，可得變換器效率。 34 紋波電流 在開關(guān)電源設(shè) 計(jì)中，MOS管源極接上1k Q的電阻，電源濾波處加無(wú)極性 電容，濾除高頻紋波。電流紋波實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)如下基于AT89S52 的開關(guān)穩(wěn)壓電源具有良好智能控制和步進(jìn)功能， 測(cè) 試