《電子技術應用》
您所在的位置:首頁 > 電源技術 > 設計應用 > 一種基于單片機的數控開關電源設計
一種基于單片機的數控開關電源設計
來自互聯網
摘要: 本文設計的數控開關電源由兩部分組成。開關電源部分采用基于PWM控制的不對稱半橋功率變換器,由模擬控制芯片KA3525產生PWM信號經驅動電路實現對功率變換電路的輸出電壓控制,實現電壓的穩定輸出。數控部分采用凌陽單片機的D/A輸出對KA3525的誤差比較器的參考端進行數字給定,實現對輸出電壓的設定、步進調整和顯示等功能。
Abstract:
Key words :

1、引言

  現實的生活和實驗中,常常要用到各種各樣的電源,電壓要求多樣。如何設計一個電壓穩定,輸出電壓精度高,并且調節范圍大的電壓源,成了電子技術應用的熱點。在市面上,各種電源產品各式各樣,有可調節的和固定的。但是普遍存在一些問題,如轉換效率低,功耗大,輸出精度不高,可調節范圍過小,不能滿足特定電壓的要求,輸出不夠穩定,紋波電流過大,并且普遍采用可調電阻器調節,操作難度大,易磨損老化。

  針對以上問題,本文采用基于KA3525  PWM控制芯片的不對稱半橋式功率變換器,并采用16位凌陽單片機作為數控核心,通過其內置的D/A輸出調制PWM,提高了電源的輸出精度和效率,并且方便使用者操作,實現了基于單片機的數控開關電源

  2、基于單片機的數控開關電源系統組成

  本數控開關電源,采用凌陽單片機實現對基于PWM控制的不對稱半橋式功率變換器的數字控制,實現直流輸出電壓0V~40V設定和步進值為1連續調整,最大輸出電流為2A。同時實現了對輸出電壓和輸出電流的顯示等功能。系統框圖如圖1所示。系統主要包括: PWM控制的開關電源模擬電路部分和凌陽單片機組成的數控部分。

圖1  基于單片機的數控開關電源設計系統框圖

  3、基于PWM控制的開關電源設計

  PWM控制的開關電源電路原理如圖2所示。主要包括EMI濾波電路、整流濾波電路、功率變換電路、驅動電路、輸出電路、穩壓電路、過流保護電路以及輔助電源電路等。

圖2  PWM控制的開關電源原理圖

  3.1 EMI濾波電路

  EMI濾波器如圖3所示電路。該濾波器有兩個輸入端、兩個輸出端和一個接地端。電路包括快速保險絲F1,泄放電阻R1,共模電感L1、L2,濾波電容C1、C2、C8、C9。泄放電阻R1可將C1上積累的電荷泄放掉,避免因電荷積累而影響濾波特性;斷電后還能使電源的進線端不帶電,保證使用的安全性。共模電感L1-1、L1-2對差模干擾不起作用,對共模信號呈現很大的感抗。C1、C9主要用來抑制差模干擾。C2、C8跨接在輸出端,經過分壓后接地,能有效的抑制共模干擾。

    

圖3  EMI濾波電路

  3.2整流濾波電路

  常用整流電路有半波、全波、橋式、倍壓整流等形式。本文采用橋式整流電路,電路如圖4所示。圖中 C3、C10兩個電容分別用于濾除整流后的高低頻成分。

圖4  整流濾波電路

  3.3 功率變換電路

  功率變換電路采用不對稱半橋功率變換器,如圖5所示。圖5(a)所示電路開關管M1導通、M2截止,電容C4放電。圖5(b)所示電路開關管M2導通、M1截止時,電容C4充電。圖中R1、R2、R6、R7在開關管關斷時為泄放電阻,用來泄放開關管結電容電壓。C4為儲能電容,電容容量不能低于2μF,否則會降低系統帶載能力。

(a)

(b)

圖5 不對稱半橋功率變換器電流流向圖

  3.4驅動電路

  PWM信號產生芯片采用KA3525,它是一個典型的性能優良的開關電源控制芯片。其內部包括誤差放大器、比較器、振蕩器、觸發器、輸出邏輯控制電路和輸出三極管等環節。KA3525的1和2腳是內部運算放大器的輸入端,系統中單片機的D/A轉換接口的一個引腳與KA3525的2腳連接,實現KA3525的數字控制與步進調整。11和14腳輸出交替的兩路控制信號,經驅動電路與功率開關管的門極相連接。本文采用的驅動電路如圖6所示。當11腳輸出高電平、14腳輸出低電平時,N1、P2導通,耦合變壓器原邊電流流向如圖6(a)所示。當14腳輸出高電平、11腳輸出低電平時,N2、P1導通,耦合變壓器原邊電流流向如圖6(b)所示。圖7為驅動電路耦合變壓器的輸出波形。

圖6 不對稱半橋驅動電路電流流向圖

圖7 驅動電路耦合變壓器的輸出波形

  3.5輸出電路

  圖8即為LC濾波電路。電路中電感L4使電流波形變得平滑,電容則起到穩壓的作用。其中電容C1為低頻濾波,電容C7為高頻濾波。

圖8  LC濾波電路

  3.6穩壓電路

  如圖2所示,輸出電壓經采樣電阻采樣調整后輸入KA3525的1腳,與單片機設定的KA3525的2腳電壓進行比較,以實現穩定輸出電壓。若輸出電壓升高,則采樣電壓大于2腳給定電壓,KA3525輸出的脈寬變窄,反之變寬。

  3.7輔助電源電路

  由于本電路中KA3525芯片和單片機分別需要12V和5V的直流電壓,故須設計輔助電源,其電路如圖9所示。 輔助電源輸出采用三端穩壓器7812和7805實現12V和5V的直流電壓。

輔助電源電路

圖9  輔助電源電路

  4、基于凌陽單片機開關電源的數控設計

 

  本文數控部分采用凌陽公司的SPCE061A進行控制。SPCE061A主要包括輸入/輸出端口、定時器/計數器、數/模轉換、模/數轉換、串行設備輸入輸出、通用異步串行接口、低電壓監測和復位等部分。SPCE061A單片機應用領域非常廣泛。

  本文利用SPCE061A單片機內部10位的A/D、D/A實現對輸出電壓的步進控制和測量以及輸出電壓和電流的顯示功能。采用RT12864液晶顯示,與單片機相連接,單片機的IOB0~IOB7的數據口與LCD的DB0~DB7相連接,IOB8為RS,IOB9為R/W,IOB10為E,IOB11為RST。連接方式如圖10所示:

圖10  RT12864與SPCE061的連接

  輸入鍵盤控制電路采用4×4矩陣式非編碼鍵盤電路,與單片機進行連接。單片機的IOA8~IOA11做鍵盤的行掃描輸出口,IOA12~IOA15做鍵盤的列掃描輸入口。如圖11所示:

一種基于單片機的數控開關電源設計圖示

圖11  4×4矩陣鍵盤

  KA3525的2腳是一個控制PWM波占空比的引腳,與SPCE061A單片機DAC1/DAC2引腳鏈接,利用集成的其中1個10位的D/A轉換器,給2腳提供精確的給定電壓,給2腳的電壓越高,KA3525輸出的PWM波的占空比就越大,開關管導通的時間就越長,穩壓源輸出電壓就越高,反之電壓降低。從而可根據需要通過程序實現對輸出電壓的數字給定和步進調整,達到數控的目的。

  5、試驗驗證及結論

  為了驗證設計的可行性,進行了硬件實驗和程序調試。穩壓源的輸出電壓由KA3525芯片2腳的電壓決定。試驗中發現KA3525的2腳電壓與輸出電壓成非線性關系,因此需要多次調試確定2腳電壓與輸出電壓的值以實現單片機的數字給定和步進調整,本文給出了部分KA3525的2腳輸入電壓與輸出端電壓對應值。對應關系如表1所示。

表1  KA3525的2腳輸入電壓與穩壓源輸出電壓的關系

KA3525的2腳輸入電壓與穩壓源輸出電壓的關系

  經過計算KA3525的2腳所需要輸入的電壓并將其轉化成單片機所需要的10位數字量,最后SPCE061A單片機將10位數字量左移6位寫入P_DAC1單元的高10位,進行D/A轉換成相應的3525芯片2腳給定電壓,實現對開關電源的步進調整。采樣電壓經A./D轉換后送LCD顯示,顯示精度可達0.01V。經多次測試,本電源輸出電壓可以0V~40V連續調整,歩進值0.1V, 最大輸出電流可達I0MAX=2.5A,電壓調整率Su=0.1%,負載調整率SI=0.2%,效率η=90%,試驗結果表明本數控電源方案切實可行。

此內容為AET網站原創,未經授權禁止轉載。
主站蜘蛛池模板: 在线中文高清资源免费观看 | 欧美激情综合色综合啪啪五月 | 成年福利片120秒体验区 | 91免费网站 | 日本黄a三级三级三级 | h视频在线免费观看 | 天天做天天添天天谢 | 欧美xxxxxxxxxxxxx 欧美xxxxxxxxxx黑人 | 国产一区二区三区四卡 | 一区二区三区 日韩 | 91精品国产免费久久国语蜜臀 | 色综合久久88色综合天天提莫 | 青青青亚洲精品国产 | 国产精品免费视频播放 | 香蕉污视频在线观看 | 国语性猛交xxxx乱大交 | 久久综合欧美 | 日韩三级不卡 | 国产福利午夜波多野结衣 | 日韩一本 | 成年女人免费又黄又爽视频 | 草草影院欧美 | 日日干天天爽 | 热99在线视频| 免费日皮视频 | 日日狠狠| 免费成人黄色大片 | 美女1819xxxx | 国产91在线 | 亚洲 | 午夜嘿嘿| 色五月天天| 性香港xxxxx免费视频播放 | 福利在线观看视频 | 黑丝被艹 | 色久天| 亚洲人成网站色7799在线观看 | 亚洲性视频在线 | 爱搞视频首页在线 | 一级黄色视 | 欧美性生交xxxxx丝袜 | 免费网站在线观看国产v片 免费网站看v片在线成人国产系列 |