基于68HC908SR12的智能數(shù)字化開關(guān)電源設(shè)計(jì)
引言
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/178616.htm與線性電源相比,開關(guān)電源具有諸多優(yōu)點(diǎn):由于主功率晶體管工作在開關(guān)狀態(tài),其損耗小,整機(jī)效率大大提高;采用鐵氧體高頻變壓器,使電源的體積和重量大為減少,成本更低等。一些專用電源芯片如TL494、UC3842的出現(xiàn),也使開關(guān)電源的設(shè)計(jì)更為簡(jiǎn)單,同時(shí)性能可靠。但只使用專用芯片制作的開關(guān)電源輸出通常為單一狀態(tài),若要改變輸出狀態(tài)要對(duì)硬件電路進(jìn)行修改。筆者設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一種單片機(jī)控制的數(shù)字化開關(guān)電源,有效的改善了上述問(wèn)題。
1 數(shù)字化開關(guān)電源的設(shè)計(jì)原理
筆者設(shè)計(jì)的數(shù)字化開關(guān)電源額定功率12OW。系統(tǒng)以開關(guān)電源作為基本電路,采用高性能單片機(jī)作為控制系統(tǒng),在控制算法的支持下,通過(guò)對(duì)輸出電壓和電流進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣,并與軟件給定值相比較,控制和調(diào)整開關(guān)電源的工作狀態(tài),得到期望值。主要包括輸入的整流濾波校正、功率變換、輔助電源部分、驅(qū)動(dòng)電路、單片機(jī)控制系統(tǒng)5部分。功率變換部分采用單端反激變換電路,輔助電源為驅(qū)動(dòng)電路提供電能,驅(qū)動(dòng)電路將來(lái)自單片機(jī)的PWM 信號(hào)放大后驅(qū)動(dòng)主功率晶體管,單片機(jī)系統(tǒng)是整個(gè)電路的控制核心,通過(guò)采樣值的變化實(shí)時(shí)控制輸出PWM 的占空比。整個(gè)設(shè)計(jì)力求做到了性能最優(yōu),成本最低。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。
1.1 主電路分析
功率轉(zhuǎn)換部分采用單端反激電路,結(jié)構(gòu)如圖2。當(dāng)加到原邊主功率開關(guān)管Q1的激勵(lì)脈沖為高電平使Q1導(dǎo)通時(shí),直流輸入電壓加在原邊繞組兩端,由于此時(shí)副邊繞組相位是上負(fù)下正,整流管D1反向偏置截止,原邊電感儲(chǔ)存能量;當(dāng)激勵(lì)脈沖為低電平使Q1截止時(shí),原邊繞組兩端電壓極性反向,副邊繞組相位變?yōu)樯险仑?fù),整流管正向偏置導(dǎo)通,變壓器儲(chǔ)存的能量向副邊釋放。在此開關(guān)過(guò)程中,高頻變壓器既起變壓隔離作用,又起電感儲(chǔ)能作用。
1.2 單片機(jī)控制系統(tǒng)
單片機(jī)控制系統(tǒng)是整個(gè)數(shù)字化電源的核心部分。
單片機(jī)采用Freescale公司的68HC908SR12,其內(nèi)部資源豐富,集成了12k的程序存儲(chǔ)器,2路定時(shí)/計(jì)數(shù)器,14通道1o位A/D轉(zhuǎn)換器,PWM輸出,內(nèi)部溫度傳感器等。單片機(jī)控制系統(tǒng)框圖如圖3。
ATD0、ATD10分別是電壓電流采樣引腳,將采到的模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量送至CPU。CPU每隔lms進(jìn)行一次控制調(diào)整,從而輸出占空比合適的PWM信號(hào)。PWM 信號(hào)經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)電路隔離放大后直接控制主電路的開關(guān)管。由于908SR12內(nèi)自帶脈沖寬度調(diào)制模塊,PWM最大頻率達(dá)到125kHz,完全可以用在高頻開關(guān)電源中,8位的分辨率,可以保證輸出電壓電流的精度。鍵盤部分采用觸點(diǎn)式按鍵開關(guān),使用者可以根據(jù)自己需要在額定功率下任意調(diào)整輸出電壓電流值。
整個(gè)回路采用雙閉環(huán)的控制系統(tǒng),正常情況下電壓環(huán)的反饋使輸出電壓恒定,一旦輸出電流超出最大值,電流環(huán)使輸出電壓降低,輸出電流維持在最大電流值。顯示部分可以由數(shù)碼管或液晶組成,本系統(tǒng)中通過(guò)按鍵選擇分別顯示電壓、電流、功率、溫度、電能計(jì)量等,并通過(guò)指示燈指示不同狀態(tài)。在運(yùn)行過(guò)程中若出現(xiàn)開路或短路現(xiàn)象,指示燈顯示報(bào)警狀態(tài),CPU會(huì)立刻啟動(dòng)保護(hù)程序關(guān)閉主電路。同時(shí)不斷檢測(cè)電源內(nèi)部溫度,防止整機(jī)溫升過(guò)高。
評(píng)論