智能數(shù)字化開關(guān)電源設(shè)計(jì)

引言

　　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)過程中，高頻變壓器既起變壓隔離作用，又起電感儲(chǔ)能作用。