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開(kāi)關(guān)電源是利用現代電力電子技術(shù)，控制開(kāi)關(guān)管開(kāi)通和關(guān)斷的時(shí)間比率，維持穩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(kāi)關(guān)電源在現代電子系統中的使用越來(lái)越普及。開(kāi)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、實(shí)時(shí)顯示是開(kāi)關(guān)電源智能化研究方向之一�，F設計開(kāi)關(guān)電源，技術(shù)指標為：輸出電壓30V至36V可調，最大輸出電流2A，有過(guò)流保護功能，能對輸出電壓進(jìn)行鍵盤(pán)設定和步進(jìn)調整、步進(jìn)值1V，并能實(shí)時(shí)顯示輸出電壓和電流的開(kāi)關(guān)穩壓電源。 1 總體設計方案 采用AT89S52單片機為控制核心，對普通的開(kāi)關(guān)電源控制部分進(jìn)行優(yōu)化設計，并通過(guò)軟件編程實(shí)現了對開(kāi)關(guān)電源的智能控制。設計中采用隔離變壓器將市電變壓后通過(guò)整流濾波送至DC-DC升壓變換器，經(jīng)過(guò)一系列的控制整合電路之后可實(shí)現設計要求。系統總體框圖如圖1.1所示。 1.1 DC-DC主回路拓撲 采用UC3842和MAX4080構成DC-DC轉換電路。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，內包含誤差放大器、電流檢測比較器、PWM鎖存器、振蕩器、內部基準電源和欠壓鎖定等單元。電流控制型升壓DC-DC轉換電路，外接元器件少、控制靈活、成本低，輸出功率容易做到100W以上。當然，DC-DC轉換電路也可以采用成品模塊，若用PI公司生產(chǎn)的DPA-Switch設計開(kāi)關(guān)電源具有集成度高、外圍電路簡(jiǎn)單、發(fā)熱量少、性能指標優(yōu)良。 由UC3842設計的DC-DC升壓電路直接用誤差信號控制電感峰值電流，間接地控制PWM脈沖寬度，達到控制輸出端電壓的目的。開(kāi)關(guān)管以UC3842設定的頻率周期開(kāi)閉，使電感L儲存能量并釋放能量。當開(kāi)關(guān)管導通時(shí)，電感充電，把能量?jì)Υ嬖贚中。當開(kāi)關(guān)截止時(shí)，L產(chǎn)生反向感應電壓，通過(guò)二極管把儲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(lái)控制，而傳遞能量的多少由通過(guò)電感電流的峰值來(lái)控制。具體設計電路如圖1.2所示。 1.2 保護電路 在大電流的情況下容易損壞芯片，所以需要對大電流的情況給予電路保護。設計中采用單片機控制繼電器的通斷來(lái)控制電路中的電流，對輸出電路電流采樣，采樣值與額定值比較，反饋比較電路如圖1.3所示，當電流大于2.5A時(shí)，則產(chǎn)生信號使單片機進(jìn)入中斷處理程序，使繼電器起動(dòng)，實(shí)現DC-DC電路的斷電，從而達到保護電路的作用。單片機控制電路如圖1.4所示。該方案中單片機控制繼電器的吸合時(shí)間短，而且易于實(shí)現。 1.3 數字設定及顯示電路 采用AT89S52單片機和集成芯片CD4051實(shí)現程控和步進(jìn)，用單片機控制鍵盤(pán)實(shí)現輸出電壓的初始設定，可以實(shí)現電壓的步進(jìn)1V，步減1V。使用液晶顯示輸出電壓和電流，可撥動(dòng)轉換開(kāi)關(guān)來(lái)選擇顯示電壓/電流模式。 1.4 程序設計 在設計好相關(guān)電路的基礎上，通過(guò)編程由單片機對開(kāi)關(guān)電源進(jìn)行智能控制。系統由單片機AT89S52控制，電源系統具有"+‰"和"-"步進(jìn)功能，步進(jìn)幅度為1V。同時(shí)AT89S52結合繼電器等電路實(shí)現了電路過(guò)流保護功能，并且能實(shí)時(shí)顯示開(kāi)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。 開(kāi)關(guān)電源是利用現代電力電子技術(shù)，控制開(kāi)關(guān)管開(kāi)通和關(guān)斷的時(shí)間比率，維持穩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(kāi)關(guān)電源在現代電子系統中的使用越來(lái)越普及。開(kāi)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、實(shí)時(shí)顯示是開(kāi)關(guān)電源智能化研究方向之一�，F設計開(kāi)關(guān)電源，技術(shù)指標為：輸出電壓30V至36V可調，最大輸出電流2A，有過(guò)流保護功能，能對輸出電壓進(jìn)行鍵盤(pán)設定和步進(jìn)調整、步進(jìn)值1V，并能實(shí)時(shí)顯示輸出電壓和電流的開(kāi)關(guān)穩壓電源。 2 提高效率 如何提高開(kāi)關(guān)電源的效率顯得尤為重要。在提高開(kāi)關(guān)電源的效率上采取了如下措施。 2.1 DC-DC轉換電路中電感在很大程度上影響系統的效率。市場(chǎng)上很難買(mǎi)到符合要求的電感，在繞制時(shí)對電感磁芯和漆包線(xiàn)的要求非常高，應將輸出電壓紋波降到最小。 2.2 DC-DC轉換電路中開(kāi)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(xiàn)電感所產(chǎn)生的高頻寄生振蕩�？捎行岣咿D換效率，若選用幾個(gè)MOS管IRF530并聯(lián)，可進(jìn)一步提高效率。 2.3續流二極管選擇肖特基二極管，其開(kāi)啟時(shí)間短、管壓降小，可使電感存儲能量大，有利于提高電源轉換效率。 2.4二極管、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，有利于提高系統的效率。 3 測試數據和分析 3.1 電壓調整率SU 電壓調整率SU指U2在指定范圍內變化時(shí)，輸出電壓U0的變化率。用自耦調壓器調節U2從15V到21V之間變化，在輸出電流為2A時(shí)候，測量出輸出電壓，從而得到電壓調整率SU。 3.2 負載調整率SI 負載調整率SI指I0在指定范圍內變化時(shí)，輸出電壓U0的變化率。改變負載電阻，使輸出電流在0～2A以?xún)茸兓瘯r(shí)，得到負載調整率數據如下。 3.3 DC-DC變換器效率 效率η=P0/PIN，其中P0=U0I0，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。 3.4 紋波電流 在開(kāi)關(guān)電源設計中，MOS管源極接上1kΩ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)測數據如下。 基于A(yíng)T89S52的開(kāi)關(guān)穩壓電源具有良好智能控制和步進(jìn)功能，測試數據表明電源系統具有較高的電壓調整率和負載調整率，并具有很高的效率，電源在最大輸出功率下能連續安全工作足夠長(cháng)的時(shí)間。當然可通過(guò)對MOS管及相關(guān)元器件選擇、電路優(yōu)化設計，或選擇DC-DC成品模塊可進(jìn)一步提高電源性能。 |
