基于68HC908SR12的智能數字化開(kāi)關(guān)電源設計

引言

　　與線(xiàn)性電源相比，開(kāi)關(guān)電源具有諸多優(yōu)點(diǎn)：由于主功率晶體管工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，其損耗小，整機效率大大提高；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(zhuān)用電源芯片如TL494、UC3842的出現，也使開(kāi)關(guān)電源的設計更為簡(jiǎn)單，同時(shí)性能可靠。但只使用專(zhuān)用芯片制作的開(kāi)關(guān)電源輸出通常為單一狀態(tài)，若要改變輸出狀態(tài)要對硬件電路進(jìn)行修改。筆者設計實(shí)現了一種單片機控制的數字化開(kāi)關(guān)電源，有效的改善了上述問(wèn)題。

　　1 數字化開(kāi)關(guān)電源的設計原理

　　筆者設計的數字化開(kāi)關(guān)電源額定功率12OW。系統以開(kāi)關(guān)電源作為基本電路，采用高性能單片機作為控制系統，在控制算法的支持下，通過(guò)對輸出電壓和電流進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣，并與軟件給定值相比較，控制和調整開(kāi)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、驅動(dòng)電路、單片機控制系統5部分。功率變換部分采用單端反激變換電路，輔助電源為驅動(dòng)電路提供電能，驅動(dòng)電路將來(lái)自單片機的PWM 信號放大后驅動(dòng)主功率晶體管，單片機系統是整個(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)設計力求做到了性能最優(yōu)，成本最低。其結構如圖1所示。

　　1.1 主電路分析

　　功率轉換部分采用單端反激電路，結構如圖2。當加到原邊主功率開(kāi)關(guān)管Q1的激勵脈沖為高電平使Q1導通時(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下正，整流管D1反向偏置截止，原邊電感儲存能量；當激勵脈沖為低電平使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?，整流管正向偏置導通，變壓器儲存的能量向副邊釋放。在此開(kāi)關(guān)過(guò)程中，高頻變壓器既起變壓隔離作用，又起電感儲能作用。

　　1.2 單片機控制系統

　　單片機控制系統是整個(gè)數字化電源的核心部分。

　　單片機采用Freescale公司的68HC908SR12，其內部資源豐富，集成了12k的程序存儲器，2路定時(shí)／計數器，14通道1o位A／D轉換器，PWM輸出，內部溫度傳感器等。單片機控制系統框圖如圖3。

　　ATD0、ATD10分別是電壓電流采樣引腳，將采到的模擬量轉化為數字量送至CPU。CPU每隔lms進(jìn)行一次控制調整，從而輸出占空比合適的PWM信號。PWM 信號經(jīng)過(guò)驅動(dòng)電路隔離放大后直接控制主電路的開(kāi)關(guān)管。由于908SR12內自帶脈沖寬度調制模塊，PWM最大頻率達到125kHz，完全可以用在高頻開(kāi)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(pán)部分采用觸點(diǎn)式按鍵開(kāi)關(guān)，使用者可以根據自己需要在額定功率下任意調整輸出電壓電流值。

　　整個(gè)回路采用雙閉環(huán)的控制系統，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。顯示部分可以由數碼管或液晶組成，本系統中通過(guò)按鍵選擇分別顯示電壓、電流、功率、溫度、電能計量等，并通過(guò)指示燈指示不同狀態(tài)。在運行過(guò)程中若出現開(kāi)路或短路現象，指示燈顯示報警狀態(tài)，CPU會(huì )立刻啟動(dòng)保護程序關(guān)閉主電路。同時(shí)不斷檢測電源內部溫度，防止整機溫升過(guò)高。