基于68HC908SR12的智能數(shù)字化開關(guān)電源設計

引言

　　與線性電源相比，開關(guān)電源具有諸多優(yōu)點：由于主功率晶體管工作在開關(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。一些專用電源芯片如TL494、UC3842的出現(xiàn)，也使開關(guān)電源的設計更為簡單，同時性能可靠。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)要對硬件電路進行修改。筆者設計實現(xiàn)了一種單片機控制的數(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)電源的設計原理

　　筆者設計的數(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，采用高性能單片機作為控制系統(tǒng)，在控制算法的支持下，通過對輸出電壓和電流進行實時采樣，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)動電路、單片機控制系統(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)動電路提供電能，驅(qū)動電路將來自單片機的PWM 信號放大后驅(qū)動主功率晶體管，單片機系統(tǒng)是整個電路的控制核心，通過采樣值的變化實時控制輸出PWM 的占空比。整個設計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。當加到原邊主功率開關(guān)管Q1的激勵脈沖為高電平使Q1導通時，直流輸入電壓加在原邊繞組兩端，由于此時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，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。在此開關(guān)過程中，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(tǒng)

　　單片機控制系統(tǒng)是整個數(shù)字化電源的核心部分。

　　單片機采用Freescale公司的68HC908SR12，其內(nèi)部資源豐富，集成了12k的程序存儲器，2路定時／計數(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進行一次控制調(diào)整，從而輸出占空比合適的PWM信號。PWM 信號經(jīng)過驅(qū)動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)中通過按鍵選擇分別顯示電壓、電流、功率、溫度、電能計量等，并通過指示燈指示不同狀態(tài)。在運行過程中若出現(xiàn)開路或短路現(xiàn)象，指示燈顯示報警狀態(tài)，CPU會立刻啟動保護程序關(guān)閉主電路。同時不斷檢測電源內(nèi)部溫度，防止整機溫升過高。