基于單片機控制的程控開關電源研究

2.2單片機產生PWM信號算法設計
PWM信號頻率和調整的分辨率在很大程度上決定開關電源的工作性能。在兼顧頻率和分辨率的情況下,單片機輸出PWM信號的頻率選為30 kHz。為了得到較好的效果,應盡可能地提高單片機的運行速度,可將單片機的晶體振蕩器選擇為38 MHz，機器周期設定為6個時鐘。使用單片機的定時器可以精確地產生PWM信號，首先給定時器賦初值設定高電平時間,使單片機的PWM信號的驅動管腳在這段時間內為高電平。定時時間到達之后改變定時器初值，使驅動輸出管腳在下一個時刻產生低電平，兩個定時時間之和為33 μs。改變高電平的時間便可改變PWM的占空比。采用定時器模式1。
定時器初值計算公式為：

式中, t為定時時間，T0為定時器初值，T為時鐘周期,技術長度為216。
3 實驗測試數據及分析
　 本設計測試條件為交流輸入電壓220 V，直流輸出5 V/2 A。
3.1電壓調整率
(1)當電網電壓從220 V升到250 V時，輸出電壓調整率為0.4%。
(2)當電網電壓從220 V降到190 V時，輸出電壓調整率為0.2%。
3.2電流調整率
(1)當負載電流由1 A~2 A時，電流調整率為1.0%。
(2)當負載電流由0.12 A~0.9 A時,電流調整率為1.0~1.8%。
3.3實驗波形測試及分析
當電源交流輸入電壓為220 V、輸出直流參數為額定值5 V/2 A時，直流負載保持不變,通過外設鍵盤改變直流輸出電壓，用普源精電公司(RIGOL)數字存儲示波器DS5102C測量輸出直流電壓分別在5 V/2 A、4 V/1.2 A、1.2 V/0.5 A三種工作狀態(tài)下，功率開關管漏源之間的波形VDS,如圖5(a)、(b)、(c)所示。當負載不變時，隨著輸出電壓的改變,功率MOS開關管的VDS漏源波形隨占空比的改變而發(fā)生變化，輸出電壓越小，占空比越小。由漏感產生的尖峰電壓隨電源電流大小也發(fā)生變化，負載電流越大，由漏感引起尖峰電壓就越大；漏感引起的尖峰電壓最大值VDS發(fā)生在額定輸出時，此時占空比約為42%。從圖5(a)中可看出要保證電源功率MOS開關管可靠工作VDS必須滿足大于800 V；從圖5(d)看出，額定輸出時，示波器實際測量輸出的紋波峰峰值小于50 mV。

3.4 過壓、過流保護測試
當輸出電壓大于5.5 V或電流大于2.4 A時,有報警和顯示提示功能并自動關斷輸出，實現過壓或過流保護。當去掉過壓或過流后，通過激活按鍵啟動，仍可保證電源正常工作。
3.5程控電壓輸出
當電源輸出功率大于0.6 W或大于電源額定輸出(輸出5 V/2 A)時，可實現從1.2 V到5.0 V，每級0.1 V的輸出電壓調節(jié)，最大調節(jié)范圍可達額定輸出的76%。
從測試數據可知，在單片機控制基礎上設計此開關穩(wěn)壓電源具有輸出電源電壓程控調解功能，其調節(jié)范圍最大可達額定輸出的76%，并具有良好的電壓、電流調整率，可靠的過壓、過流保護措施。當電源過流、過壓現象消除后，按啟動鍵電源仍可正常工作。通過實驗測試表明，基于單片機控制基礎設計的開關電源相對于傳統(tǒng)的開關電源，在設計彈性方面有了相當的改善,增加了開關電源應用的適應能力(輸出可調范圍)，顯示了單片機設計的開關電源良好的應用發(fā)展前景。
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