ATMEGA16實(shí)現(xiàn)開關(guān)電源制作

　　開關(guān)電源是利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)，控制開關(guān)管開通和關(guān)斷的時(shí)間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源。以ATMEGA16單片機(jī)為控制核心，設(shè)計(jì)并制作了具有輸出電壓步進(jìn)可調(diào)的開關(guān)電源。其硬件由整流、濾波、單片機(jī)供電電源、DC-DC變換及LED顯示組成。經(jīng)實(shí)驗(yàn)測定，輸出電壓0~9.9V步進(jìn)0.1 V可調(diào)，輸出電流1.5 A,當(dāng)輸出電壓9V、輸出電流1.5 A時(shí)，電壓調(diào)整率小于0.67%,效率可達(dá)78.78%.

　　1 電源硬件電路設(shè)計(jì)與計(jì)算

　　1.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)組成框圖如圖1所示。市電經(jīng)整流濾波電路輸出直流，采用EMI共模濾波器抑制市電中的干擾;+5 V單片機(jī)供電電源由MC34063構(gòu)成;系統(tǒng)輸出電壓經(jīng)反饋電路送到單片機(jī)ATMEGA16的A/D口，單片機(jī)根據(jù)輸出電壓的變化，對(duì)DC-DC進(jìn)行PWM控制，使輸出電壓趨于穩(wěn)定;同時(shí)，系統(tǒng)的顯示及鍵盤控制也由單片機(jī)ATMEGA16實(shí)現(xiàn)。

　　圖1 系統(tǒng)組成框圖

　　1.2 整流濾波電路

　　整流、濾波電路主要是由整流變壓器(30 W,18 V)、EMI濾波器、RS207整流橋(2 A)和濾波電容2 000 μF組成。EMI濾波器主要作用是濾除開關(guān)噪聲和由輸入線引入的諧波。濾波器中磁心上的繞組采用同向繞制，因流經(jīng)繞組的交流電流是反相的，所以兩股相反方向的電流在磁心內(nèi)產(chǎn)生的交流磁通量相互抵消，從而達(dá)到抑制共模干擾的目的。

　　1.3 單片機(jī)供電電源

　　為提高電源的效率，利用芯片MC34063A外接簡單元件構(gòu)成降壓電路，輸出5 V電壓為單片機(jī)ATMEGA16提供電源，電路如圖2所示。

　　圖2 單片機(jī)供電電源電路

　　其中R1為限流電阻、C1為定時(shí)電容、C2為輸出濾波電容、R2和R3為設(shè)定輸出電壓大小的電阻，計(jì)算公式如式(1)所示。Rst為限流電阻，當(dāng)限流電阻的電壓達(dá)到330 mV時(shí)，電流限制電路開始工作。計(jì)算公式如式(2)所示，其中IMax_out為最大輸出電流。

　　由以上兩式可知，當(dāng)輸出電壓5V時(shí)，Rst、R2和R3的取值分別為0.5 Ω、1.2 kΩ、3.6 kΩ。

　　1.4 鍵盤及顯示電路

　　輸入及顯示電路采用4個(gè)按鍵，和用功能切換完成對(duì)輸出電壓的設(shè)定及顯示切換。顯示部分采用共陽極數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示，如圖3所示。單片機(jī)ATMEGA16采用內(nèi)部8 MHz晶振。

　　圖3 鍵盤及顯示電路

　　1.5 DC-DC電路

　　DC-DC電路如圖4所示。該模塊為SR-Buck變換器，開關(guān)管采用MOSFET管IRF540.IRF540的最大漏極電流ID為33 A,導(dǎo)通電阻RDS(on)為44 mΩ，漏源擊穿電壓VDSS為100V.MOSFET是電壓控制電流源，為了驅(qū)動(dòng)MOSFET進(jìn)入飽和區(qū)，需要在柵源極間加上足夠的電壓，以使漏極能流過預(yù)期的最大電流，因此采用三極管對(duì)IRF540進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。主開關(guān)管Q6用NPN三極管Q5驅(qū)動(dòng)，同步整流管Q9用PNP三極管Q10進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。

　　圖4 DC-DC電路

　　濾波電路采用LC串聯(lián)電路，由1個(gè)220μH的電感和2個(gè)并聯(lián)的470 μF的ESR電容組成，0.1μF的陶瓷電容用于吸收輸出端的高頻分量。

1.6 輸出電壓采樣電路

　　將50 kΩ電位器(電壓采樣電阻)的兩端并在電源輸出端(V0端與地端)，中間引腳接到單片機(jī)的ADC0腳。實(shí)現(xiàn)A/D對(duì)輸出電壓的采樣，電路如圖5所示。