基于單片機控制的開關(guān)電源及其設(shè)計

1、2?；趩纹瑱C控制的開關(guān)電源的可選設(shè)計方案由單片機控制的開關(guān)電源， 從對電源輸出的控制來說， 可以有三種控制方式, 因此， 可供選擇的設(shè)計方案有三種:（ 1) 單片機輸出一個電壓（ 經(jīng)D/AC 芯片或PWM方式) , 用作開關(guān)電源的基準(zhǔn)電壓。這種方案僅僅是用單片機代替了原來開關(guān)電源的基準(zhǔn)電壓， 可以用按鍵設(shè)定電源的輸出電壓值， 單片機并沒有加入電源的反饋環(huán), 電源電路并沒有什么改動。這種方式最簡單。（ 2） 單片機和開關(guān)電源專用PWM芯片相結(jié)合。此方案利用單片機擴展A/D 轉(zhuǎn)換器， 不斷檢測電源的輸出電壓， 根據(jù)電源輸出電壓與設(shè)定值之差, 調(diào)整D/A 轉(zhuǎn)換器的輸出, 控制PWM芯片， 間接控制

2、電源的工作。這種方式單片機已加入到電源的反饋環(huán)中, 代替原來的比較放大環(huán)節(jié)， 單片機的程序要采用比較復(fù)雜的PID 算法。（ 3） 單片機直接控制型.即單片機擴展A/DC, 不斷檢測電源的輸出電壓， 根據(jù)電源輸出電壓與設(shè)定值之差， 輸出PWM波， 直接控制電源的工作。這種方式單片機介入電源工作最多。3。最優(yōu)設(shè)計方案分析三種方案比較第一種方案： 單片機輸出一個電壓（ 經(jīng)D/AC芯片或PWM方式） , 用作開關(guān)電源的基準(zhǔn)電壓.這種方案中， 僅僅是用單片機代替了原來開關(guān)電源的基準(zhǔn)電壓， 沒有什么實際性的意義。第二種方案： 由單片機調(diào)整D/AC 的輸出, 控制PWM芯片, 間接控制電源的工作。這種方案中

3、單片機可以只是完成一些彈性的模擬給定， 后面則由開關(guān)電源專用PWM芯片完成一些工作。在這種方案中,對單片機的要求不是很高, 51 系列單片機已可勝任; 從成本上考慮，51 系列單片機和許多PWM控制芯片的價格低廉； 另外， 此方案充分解決了由單片機直接控制型的開關(guān)電源普遍存在的問題-由于單片機輸出的的PWM脈沖頻率低， 導(dǎo)致精度低， 不能滿足要求的問題。因此， 單片機和PWM芯片相結(jié)合, 是一種完全可行的方案.第三種方案： 是最徹底的單片機控制開關(guān)電源, 但對單片機的要求也高。要求單片機運算速度足夠快， 且能輸出足夠高頻率的PWM波。DSP 類單片機速度夠快， 但價格也很高， 占電源總成本的比

4、例太大， 不宜采用.廉價單片機中, AVR 系列最快， 具有PWM輸出， 但AVR單片機的工作頻率仍不夠高， 只能是勉強使用。比較分析后的結(jié)論.通過以上比較分析, 筆者的認為： 第二種方式， 即單片機和開關(guān)電源專用PWM控制芯片相結(jié)合是目前基于單片機控制的開關(guān)電源的最優(yōu)設(shè)計方案。4?；?9c51 單片機控制的開關(guān)電源根據(jù)上述最優(yōu)設(shè)計方案的結(jié)論, 下面舉出一個基于此最優(yōu)方案下的實例， 本實例根據(jù)典型PWM芯片TL494 的應(yīng)用特點， 設(shè)計了一種基于單片機89c51 輔助控制的正向變換器方式開關(guān)電源。4。1 工作原理4。1。1 電源軟起動的實現(xiàn)正向變換器方式的開關(guān)電源在輸入電壓接通時， 會產(chǎn)生極

5、強的充電電流， 因此需要通過軟起動使輸出電壓平緩地上升.TL494 具有軟起動功能， 只要在4 腳與14 腳間接上電容器， 即可使得ton 慢慢擴寬， 從而實現(xiàn)軟起動。4。1。2 輸出電壓的可調(diào)整與穩(wěn)壓控制開關(guān)電源是借助晶體管的開/關(guān)（ON/OFF） 來實現(xiàn)能量交換的， 其輸出控制， 由晶體管的導(dǎo)通時間決定, 流行的方法是采用PWM控制， 具體的方法是控制晶體管導(dǎo)通的占空比.即: 控制脈沖信號的頻率已定（ 周期已定） ， 調(diào)整占空比就是調(diào)整脈沖有效電平的寬度.比如: 要提高輸出電壓， 只需調(diào)寬控制脈沖有效電平的寬度即可.同理， 其穩(wěn)壓原理也是基于此。TL494 的4 腳是死區(qū)時間校正端子, 此

6、腳上給定一電壓值， 可得到一固定脈寬信號輸出。其原理是: TL494 內(nèi)部振蕩器的三角波電壓在0。2V1。3V 之間, 三角波電壓高于引腳4 的電壓的時間就是控制信號的ton.因此, 通過調(diào)整設(shè)定引腳4 的電壓便可調(diào)整PWM輸出的ton時間, 從而使得輸出電壓可調(diào)。根據(jù)TL494 的資料手冊, 4 腳死區(qū)控制電壓的典型值為: 2.8V 時, 對應(yīng)Tton=0； 0V 時, 對應(yīng)最大的ton， 在在這段電壓范圍內(nèi)， 對應(yīng)的電壓值對應(yīng)了固定的脈寬輸出， 以高頻變換也就得到了相應(yīng)的電壓輸出， 由此輸出可調(diào)的目的也就達到了， 這種功能具體由單片機來實現(xiàn).輸出電壓可調(diào)， 隨即需要解決的是穩(wěn)壓， 整機要求

7、穩(wěn)壓精度稍為高一點, 若要采用單片機來穩(wěn)壓的話， 由于單片機運行一條最簡單的指令也需要1 個周期， 當(dāng)采用12M晶振時, 一個周期為1us, 顯然不符合閉環(huán)穩(wěn)壓的要求， 在這時可采用TL494 內(nèi)置的誤差放大器來實現(xiàn)閉環(huán)穩(wěn)壓， 實現(xiàn)的原理就是運用電壓誤差放大器實現(xiàn)的電壓負反饋電路.單片機來給定每一級需要穩(wěn)壓基準(zhǔn)點, 以此來實現(xiàn)輸出一級電壓，穩(wěn)定一級電壓.4。2 硬、軟件實現(xiàn)4。2。1 硬件實現(xiàn)本電路主要有控制電路、跟蹤穩(wěn)壓電路和保護電路組成。原理框圖如下所示：輸出電壓可調(diào)控制電路電路的實現(xiàn)是由單片機通過鎖存器(74LS377）和D/A 轉(zhuǎn)換器（DAC0800） 實現(xiàn)， 當(dāng)單片機給74LS377

8、 送入數(shù)據(jù)并由74LS377 將數(shù)據(jù)鎖存， 經(jīng)DAC0800 轉(zhuǎn)換后輸出的直流電壓給TL494 的4 腳, 給定不同的基準(zhǔn)穩(wěn)壓電平, 即可實現(xiàn)不同的電壓輸出。穩(wěn)壓基準(zhǔn)源電路應(yīng)輸出電壓可調(diào)的要求, 那么當(dāng)輸出某一電壓值時必須要求穩(wěn)壓， 根據(jù)閉環(huán)負反饋的電路原理可知（ 如左圖） ， Vref 為穩(wěn)壓基準(zhǔn)電平， Vref 與U維持平衡電壓值只相差十幾個毫伏， 當(dāng)輸出電壓Uout 升高時, U'的電壓值必定升高， 則誤差放大器的輸出電壓會下降， 使得TL494內(nèi)部的PWM波輸出脈寬變窄.經(jīng)一系列高頻變換濾波得到的輸出電壓Uout 會降低, 從而達到穩(wěn)壓目的。當(dāng)輸出電壓為人為調(diào)整( 升高或降低）

9、 時, 則須對Vref 進行相應(yīng)的調(diào)整（ 升高或降低） 才能達到輸出穩(wěn)壓的目的。過壓、欠壓保護電路如上圖左圖所示： 過壓保護的檢測電路是利用TL431 來實現(xiàn)的，TL431 的內(nèi)部含有一個2。5V 的基準(zhǔn)電壓, 當(dāng)輸入電壓B 增大， 則由兩個電阻組成的采樣電路所分壓得到的電壓大于2。5V 時， TL431 導(dǎo)通，其陰極K 輸出低電平， 給單片機一個中斷信號， 切斷TL494 的輸出,并通過顯示電路顯示當(dāng)前的過壓保護狀態(tài).如上圖右圖所示： 檢測電路也是利用TL431 來實現(xiàn)的， 當(dāng)輸入電壓B 減小時， 由兩個電阻組成的采樣電路所分壓得到的電壓小于2.5V 時, TL431 截止， 其陰極K 輸出高電平， 經(jīng)過一個反相器， 反相器輸出一個低電平, 由單片機檢測出來后, 切斷TL494 的輸出, 并通過顯示電路顯示當(dāng)前的欠壓保護狀態(tài)。（2）過流保護電路如上圖所示： 過流保護電路的實現(xiàn)是通過CA3140 和一個PNP 型三極管來實現(xiàn)的， 當(dāng)電流采樣信號表現(xiàn)為過流時, 運放CA3140 的6腳輸出為一高電平