基于a89s52單片機的開關電源設計

基于a89s52單片機的開關電源設計

0開關穩(wěn)壓電源設計的背景開關是控制開關晶體的打開和關斷時間比率的現代能源電子技術的基礎，以維持穩(wěn)定的輸出電壓。一般來說，開關源通常由沖擊寬度控制ic和開關裝置組成。由于體積小、效率高、功率密度高，開關開關屬于所有相關能源領域。在這個領域中,開關電源已取代前級線性穩(wěn)壓電源和前級相控開關電源,此外,開關穩(wěn)壓電源技術和實用技術產品出現后,使得許多電子產品所采用的電池供電成為可能。所以開關穩(wěn)壓電源成為各種電子設備和系統高效率、安全可靠運行、低功耗的關鍵,同時,開關穩(wěn)壓電源技術已成為電子技術中備受人們關注的科技領域。為了得到體積更小、重量更輕的電源電路,近年來人們研究了單片機開關電源。開關電源分為2種類型:一種是電壓控制型,它只對輸出電壓采樣,作為反饋信號行閉環(huán)控制,采用脈寬調制技術,調節(jié)輸出電壓;另一種是電流控制型,在PWM電壓控制的基礎上,增加1個電流反饋環(huán)節(jié)。本文采用電壓控制型,設計1個并聯的供電系統,保持輸出電壓在8V左右,電流可自動分配,使2個模塊輸出電流之和Io=1.0A,并且能按I1∶I2=1∶1和I1∶I2=1∶2用2種模式自動分配,使2個模塊輸出電流之和Io=4.0A,可以按I1∶I2=1∶1模式自動分配。系統有負載短路保護功能,適用于對電源要求嚴格的產品。1單車系統、dc/dc模塊系統總體方案設計如圖1所示。整個系統主要分為以下幾個部分:單片機系統、DC/DC模塊、程控電阻模塊。本設計主要用2個DC/DC開關電源模塊并聯供電,時輸出電壓恒定,輸出電流按比例能夠自動調節(jié),供電效率大于60%,電壓、電流要求精度高。2硬件電路設計根據總體設計框圖,主要介紹單片機系統、DC/DC模塊、程控電阻模塊的設計與實現。2.1u3000熱控制板采用AT89S52單片機,AT89S52完全兼容MCS-51系列單片機,內部集成有8KB的Flash存儲器,是1個低功耗,高性能的51內核的CMOS8位單片機,具有256Byte的隨機存取數據存儲器,32個I/O口,2個16位可編程定時計數器。目前單片機的技術比較成熟,硬件設計簡單實用,可靠性高,由于本系統需要控制的量少,采用單片機完全可以實現全系統的控制。另外,單片機系統在性價比方面更是有著其他處理器無法比擬的優(yōu)勢。2.2電路vdLM2596DC-DC集成電路,LM2596DC-DC集成電路是降壓型電源管理單片集成電路,能夠輸出3A的驅動電流,同時具有很好的線性和負載調節(jié)特性。固定輸出版本有3.3V、5V、12V,可調版本可以輸出1.2~37V的各種電壓。該器件內部集成頻率補償和固定頻率發(fā)生器,開關頻率為150kHz,與低頻開關調節(jié)器相比較,可以使用更小規(guī)格的濾波元件。由于該器件只需4個外接元件,可以使用通用的標準電感,這更優(yōu)化了LM2596的使用,極大地簡化了開關電源電路的設計。該器件還有其他一些特點:在特定的輸入電壓和輸出負載的條件下,輸出電壓的誤差可以保證在±4%的范圍內,振蕩頻率誤差在±15%的范圍內;可以用僅80μA的待機電流,實現外部斷電;具有自我保護電路,1個兩級降頻限流保護和1個在異常情況下斷電的過溫保護電路。LM2596控制電路如圖2所示。2.3繼電器對模塊負載的控制為了在一定范圍內產生可變的電阻值,設計1個程控電阻模塊電阻負載。具體的方法是:在適當阻值的電阻的兩端并聯1個繼電器,通過單片機控制繼電器的通斷來實現電阻的控制。當n=時,電阻可以達到1/1024的精度。2.4聯模塊的均流原理為了使負載輸出端的電流在并聯模塊中得到平均分配,采用輸出阻抗法(下垂法、斜率法),其實質是利用電流反饋調整各模塊的輸出阻抗或直接改變模塊單元的輸出電阻,使外特性斜率趨于一致,以達到并聯模塊接近均流的目的。圖4為輸出阻抗法均流原理圖,圖4(a)為并聯開關電源外特性Vo=f(Vo),圖4(b)中的R為開關電源的輸出阻抗。由圖4可知,當負載電流為Il=Io1+Io2時,負載電壓為Vo,按2個模塊的外特性傾斜率分配負載電流,斜率不相等,電流分配也不等;當負載電流增大到Il′=Io1′+Io2′時,負載電壓為Vo′。可知,模塊1外特性斜率小,分配電流的增長比外特性斜率大的模塊2增長大。如果能設法將模塊1的外特性斜率調整得接近模塊2,則可使這2個模塊的電流分配均勻。只要調整圖4(b)中的輸出阻抗R,使各個模塊的外特性基本一致即可。3阻與過流保護原理軟件主要是為了實現控制模塊,使其對反饋信號進行自動的處理,單片機控制程控電阻與過流保護的原理如圖5所示。當電路正常接通時,電流傳感器不停的給單片機傳輸電路電流參數,單片機通過對數據的處理發(fā)出指令,當電路電流小于4.5A正常運行;當電路電流大于4.5A時啟動過流保護。過流保護對系統有很重要的作用。4測試結果分析系統測試主要是對電流分配、過流保護功能和供電效率等指標進行測試。1電流和負載輸出電壓通過改變輸入條件,即實現不同電流比例,記錄通過兩模塊間的電流和負載輸出電壓值。對測試得到的數據進行分析與處理,可計算系統的供電效率,測試的數據如表1所示。22流量保護試驗過流保護的測試結果如表2所示。3工況引起的引起供電系統效率測試結果如表3所示。根據測試結果可以看出,通過兩模塊的電流的比例接近理想要求,系統的誤差一方面可能是由于系統本身的功耗引起的;另一方面可能是由于程控電阻的阻值過小而變化不明顯引起的。調整負載電阻,保持輸出電壓在8V左右,且兩個模塊輸出的電流之和為4A范圍內可以實現按I1∶I2=1∶1和I1∶I2=1∶2模式自動分配電流,額定的輸出功率下,供電效率在60%以上,還具有負載保護功能,在輸出電流大于4.5A的情況下,系統開始啟動過流保護功能。5控制電路設計開關電源具有小型、輕量和高效等特點被廣泛應用于以電子計算機為主導的各種終端設備和通信設備中。本文設計的開關電源運用并聯供電,使系統實現了穩(wěn)定電壓輸出同時,電路運行高效節(jié)能。以AT89S52單片