基于單片機(jī)控制的程控開關(guān)電源研究

2.2單片機(jī)產(chǎn)生PWM信號算法設(shè)計(jì)
PWM信號頻率和調(diào)整的分辨率在很大程度上決定開關(guān)電源的工作性能。在兼顧頻率和分辨率的情況下,單片機(jī)輸出PWM信號的頻率選為30 kHz。為了得到較好的效果,應(yīng)盡可能地提高單片機(jī)的運(yùn)行速度,可將單片機(jī)的晶體振蕩器選擇為38 MHz，機(jī)器周期設(shè)定為6個時(shí)鐘。使用單片機(jī)的定時(shí)器可以精確地產(chǎn)生PWM信號，首先給定時(shí)器賦初值設(shè)定高電平時(shí)間,使單片機(jī)的PWM信號的驅(qū)動管腳在這段時(shí)間內(nèi)為高電平。定時(shí)時(shí)間到達(dá)之后改變定時(shí)器初值，使驅(qū)動輸出管腳在下一個時(shí)刻產(chǎn)生低電平，兩個定時(shí)時(shí)間之和為33 μs。改變高電平的時(shí)間便可改變PWM的占空比。采用定時(shí)器模式1。
定時(shí)器初值計(jì)算公式為：

式中, t為定時(shí)時(shí)間，T0為定時(shí)器初值，T為時(shí)鐘周期,技術(shù)長度為216。
3 實(shí)驗(yàn)測試數(shù)據(jù)及分析
　 本設(shè)計(jì)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(diào)整率
(1)當(dāng)電網(wǎng)電壓從220 V升到250 V時(shí)，輸出電壓調(diào)整率為0.4%。
(2)當(dāng)電網(wǎng)電壓從220 V降到190 V時(shí)，輸出電壓調(diào)整率為0.2%。
3.2電流調(diào)整率
(1)當(dāng)負(fù)載電流由1 A~2 A時(shí)，電流調(diào)整率為1.0%。
(2)當(dāng)負(fù)載電流由0.12 A~0.9 A時(shí),電流調(diào)整率為1.0~1.8%。
3.3實(shí)驗(yàn)波形測試及分析
當(dāng)電源交流輸入電壓為220 V、輸出直流參數(shù)為額定值5 V/2 A時(shí)，直流負(fù)載保持不變,通過外設(shè)鍵盤改變直流輸出電壓，用普源精電公司(RIGOL)數(shù)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(guān)管漏源之間的波形VDS,如圖5(a)、(b)、(c)所示。當(dāng)負(fù)載不變時(shí)，隨著輸出電壓的改變,功率MOS開關(guān)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(chǎn)生的尖峰電壓隨電源電流大小也發(fā)生變化，負(fù)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(shí)，此時(shí)占空比約為42%。從圖5(a)中可看出要保證電源功率MOS開關(guān)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(shí)，示波器實(shí)際測量輸出的紋波峰峰值小于50 mV。

3.4 過壓、過流保護(hù)測試
當(dāng)輸出電壓大于5.5 V或電流大于2.4 A時(shí),有報(bào)警和顯示提示功能并自動關(guān)斷輸出，實(shí)現(xiàn)過壓或過流保護(hù)。當(dāng)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(dāng)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(shí)，可實(shí)現(xiàn)從1.2 V到5.0 V，每級0.1 V的輸出電壓調(diào)節(jié)，最大調(diào)節(jié)范圍可達(dá)額定輸出的76%。
從測試數(shù)據(jù)可知，在單片機(jī)控制基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)此開關(guān)穩(wěn)壓電源具有輸出電源電壓程控調(diào)解功能，其調(diào)節(jié)范圍最大可達(dá)額定輸出的76%，并具有良好的電壓、電流調(diào)整率，可靠的過壓、過流保護(hù)措施。當(dāng)電源過流、過壓現(xiàn)象消除后，按啟動鍵電源仍可正常工作。通過實(shí)驗(yàn)測試表明，基于單片機(jī)控制基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的開關(guān)電源相對于傳統(tǒng)的開關(guān)電源，在設(shè)計(jì)彈性方面有了相當(dāng)?shù)母纳?增加了開關(guān)電源應(yīng)用的適應(yīng)能力(輸出可調(diào)范圍)，顯示了單片機(jī)設(shè)計(jì)的開關(guān)電源良好的應(yīng)用發(fā)展前景。
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