電源設(shè)計(jì)：基于中穎SH79F081的電源適配器方案

前言

目前筆記本由以前的高檔消費(fèi)品變?yōu)橥ㄓ孟M(fèi)品，出貨量超過(guò)臺(tái)式計(jì)算機(jī)。而現(xiàn)在上網(wǎng)本更是增大了便攜計(jì)算機(jī)的量。而不管筆記本還是上網(wǎng)本，這些計(jì)算機(jī)都需要一個(gè)電源適配器來(lái)提供電源。雖然他們?cè)谫?gòu)買的時(shí)候都配置了一個(gè)?？墒怯械娜艘?yàn)楸銛y而需要在家里和辦公的地方各需一個(gè)，而有的人因?yàn)樵涞倪m配器損壞也需要重新購(gòu)買一個(gè)。這些都導(dǎo)致現(xiàn)在的適配器需求旺盛。目前的原配適配器都是根據(jù)所配對(duì)的計(jì)算機(jī)功率而輸出固定電壓。一個(gè)筆記本需要一個(gè)對(duì)應(yīng)的適配器。這樣適配器是不能通用的。

目前市場(chǎng)出現(xiàn)了可以用撥動(dòng)開(kāi)關(guān)來(lái)選擇幾個(gè)輸出電壓的電源適配器。通過(guò)撥動(dòng)開(kāi)關(guān)選擇，可以輸出市面上大部分計(jì)算機(jī)可以適用的匹配電壓。雖然這種適配器比原裝適配器提供了一定的通用性，但是他還是有很多的缺陷。

1：輸出電壓范圍窄。只能輸出撥動(dòng)開(kāi)關(guān)設(shè)定的幾個(gè)電壓，不能匹配絕大部分便攜式產(chǎn)品。

2：輸出電壓波動(dòng)大。

3：輸出電壓不安全。因?yàn)椴捎玫氖菗軇?dòng)開(kāi)關(guān)，所以任何人都有可能不小心而撥動(dòng)使輸出電壓不匹配而燒壞便攜式產(chǎn)品。

4：輸出負(fù)載情況不直觀。不能體現(xiàn)當(dāng)前輸出電壓電流等參數(shù)。

鑒于以上，我們推出了采用我們公司SH79F081所設(shè)計(jì)的LCD顯示型電源適配器，他彌補(bǔ)了撥動(dòng)開(kāi)關(guān)電源適配器的缺陷。

1：輸出電壓范圍寬?？梢詮?2v到24.5v每0.5v一檔輸出。

2：輸出電壓波動(dòng)小。輸出電壓在設(shè)定0.3v以下。

3：輸出自動(dòng)保護(hù)。在有負(fù)載的時(shí)候，不能進(jìn)行調(diào)節(jié)。而在空載調(diào)節(jié)所設(shè)定的值自動(dòng)保存。

4：輸出電壓同步在LCD顯示。同時(shí)USB電壓，輸出電流都有同步顯示。

5：有過(guò)載保護(hù)和恢復(fù)功能。

H79F081簡(jiǎn)介

SH79F081是高速高效的增強(qiáng)型8051兼容單片機(jī)。保留了大部分8051單片機(jī)特性，同時(shí)進(jìn)行了擴(kuò)展和增強(qiáng)。具體特性如下：

FLASH ROM：8k； RAM：256內(nèi)部字節(jié)

振蕩400K-12M，內(nèi)部集成RC振蕩12M

25個(gè)CMOS雙向IO，4個(gè)可選擇開(kāi)漏，集成上拉電阻

3個(gè)定時(shí)器

1組12bit互補(bǔ)PWM，2組8bit互補(bǔ)PWM

8信道10bit ADC，內(nèi)建比較功能

增強(qiáng)型UART

SPI主/從模式接口

低電壓復(fù)位，WDT

28pin SOP

芯片封裝如下：

方案設(shè)計(jì)

該電源適配器第一版采用的是SH79F081+3843/7575控制方案實(shí)現(xiàn)。在DC輸入情況下，3843負(fù)責(zé)升壓PWM控制，SH79F081根據(jù)采樣電壓給3843提供反饋。在220v AC情況下，7575負(fù)責(zé)降壓PWM控制，同樣SH79F081根據(jù)采樣電壓提供7575反饋控制。而USB端采用的是固定的34063輸出5v控制，這個(gè)不需要mcu控制，只需要采集usb輸出電壓后顯示即可。而顯示部分采用芯片IO仿真LCD顯示。

下面分電路模塊來(lái)分析：

DC部分

DC部分是將輸入的直流12V通過(guò)3843 PWM控制，升壓輸出到設(shè)定的電壓值。控制原理是通過(guò)控制3843的電壓反饋端，讓3843自動(dòng)調(diào)整PWM。而mcu部分根據(jù)當(dāng)前輸出電壓值和設(shè)定值比較，控制反饋給3843電壓反饋端的反饋值。

AC部分

AC部分其實(shí)是一個(gè)開(kāi)關(guān)電源。原理也是通過(guò)7575的電壓反饋端來(lái)控制輸出電壓。

USB部分

USB部分是采用34063芯片。通過(guò)管腳5上的電阻分壓，設(shè)定固定輸出5v即可。

MCU控制PWM部分

SH79F081通過(guò)采集當(dāng)前輸出電壓AD值，跟設(shè)定值比較，然后PWM口輸出一定占空比的PWM波形，通過(guò)濾波后形成一定電壓的直流波形，提供給PWM控制芯片反饋端控制。PWM輸出控制部分，分兩路實(shí)現(xiàn)控制，一路輸出到DC部分的3843電壓反饋端實(shí)現(xiàn)DC升壓控制；一路輸出到AC部分的TL431部分，通過(guò)改變光耦的電流來(lái)實(shí)現(xiàn)死循環(huán)控制調(diào)節(jié)PWM。

LCD顯示

LCD顯示采用的是IO仿真LCD驅(qū)動(dòng)。同時(shí)按鍵部分跟LCD共享IO。要注意的是上述的電阻值需要根據(jù)對(duì)應(yīng)的LCD調(diào)整。太大的話可能會(huì)導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)波形變形而顯示效果不好。

電流采集

因?yàn)樾酒?0bit高精度AD，所以方案中我們采用了一個(gè)小電阻直接采集電流模式。為了防止消耗，同時(shí)也為了能夠精確采集到電流，我們采用了25毫歐的功率電阻。

MCU外圍設(shè)置

SH79F081利用3路AD來(lái)采集當(dāng)前輸出電壓，輸出電流，USB輸出電壓。根據(jù)當(dāng)前AD值來(lái)進(jìn)行對(duì)應(yīng)的控制。同時(shí)有背光控制，PWM輸出控制等。

后續(xù)

以上第一版電源適配器的PWM控制都是采用的外部PWM芯片而沒(méi)有利用SH79F081的PWM模塊，所以我們第二版的電源適配器采用的是芯片內(nèi)置PWM模塊。只有在AC部分還是采用7575控制。這樣可以節(jié)省一個(gè)DC PWM控制的3843及對(duì)應(yīng)的外圍器件，同時(shí)節(jié)省一個(gè)USB PWM控制34063及對(duì)應(yīng)的外圍。這樣升級(jí)后，可以減少BOM器件，減小PCB尺寸，同時(shí)降低功耗提升轉(zhuǎn)換效率。