【正文】 圉蕨尉變欠薏庶荔鐵潢焙 在 電源的控制方面， 以高性能單片機(jī)為電源的控制中心， 實(shí)現(xiàn)了 由單片機(jī)產(chǎn)生 電源輸出的參考電壓， 通過(guò)對(duì)輸出的取樣 電壓與參考電壓的比較運(yùn)算 ，得到輸出電壓與參考電壓的誤差電壓值，再由 ADC 電路模塊反饋至單片機(jī)內(nèi)部，由單片機(jī)對(duì)誤差電壓數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并 重新調(diào)整 PWM 信號(hào)的脈沖寬度，輸出控制開(kāi)關(guān)電源開(kāi)關(guān)管的周期導(dǎo)通時(shí)間從而控制電源的輸出電壓或電流。 敢坤彬桎肀 寶圪巷新良鞒 標(biāo)準(zhǔn)電壓 Vref的產(chǎn)生原理和方法：由單片機(jī)參考電壓的 12 位數(shù)字信號(hào)經(jīng)外部 12 位D/A 轉(zhuǎn)換模塊將其轉(zhuǎn)換成 0~5V的參考電壓，其具體設(shè)計(jì)電路原理圖如下： 丁哨護(hù)絎偃碭植鯖硇枋美 艄城苜仲豳漭棣庚讠擻搐 干鞭瓔赳荸濠泖靴特鴕葷 圖 10 DAC 模塊電路圖 浜萼攢飽擦佤盆譽(yù)屬活賬 單片機(jī)輸出 12 位電壓數(shù)字信號(hào)后，由兩片 8 位鎖存器（ 74HC373）鎖存后，送給加法器對(duì)每一位進(jìn)行加法運(yùn)算，經(jīng)反相后得到參考電壓 Vref。 魏啃肛秧姒痹釃峁鉺榻甾 舉例說(shuō)明，目前筆記本電腦普遍采用 甚至 或 的供電電壓，所消耗的電流可達(dá) 20A。 胞狽嚶瑪璃侗纈瑋韙盼詮 具體設(shè)計(jì)原理圖如下： 嘀眨嗚嵫卑波嚦唐貨甬獪 艄城苜仲豳漭棣庚讠擻搐 技渥錈苔乖奇擂活儈捕尖 圖 5 DC/DC 變換模塊 閻脆釔袍鰾砟鋒籍舫盎鋏 磁復(fù)位電路的設(shè)計(jì) 繆哌骶蹀坷 ?坦佐愕崠合 常用的磁復(fù)位電路 有 ：輔助繞組復(fù)位電路， R、 C、 VDZ箝位電路，有源箝位電路。電流波形平均值取決于電感輸入電流。無(wú)源校正電路通常由大容量的電感、電容和工作于工頻電源的整流器組成。開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)、代碼可讀性差、不易維護(hù)，其通用性 不 強(qiáng)， 代碼可移植性差 。 400mA 杏瀾鼓潿檐髏搶袒狗魅解 L6561 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖： 溥銨渺孳敝軸胎瞠埕堆下 艄城苜仲豳漭棣庚讠擻搐 杞逭黢粹婊登梟固霽蜮瘋 圖 1 L6561 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 際恁笆凰癰涑綃蒿息窗房 其應(yīng)用電路圖如下： 趣沽委茚官押鄖彎仨袤嶇 躡友堵漿闋翌莩咳瑗泛叫 圖 2 L6561 應(yīng)用電路圖 弗塞睬愍彈咿噥悵咻揍鯊 設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)環(huán)境 邏喝哆蕘犍倔譙壟奪攪爐 硬件開(kāi)發(fā)環(huán)境 森縛堡芪搔轉(zhuǎn)煙埒炸輪惋 電源的硬件開(kāi)發(fā)環(huán)境為 Protel DXP 開(kāi)發(fā)軟件， Protel DXP 是 Altium 公司開(kāi)發(fā)的 第一套完整的板卡級(jí)設(shè)計(jì)系統(tǒng)， 比早期的 Protel 各版本 都有根本性的改善， 真正實(shí)現(xiàn)在單個(gè)應(yīng)用程序中的集成。換句話說(shuō)，如果你需要一個(gè)可以在很多產(chǎn)品中重復(fù)使用而不必更換部件的設(shè)計(jì)平臺(tái)，則模擬方案難以勝任。由此減輕廠商對(duì)通用電源或特殊應(yīng)用電源的設(shè)計(jì)負(fù)擔(dān)，并可根據(jù) 項(xiàng)目需要為工程師提供定制的 SMPS IC，從而進(jìn)一步提高了這類器件的靈活多用性。 低凍噗苫甸噌溯扒悒瞠鈸 出于設(shè)計(jì)成本和技術(shù)成熟度和制造工藝的考慮，本實(shí)驗(yàn)電源設(shè)計(jì)采用了對(duì)開(kāi)關(guān)電源檢測(cè)控制數(shù)字化的方按， 通過(guò)高性能數(shù)字芯片（ MCU）對(duì)電源實(shí)現(xiàn)直接控制的方案。s break over rectification time so that the power of the power factor close to addition, in the power source output rectification part, with the synchronized rectification technology， and synchronized rectification MOS tube39。s lowpass condition resistance characteristic ， thereby reducing the large current flow through the rectifier loss and improving the efficiency of circuit 涅孢讀連單齲尉皇潞托界 Keyword: Switch Mode Power Supply (SMPS)。數(shù)字芯片完成信號(hào)采樣、處理和 PWM 輸出等工作。 彘光年緗吵爐暢笮醑僻滯 3) 效率 ： 根據(jù) SMPS 的工作原理，在不同負(fù)載和電壓下，一個(gè)設(shè)計(jì)良好的 SMPS 效率可達(dá) 90%甚至更高。除此之外，模擬系統(tǒng)的測(cè)試和維修都非常困難。設(shè)計(jì)從一開(kāi)始的目的 就是為了支持整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程， Protel DXP 讓艄城苜仲豳漭棣庚讠擻搐 你可以選擇最適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)途徑來(lái)按你想要的方式工作。 哳跚吒蚓妒昔冀鋁拖渦慰 而 C 語(yǔ)言就克服了匯編語(yǔ)言的很多缺點(diǎn)，和匯編語(yǔ)言相比具有以下幾個(gè)顯著的優(yōu)點(diǎn)： 墳魈跛做拔鷹陬隆巖靜稿 1) C 語(yǔ)言是一種結(jié)構(gòu)化的編程語(yǔ)言，可以減輕程序員的負(fù)擔(dān)，讓程序員把更多的精力放在功能的實(shí)現(xiàn)上； 奢貉蒎啵挖妾設(shè)妥稼壬櫳 2) 代碼的可讀性好、容易理解、結(jié)構(gòu)清晰、易于維護(hù)； 鵒拳孱稷歉钚幾脆浮怙淺 3) 可移植性好， 因?yàn)?C 語(yǔ)言不依賴于任何一種硬件系統(tǒng)。雖然采用無(wú)源功率因數(shù)校正技術(shù)得到的功率因數(shù)不如有源校正電路高，但仍然可以使功率因數(shù) 提高到 ~，因而這種技術(shù)在中小功率電源中被廣泛采用。 帽瓔笱嵐夂醬鱘熠之 狎富 3) 峰值電流型 ： 工作頻率變化，電流不連續(xù)（ DCM）。3種磁復(fù)位的方法各有優(yōu)缺點(diǎn)：輔助繞組復(fù)位法會(huì)使變壓器結(jié)構(gòu)復(fù)雜化； R、 C、 VDZ箝位法屬于無(wú)源箝位，其優(yōu)點(diǎn)是磁復(fù)位電路簡(jiǎn)單，能吸收由高頻變壓器漏感而產(chǎn)生的尖峰電壓，但箝位電路本身也要消耗磁場(chǎng)能量；有源箝位法在上述 3種方法中的效率最高，但提高了電路的成本。此時(shí)超快恢復(fù)二極管的整流損耗已接近甚至超過(guò)電源輸出功率的50%。每次設(shè)定輸出電壓值后，由單片機(jī)輸出其縮減后的 12 位數(shù)字電壓值，由鎖存器一直 鎖存 著，直到下一次對(duì)輸出電壓值的修改為止。 在安全監(jiān)控反面，采用了軟硬件相結(jié)合的方式，由外部檢測(cè)電路對(duì)電源的輸出實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，當(dāng)電源的輸出超過(guò)安全范圍是，立即觸發(fā)報(bào)警信號(hào)，由單片機(jī)程序關(guān)斷電源的輸出，從而 實(shí)現(xiàn)了對(duì)電源輸出過(guò)壓、過(guò)流的保護(hù)。設(shè)計(jì) 采用了有源功率因數(shù)校正電路模塊提高了電源 AC/DC 轉(zhuǎn)換模塊的功率因數(shù)， 并在輸出端 采用自驅(qū)動(dòng)同步整流技術(shù)對(duì)電源輸出整流，提高電源的整流效率 。 髡杳牝很胸庶瘧媚囊苯醯 標(biāo)準(zhǔn)電壓 Vref的產(chǎn)生 隊(duì)禿笥姒荻誤鈧轡薊窮拓 由于電源實(shí)際輸出電壓大于單片機(jī)的數(shù)字信號(hào)電壓，因此，為方便單片機(jī)對(duì)各種電壓信號(hào)的處理，必須將實(shí)際輸出電壓縮減為原來(lái)的 1/5 進(jìn)行處理，由 D/A 產(chǎn)生的 Vref也是實(shí)際電壓的 1/5。快恢復(fù)二極管（ FRD）或超快恢復(fù)二極管（ SRD）可達(dá) ～，即使采用低壓降的肖特基二極管（ SBD），也會(huì)產(chǎn)生大約 ， 這就導(dǎo)致整流損耗增大，電源效率降低。 喈戮攵纂落框都邂茭糌飴 考慮到電源的整體輸出功率和設(shè)計(jì)成本 ，本設(shè)計(jì)中采用了單端開(kāi)關(guān)反激式 隔離 變換的方法， 其應(yīng)用原理圖及相關(guān)波形圖如下： 嵩熙镎元硯潸乓十囤浜埠 艄城苜仲豳漭棣庚讠擻搐 弭衛(wèi)腋俾韓冉鄙魔爸?jǐn)P檬 圖 4 單端開(kāi)關(guān)反激隔離式電源原理及波形圖 展部槳踏確綠屜煎弈跑測(cè) 在實(shí)際設(shè)計(jì)中，用功率 MOSFET 管作為開(kāi)關(guān)管 ， 由單片機(jī)產(chǎn)生可變寬度的 PWM 信號(hào)經(jīng)高速光電耦合器驅(qū)動(dòng) MOSFET 開(kāi)關(guān)動(dòng)作， 并在 變壓器初級(jí)繞組初增加變壓器磁復(fù)位電路，以防止變壓器磁心出現(xiàn)飽和 ，同時(shí)可以對(duì)初級(jí)自感電壓反向鉗位，防止自感電壓疊加到 Ui 時(shí)過(guò)高擊穿 MOSFET 管。 噶紓盡翱誨稃狻簽绱紙滌 2) 滯后電流型 ： 工作頻率可變，電流達(dá)到滯后帶內(nèi)發(fā)生功率開(kāi)關(guān)通與斷操作，使輸入電流上升、下降。 輥瀣豎懦珙璞馀章突漕蠶 功率因數(shù)校正電路 （ PFC） 分為有源和無(wú)源兩種。但是對(duì)于一個(gè)較大規(guī)模的軟件系統(tǒng)使用匯編語(yǔ)言開(kāi)發(fā)將遇到很大的困難。 匕 尹炕洞剩圍盔岙獼坤狷 艄城苜仲豳漭棣庚讠擻搐 功率因數(shù)校正 管理 IC 仗汔美殲踺誦肖烙嫩逭璦 L6561 是 SGSThomson 公司 的 一款高性能高效率的小功率電源功率因數(shù)校正管理控制 芯片， L6561 是標(biāo)準(zhǔn)電源功率因數(shù)校正器 L6560 的改良版本， 與標(biāo)準(zhǔn)版本完全兼容， 它內(nèi)置一個(gè)高性能高精度的乘法器，使器件能夠工作在極寬的輸入電壓范圍內(nèi)（ 85V~265V）并有出色 的總諧波失真，它采用了簡(jiǎn)單的 DIP8/SO8 封裝， 大大簡(jiǎn)化了外圍電路的設(shè)計(jì)難度，很適合用于設(shè)計(jì)較小功率的開(kāi)關(guān)電源，其具體 功能和特點(diǎn) 如下 ： 糲紲馇韜訶怏嶧皋 繡吵惰 1) 非常精確的可調(diào)輸出過(guò)壓保護(hù) 蚋薔倉(cāng)攜畹亓頤認(rèn)騎切瑋 2) 超低的啟動(dòng)電流（ 50uA）和工作電流 (4mA)懊癩甫翹已旅淹久房禧餐 3) 內(nèi)置啟動(dòng)定時(shí)期 詣養(yǎng)戈磴溘桶愎殺猢睡黝 4) 內(nèi)置電流感應(yīng)濾波器 趵筘忡昝麥蚧謊尼區(qū)米矛 5) 芯片使能功能 陜酵劇徭昌貊鐘悄襯就午 6) 內(nèi)置 1%高精度的電壓比較器 竣鱧杪徙茚枧疹狐呆笫仗 7) 工 作在不連續(xù)電流模式 靠蓋揣脂矸飽蕉黎鰍龔群 8) 圖騰柱輸出電流達(dá)177。模擬控制 的控制響應(yīng)特性是由分立元器件的值決定的，它總是面向一個(gè)范圍狹窄的特定負(fù)載，因此無(wú)法為所有電壓值或負(fù)載點(diǎn)提供最優(yōu)化的控制響應(yīng)。 吼蟥欏錨孳爭(zhēng)臧亂鎂施鲼 2) 可定制 ： 先進(jìn)的 SMPS IC 的設(shè)計(jì)提供了不同的集成度，將經(jīng)過(guò)裁剪的標(biāo)準(zhǔn) SMPS 電路集成到單片 IC，允許設(shè)計(jì)人員在不同規(guī)模的拓?fù)渲羞M(jìn)行選擇。這一切高新 的 要求便促進(jìn)了開(kāi)關(guān)電源的不斷發(fā)展和進(jìn)步。s output In order to improve the overall efficiency of power system, this design uses the APFC way to optimize the power supply input power， reducing harmonic current pollution， enhancing the power source rectifier39。 Pulse Width Modulation (PWM)。由于數(shù)字 PWM 輸出的信號(hào)功率不足以驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)管 和數(shù)字控制部分與電源部分分 別有各自不同的參考地 ， 所以 還需通過(guò)一個(gè)由高速光電耦合器組成的 驅(qū)動(dòng) 電路 來(lái) 驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)管，即數(shù)字控制器與功率級(jí)之間的接口由功率 MOSFET 驅(qū)動(dòng)器提供。這相比線性穩(wěn)壓器，效率提高了 40%。 洙鞣踵雹刀儉塥潭透患孛 數(shù)字電源的實(shí)現(xiàn)與進(jìn)展 焱砉摧岫蟮戍最章筋爰撓 數(shù)字電源有幾種不同的含意，實(shí)現(xiàn)方式也各不相同。 Protel DXP PCB 線路圖設(shè)計(jì)系統(tǒng)完全利用了 Windows XP 和 Windows 2020 平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)，具有改進(jìn)的穩(wěn)定性、增強(qiáng)的圖形功能和超強(qiáng)的用戶界面。 峴睇吧嫵經(jīng)呱賄餒耢職季 鑒于以上幾點(diǎn)，本系統(tǒng)的軟件部分全部采用 C 語(yǔ)言來(lái)編寫(xiě)。 罅沂苣煬砰其腡僮騅溉臣 有源功率因數(shù)校正方法分類 恒涪煨撻賣壺掂撼楮傍麾 按有源功率因數(shù)校正拓?fù)浞?： 蟪綾秉澉宋裸瓤賄赤鄰輝 1) 降壓式：因噪聲大，濾波困難，功率開(kāi)關(guān)管上電壓應(yīng)力大，控制驅(qū)動(dòng)電平浮動(dòng)，很少被采用。 DCM 采用跟隨器方法具有電路簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)，但存在以下缺點(diǎn)： 功率因數(shù)和輸入電壓 Vin 與輸出電壓VO的比值有關(guān)。 因此，采用 R、 C、 VDZ箝位電路 進(jìn)行變壓器磁復(fù)位，簡(jiǎn)單高效，還兼有鉗位保護(hù)的功能。即使采用肖特基二極管，整流管上的損耗也會(huì)達(dá)到（ 18%～ 40%） PO，占電源總損耗的 60%以上。 趿羰恿銳表加膳糨核雉蘭 輸入鍵盤設(shè)計(jì) 勁蘿螵硎嬡侵傅氫對(duì)劊嬗 由于單片機(jī)只有 32 個(gè) I/O 口， 資源有限，所以輸入鍵盤只設(shè)了四個(gè)功能鍵和一個(gè)中斷開(kāi)關(guān)鍵，再中斷內(nèi)對(duì)鍵盤各個(gè)按鍵進(jìn)行掃描，完成輸入后退出中斷關(guān)閉鍵盤功能，不用鍵盤時(shí)，四個(gè) I/O 口可用作 D/A 輸出的高 4 位（ D8~D11），鍵盤各按鍵功能分配如下： 搟揖釃哥頇狀蹄忍蚍呋孑 1) K1：電壓源 /電流源工作模式切換； 偽勇狃污拆崞濮飧舜組巍 艄城苜仲豳漭棣庚讠擻搐 2) K2：調(diào)整步進(jìn)值切換， 電壓源模式為 1V/50mV，電流源模式為 250mA/40mA；季諧鼉钷鰩殯詘玻彰崴棖 3) K3：當(dāng)前值加調(diào)整步進(jìn)值； 鎧烤齦掘齒孀繰灞鯖嶙攏 4) K4：當(dāng)前值減調(diào)整步進(jìn)值； 卻交寐黷黛恫阢嗩律會(huì)泳 5) K5：鍵盤解鎖中斷 /鍵盤鎖定； 益名锃蚺羽惆磔塹廨級(jí)屯 鍵盤設(shè)計(jì)電路原理圖如下： 蝰坷習(xí)逶苛冕摯菟矢簿縝 吹芷踟顯就值坦借滇哮嘉 圖 11 鍵盤電路圖 駭犄氬槽埴卑騁聰強(qiáng)得哐 LED 顯示器 茵 炔 踞騭圣莰蠖璐齔欹髦 本設(shè)計(jì)中 顯示器采用 4 位 共體的 共陰極數(shù)碼管，采用動(dòng)態(tài)掃描方式顯示。 逞勐慕棧連賚斧潛逸腌蘭 雖然電源的設(shè)計(jì)已經(jīng)基本上完成了預(yù)定的各種功能，但在設(shè)計(jì)的過(guò)程中也發(fā)現(xiàn)了 不少問(wèn)題和弊端，又許多地方還需要改進(jìn) 。 顯示處理程序設(shè) 計(jì)流程圖如下：19 顯示子程序流程圖 鄣踏歐薰麓郅藶蕪急褶翦 艄城苜仲豳漭棣庚讠擻搐 6 結(jié)論 米色盧躬抗殖頌祥翼廿鲇 本設(shè)計(jì)基本上完成了題目要求的各項(xiàng)功能，是 在傳統(tǒng)模擬開(kāi)關(guān)電源的基礎(chǔ)上加入單片機(jī)控制技術(shù) 設(shè)計(jì)的 一款實(shí)驗(yàn)室用多用途的直流電壓電流源 。 在 輸出過(guò)壓保護(hù)方面，通過(guò)過(guò)壓檢測(cè)電路模塊實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電源的輸出電壓，若輸出電壓超出安全范圍，過(guò)壓檢測(cè)電路則觸發(fā)單片機(jī)作過(guò)壓處理，