開關(guān)電源設(shè)計(jì)總體分析

1 開關(guān)電源原理

 開關(guān)電源通過電路控制開關(guān)管進(jìn)行高速的道通與截止，將直流電轉(zhuǎn)化為高頻率的交流電并提供給變壓器進(jìn)行變壓睬澡，從而產(chǎn)生所需要的一組或多組電壓固额。開關(guān)變壓器可以做得很小，而且工作時(shí)溫度不很高煞聪，成本很低斗躏。其大體可以分為隔離和非隔離兩種,隔離型的必定有變壓器,而非隔離的未必一定有。

開關(guān)電源的工作流程是:

①交流電源輸入經(jīng)整流濾波成直流讹荣；

②通過高頻PWM(脈沖寬度調(diào)制)信號(hào)控制開關(guān)管,將直流電壓加到開關(guān)變壓器初級(jí)上父森；

③開關(guān)變壓器次級(jí)感應(yīng)出高頻電壓,經(jīng)整流濾波供給負(fù)載；

④輸出部分通過一定的電路反饋給控制電路,控制PWM占空比,以達(dá)到穩(wěn)定輸出的目的合杜。

 交流電源輸入時(shí)一般要經(jīng)過扼流圈一類的東西,過濾掉電網(wǎng)上的干擾秽烫，同時(shí)也過濾掉電源對(duì)電網(wǎng)的干擾；在功率相同時(shí),開關(guān)頻率越高,開關(guān)變壓器的體積就越小,但對(duì)開關(guān)管的要求就越高断迁；開關(guān)變壓器的次級(jí)可以有多個(gè)繞組或一個(gè)繞組有多個(gè)抽頭耙窥，以得到需要的輸出；一般還應(yīng)增加一些保護(hù)電路,比如空載蜒媳、短路等跷缀，否則可能會(huì)燒毀開關(guān)電源。

2 本設(shè)計(jì)框圖

 本設(shè)計(jì)以MCU為核心，輸入為電網(wǎng)電壓那捍，通過友好的鍵盤液晶交互方式拾点，完成連續(xù)可調(diào)的電源輸出。電網(wǎng)電壓通過輸入回路中的整流器和濾波器轉(zhuǎn)換為直流電壓輸入高頻變換器槐滔，經(jīng)高頻變換器轉(zhuǎn)變?yōu)楦哳l脈沖方波電壓勃痴，再通過輸出回路中的高頻整流器和濾波器變成直流電壓供給負(fù)載。整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖如圖1所示热康。

圖1 系統(tǒng)框圖

系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

 AT89S52是一種低功耗沛申、高性能CMOS8位微控制器,具有8K可編程Flash存儲(chǔ)器。以其為核心姐军，系統(tǒng)主要組成部分有：采集信號(hào)的調(diào)理模塊铁材，脈寬輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)模塊，過流奕锌、過壓保護(hù)模塊著觉，人機(jī)交互接口模塊，聲光報(bào)警報(bào)警模塊惊暴，RS232模塊饼丘。其中，采用紅外遙控模塊是系統(tǒng)的一大特色辽话。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示肄鸽。

圖2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

 輸出電壓、輸出電流油啤、輸入電壓等采集信號(hào)調(diào)理電路主要由精密運(yùn)算放大器組成啄灭，通過差動(dòng)、比例運(yùn)算放大党纱，消除信號(hào)的共模干擾锤楷，把采集信號(hào)調(diào)理成標(biāo)準(zhǔn)的0～5V電壓信號(hào)，經(jīng)ADC輸入給單片機(jī)處理垄坡。PWM輸出驅(qū)動(dòng)電路主要是把89S42單片機(jī)輸出的PWM的信號(hào)進(jìn)行放大间皮。過流、過壓保護(hù)主要由傳統(tǒng)的繼電器琼葫，組合邏輯電路組成罩音。當(dāng)單片機(jī)控制電路檢測(cè)到輸出過壓、過流或輸入過壓的時(shí)候蚯巍，單片機(jī)輸出開關(guān)量到組合邏輯電路试旬，執(zhí)行相應(yīng)的應(yīng)急處理。

 人機(jī)交互接口是電源系統(tǒng)很重要的部分浅涛∽⒘龋考慮到開關(guān)電源的商業(yè)化窍各、產(chǎn)品化的需要，使用了128×64液晶顯示單元廷蓉。單片機(jī)的數(shù)據(jù)可通過串口送到液晶屏顯示出來全封。此外，采用了鍵盤輸入和紅外遙控輸入兩種方式桃犬，可以在惡劣環(huán)境中進(jìn)行產(chǎn)品和用戶的交互刹悴。系統(tǒng)電路圖如圖3所示。

圖3 X51系統(tǒng)電路

高頻變換電路設(shè)計(jì)

 本開關(guān)電源需要具有可調(diào)輸出電壓的功能攒暇，因?yàn)椴捎?/span>PWM和PFM相結(jié)合的調(diào)節(jié)方法土匀，必須選擇合適的高頻變換電路。設(shè)計(jì)時(shí)形用，采用雙MOSFET組成反激半橋高頻變換電路就轧，如圖4所示。

圖4 高頻變換電路

 該電路中的高頻變壓器T田度，一次繞組通過兩個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管接向工頻整流后的直流電源钓丰，這兩個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管同時(shí)導(dǎo)通、關(guān)斷每币。場(chǎng)效應(yīng)管開通時(shí)儲(chǔ)存能量；斷開時(shí)琢歇，磁場(chǎng)能量轉(zhuǎn)化成電能供給負(fù)載峰遇。這種電路適用于固定頻率、可變頻率拭牌、完全和不完全能量傳遞的應(yīng)用場(chǎng)合篡前。其他的工頻整流、濾波電路以及高頻整流濾波電路均選用普通開關(guān)電源常用的電路形式方占。

圖5 軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

1 多任務(wù)設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)采用實(shí)時(shí)多任務(wù)的嵌入式操作系統(tǒng)（Small RTOS51 System）泡愉，通過高效率的時(shí)間片（Time Slice）管理，控制系統(tǒng)運(yùn)行升院。

2 系統(tǒng)流程圖

整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行流程如圖6所示锄灾。

圖6 軟件流程圖

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