基于单片机控制的程控开关电源研究

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基于单片机控制的程控开关电源研究
现了过流保护的功能。 本电源可以通过按键对输出电压进行设定，可以实现每级Ｏ．１ｖ的输出电压调节。单片机通过ＡＤ采集输出电压和电流的数据， 并将采集的数据进行处理，通过液晶屏显示输出电压、电流的大小。
２．２
ＡＤ采样电路设计
＾ｐＩｅ—Ｖ－ ｎｐｌｃ—Ｃ ２
ＡＮＯ
流后，通过激活按键启动，仍可保证电源正常工作。
３．６程控电压输出：
当电源输出功率大于０．６Ｗ或电源额定输出（输出５．００Ｖ ２．００Ａ）时，可实现从１．２－＿５．０Ｖ每级０．１ｖ的输出电压调节。
４．结论
从测试数据可知，在单片机控制基础上设计的此开关稳压电源具有输出电源电压程控调解，其调节范围最大可达额定输出的 ７６％，良好的电压调整率和电流调整率，过压、过流保护可靠，当电源过流、过压现象消除后，按启动键电源仍可正常工作，通过 以上实验测试结论可见基于单片机控制基础设计的开关电源相对于传统的开关电源，在设计弹性方面有了相当的改善，增加了开关 电源应用的适应能力，体现了单片机设计的开关电源具有良好的应用发展前景。
作者简介
芦守平。男，１９５６年生，大学本科。高级实验师，研究方向：从事有关开关电源及开关电源控制技术方面的应用． 郭黎利，男，１９５５年生，博士，博士生导师，教授，研究方向：从事有关通信电源及电力电子控制技术。
（上接第２２１页）
该方法不需进行非线性坐标变换，完全用线性定常的控制方法对异步电动机变频调速系统进行解耦控制，且不需被控系统的详 细参数。因此该方法更容易掌握、计算量更小、工程实现更简单。仿真结果证明该方法可达到与矢量控制几乎完全相同的控制效果。 相关细节及理论问题正在进一步探索中。
２．电源系统设计
２。１电源硬件系统设计
基于单片机控制的程控开关电源硬件系统，如图ｌ所示。首先把电网电压经整流滤波后得到的直流电压，利用单片机产生ＰＷＭ 信号控制功率开关管导通和关断，将直流电压在高频变压器处转化 成高频方波（这部分电路由单端反激电路来完成），再经整流滤波 得到稳定的电压输出，从而实现ＤＣ．ＤＣ变换。输出电压通过外部 按键进行设定，同时单片机对ＡＤ采集的信号进行运算，分别用来 调整ＰＷＭ信号的脉宽和控制液晶显示。单片机的供电是从２２０ｖ 电网经小功率变压器，再整流滤波、稳压后得到。应用ＡＤ对输出 电压进行采集，并通过单片机对采集信号分析和处理。当输出电压 超过额定电压１０％时，单片机自动关断ＰＷＭ控制信号，同时产生 报警提示以避免损坏用电设备或开关电源。 利用霍尔器件将电流信号转化成电压信号输出端通过ＡＤ采 样，经单片机判断输出电流大小，当输出电流大于额定电流２０％时。 单片机自动关断ＰＷＭ控制信号。同时产生报警提示，从而达到实 图ｌ基于单片机控制程控开关电源硬件系统方框图
第十八届全国电源技术年会论文集
基于单片机控制的程控开关电源研究
芦守平，郭黎利，姜瀚文 哈尔滨工程大学信息与通信工程学院，哈尔滨１５０００１ Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｕｓｈｏｕｐｉｎｇ＠ｈｒｂｅｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
摘要本文提出的基于单片机控制的程控开关电源，主电路采用了典型单端反激电路模式。控制电路采用以５ｌ单片机为核心，结合 ＡＤ采样解决了控制功率开关管导通与关断信号ＰＷＭ的控制问题。此方案实现了开关电源通过单片机外设键盘的改变可完成电源在额定输 出时，电源输出电压大小的程控调节，其调节范围可达额定输出的７６％，这种工作方式的建立使开关电源在设计上具有实现简单、使用器件
参考文献
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ｏｎ
ｉｎｔｅｒｉｏｒ舢ｅｎｔ－ｎｍｇｎｅｔ
２－３软件系统设计
基于单片机控制的程控开关电源软件流程，如图４所示。程序开 始执行时，先对液晶、键盘等外部接口进行初始化。再对单片机定时器 进行初始化，使单片机的一个ＦＯ口输出频率为３０Ｋ的ＰＷＭ信号，驱 动ＭＯＳ开关管，使电源输出直流电压。此时程序进入ＡＤ采样循环， 当输出电压或电流大于保护值时，单片机会关断ＰＷＭ信号的输出。程 图４基于单片机控制的程控开关电源软件流程方框图 序将ＡＤ采集反馈电压的数值与键盘设定的数值实时进行比较，如果大 于设定的电压值则减小ＰＷＭ脉宽，减小刻度为ＰＷＭ最小分辨率。同 理，如果输出电压小于设定的电压值则增大ＰＷＭ脉宽，增大刻度为ＰＷＭ最小分辨率。通过ＡＤ对输出电压的实时采集和ＰＷＭ信 号的这种实时脉宽调整使得开关电源输出稳定的直流电压。 表ｌ
少才口可靠性高等优点。
关键词开关电源单片机程控
１．引言
２１世纪，随着计算机技术的迅猛发展，单片计算机运算速度的提高、控制的灵活性，单片计算机越来越多的被广泛应用到工业 控制的各个领域，单片机技术发展极大的影响着开关电源控制技术日新月异的变化，使得电源控制已经由模拟控制，模数混合控制，
向数字控制或全数字控制发展的趋势。传统的开关电源是利用集成的ＰＷＭ控制芯片来完成功率开关的驱动，经过高频变压器变压、
ｒｉｐｐｌｅ［Ｊ］。ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ
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电冈电压
２２吖 ２５丽
电压调整率测试数据
平均输出电、漉
Ｚ
表２电流调整率测试数据
电压调整率 电网电压
平均输出电压
４．９孵 ４．９Ⅳ 毛００ｙ
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平均输出电漉
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平均输出电压
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负载调整率
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ＡＤ采样部分硬件电路
图３
ＣＳ０１０ＧＴ工作特性
ＡＤ采样部分硬件电路如图２所示。单片机控制ＡＤ转换芯片不断 检测电源输出电压，根据采集到的电压值调整ＰＷＭ占空比，形成电源 反馈【旦ｌ路，使输出电压稳定。当电压输出大于５．５Ｖ时，单片机及时地 做出判断，关断ＰＷＭ驱动信号，从而关断电源输出。 ＡＤ转换芯片采用的是ＴＬＣ２５４３，它是一款１２位ＡＤ转换器，转换 时间１０ｐｓ，具有１１路模拟输入通道，最大误差＋ＩＬＳＢ。ＴＬＣ２５４３的第 一通道ＡＮ０对Ｓａｍｐｌｅ－Ｖ点进行采样得Ｕ、，，根据
表３整机ＤＣ—ＤＣ转化效率测试数
３．４纹波电压：交流峰．峰值４０ｍｙ。－ｉ沃蟊蕊墓Ｔ霸函赢萄网’覆丽东西１葺雨藕趸鬲厂面磊两蕊ｉ－
３．５过压、过流保护测试：——竺生—－Ｌ—上竺竺—Ｌ—』竺——Ｌ—三竺—＿上一！竺一． 当输出电压大于５．５０Ｖ或电流大于２．４Ａ时，有报警和显示提示功能并会自动关断输出，实现过压或过流保护。当去掉过压或过
整流、滤波输出的直流电压，与ＰＷＭ控制芯片负反馈端形成闭环，得到稳定输出的直流电源电压。基于上述原理设计的开关电源 存在着设计电源输出固定不能够因需要进行输出电压的调节或输出电压调解变化范围小的弱点。数字控制开关电源是利用单片机自 身ＰＷＭ端口和可编程序的能力，较多输入输出端口。利用单片机特有的功能使其在设计开关电源方面更具有弹性，利用单片机实 现的开关电源输出数字控制、智能控制使开关电源工作更可靠。 近年来，人们不断利用单片机设计、探索在开关电源控制方面的解决方案。解决方案之一是由单片机输出一个电压（经ＤＡ芯片 或ＰＷＭ方式）用作电源的基准电压，还必须有功率开关的驱动电路（ＰＷＭ产生电路）。这种方式仅仅是用单片机代替了原来的基准 电压，可以用按键输入电源的输出电压值，单片机并没有加入电源的反馈环，电源电路并没有什么改动。单片机控制开关电源解决 方案之二是利用单片机扩展ＡＤ，不断检测电源的输出电压，根据电源输出电压与设定值之差，调整ＤＡ的输出并控制ＰＷＭ芯片， 间接控制电源的工作。这种方式单片机虽加入到电源的反馈环中，代替原来的比较放大环节，此方案在设计上多使用了１支ＤＡ和１ 支ＰＷＭ控制芯片。这一方案是采用了单片机控制技术，但在实现方案上它使用了两种波形控制技术（ＰＦＭ与ＰＷＭ）的软件编程方 法，这样在实现技术上过于复杂。 本文提出一种新单片机控制的直流开关稳压电源工作方式，利用单片机完成ＰＷＭ波的产生，使用ＡＤ转换芯片，不断循环检测 电源输出电压，根据电源输出电压与设定值之差，直接控制调解单片机输出ＰＷＭ波占空比，从而控制了电源功率开关的导通关断时间， 最终实现了电源输出电压的稳压。在这种工作方式基础上设计开关电源法简单、使用器件少和可靠性高等优点。
Ｕ。＝Ｕｖ×（墨＋Ｒ）／恐即可计算出输出电压。
电路中ＣＳＯｌＯＧＴ是南京茶花港联传感测控技术有限公司生产的霍 尔效应开环电流传感器，ＣＳ０１０ＧＴ工作特性曲线如图３所示。它能在 电隔离条件下测量直流、交流，脉冲以及各种不规则波形的电流，原边 额定输入电流Ｉ州＝ＩＯＡ，其输出电压在一定范围内与Leabharlann Baidu过它的电流成 正比。ＴＬＣ２４５３的第二通道ＡＮｌ对ＣＳ０１０ＧＴ的电压输出端Ｓａｍｐｌｅ－Ｃ 进行采样，根据ＣＳ０１０ＧＴ工作特性曲线即可测出电源输出电流的大小。 当输出电流大于２．４Ａ时，单片机会迅速地关断ＰＷＭ驱动信号，使电 源输出关断，保护外围电路。
参考文献
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第十八届全国电源技术年会论文集
３．实验测试数据
本作品测试条件是交流输入电压２２０Ｖ；直流输出：５Ｖ／２Ａ时进行的。
３．１电压调整率（表１） ３．２电流调整率（表２）
①当负载电流ｍ（１．２）Ａ时，电流调整率为ｌ，Ｏ％：② 当负载电流（Ｏ．１２－０．９）Ａ时，电流调整率为（１．０・Ｉ．８）％。
３．３
ＤＣ—ＤＣ转化效率：达７５．９％
作者简介
赵文武１１９Ｓｌ－），女，西安工程大学硕士研究生，研究方向为变频调速系统控制方法的研究。 陈增禄（１９５７－），男，博士，西安工程大学教授，研究方向为电力电子技术及自动化技术。
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ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ
ｍｏｔｏｒ ｄｒｉｖｅ ａｎｄ ｔｈｅｉｒ ｒｅｍｅｄｉｅｓ［ｊ］．ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ
ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，２００４，５２（４）：７９９－８０９．
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图２