基于68HC908SR12的智能数字化开关电源设计

引言

　　与线性电源相比，开关电源具有诸多优点：由于主功率晶体管工作在开关状态，其损耗小，整机效率大大提高；采用铁氧体高频变压器，使电源的体积和重量大为减少，成本更低等。一些专用电源芯片如TL494、UC3842的出现，也使开关电源的设计更为简单，同时性能可靠。但只使用专用芯片制作的开关电源输出通常为单一状态，若要改变输出状态要对硬件电路进行修改。笔者设计实现了一种单片机控制的数字化开关电源，有效的改善了上述问题。

　　1 数字化开关电源的设计原理

　　笔者设计的数字化开关电源额定功率12OW。系统以开关电源作为基本电路，采用高性能单片机作为控制系统，在控制算法的支持下，通过对输出电压和电流进行实时采样，并与软件给定值相比较，控制和调整开关电源的工作状态，得到期望值。主要包括输入的整流滤波校正、功率变换、辅助电源部分、驱动电路、单片机控制系统5部分。功率变换部分采用单端反激变换电路，辅助电源为驱动电路提供电能，驱动电路将来自单片机的PWM 信号放大后驱动主功率晶体管，单片机系统是整个电路的控制核心，通过采样值的变化实时控制输出PWM 的占空比。整个设计力求做到了性能最优，成本最低。其结构如图1所示。

　　1.1 主电路分析

　　功率转换部分采用单端反激电路，结构如图2。当加到原边主功率开关管Q1的激励脉冲为高电平使Q1导通时，直流输入电压加在原边绕组两端，由于此时副边绕组相位是上负下正，整流管D1反向偏置截止，原边电感储存能量；当激励脉冲为低电平使Q1截止时，原边绕组两端电压极性反向，副边绕组相位变为上正下负，整流管正向偏置导通，变压器储存的能量向副边释放。在此开关过程中，高频变压器既起变压隔离作用，又起电感储能作用。

　　1.2 单片机控制系统

　　单片机控制系统是整个数字化电源的核心部分。

　　单片机采用Freescale公司的68HC908SR12，其内部资源丰富，集成了12k的程序存储器，2路定时／计数器，14通道1o位A／D转换器，PWM输出，内部温度传感器等。单片机控制系统框图如图3。

　　ATD0、ATD10分别是电压电流采样引脚，将采到的模拟量转化为数字量送至CPU。CPU每隔lms进行一次控制调整，从而输出占空比合适的PWM信号。PWM 信号经过驱动电路隔离放大后直接控制主电路的开关管。由于908SR12内自带脉冲宽度调制模块，PWM最大频率达到125kHz，完全可以用在高频开关电源中，8位的分辨率，可以保证输出电压电流的精度。键盘部分采用触点式按键开关，使用者可以根据自己需要在额定功率下任意调整输出电压电流值。

　　整个回路采用双闭环的控制系统，正常情况下电压环的反馈使输出电压恒定，一旦输出电流超出最大值，电流环使输出电压降低，输出电流维持在最大电流值。显示部分可以由数码管或液晶组成，本系统中通过按键选择分别显示电压、电流、功率、温度、电能计量等，并通过指示灯指示不同状态。在运行过程中若出现开路或短路现象，指示灯显示报警状态，CPU会立刻启动保护程序关闭主电路。同时不断检测电源内部温度，防止整机温升过高。