基于紅外遙控的數(shù)字調(diào)節(jié)開關電源設計與實現(xiàn)

開關穩(wěn)壓電源以體積小、重量輕、效率高等優(yōu)點，在電子通信、特種裝備、交通運輸、工業(yè)設備等領域得到廣泛的應用。它是利用現(xiàn)代電力電子技術，控制開關管開通和關斷的時間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源。開關電源一般由脈沖寬度調(diào)制（pWM）控制IC和MOSFET構成，和線性電源相比，二者的成本都隨著輸出功率的新增而上升，但上升速率各異。線性電源成本在某一輸出功率點上，反而高于開關電源，這一點稱為成本反轉(zhuǎn)點。隨著電力電子技術的發(fā)展和創(chuàng)新，使得開關電源技術也在不斷地發(fā)展，成本反轉(zhuǎn)點日益向低輸出電力端移動，這為開關電源供應了廣闊的發(fā)展空間。本文介紹一種以89S52單片機為核心，以MOSFET為主開關管，用pWM調(diào)節(jié)相結合的方法，使輸出電壓持續(xù)可調(diào)的開關電源。

開關電源設計總體分析

1開關電源原理開關電源通過電路控制開關管進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供應給變壓器進行變壓，從而出現(xiàn)所要的一組或多組電壓。開關變壓器可以做得很小，而且工作時溫度不很高，成本很低。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。

開關電源的工作流程是:①交流電源輸入經(jīng)整流濾波成直流；②通過高頻pWM(脈沖寬度調(diào)制)信號控制開關管,將直流電壓加到開關變壓器初級上；③開關變壓器次級感應出高頻電壓,經(jīng)整流濾波供給負載；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,以達到穩(wěn)定輸出的目的。交流電源輸入時一般要經(jīng)過扼流圈一類的東西,過濾掉電網(wǎng)上的干擾，同時也過濾掉電源對電網(wǎng)的干擾；在功率相同時,開關頻率越高,開關變壓器的體積就越小,但對開關管的要求就越高；開關變壓器的次級可以有多個繞組或一個繞組有多個抽頭，以得到要的輸出；一般還應新增一些保護電路,比如空載、短路等，否則可能會燒毀開關電源。

2本設計框圖本設計以MCU為核心，輸入為電網(wǎng)電壓，通過友好的鍵盤液晶交互方式，完成持續(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，經(jīng)高頻變換器轉(zhuǎn)變?yōu)楦哳l脈沖方波電壓，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載。整個系統(tǒng)設計框圖如圖1所示。

圖1系統(tǒng)框圖

系統(tǒng)硬件設計AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器,具有8K可編程Flash存儲器。以其為核心，系統(tǒng)重要組成部分有：采集信號的調(diào)理模塊，脈寬輸出信號驅(qū)動模塊，過流、過壓保護模塊，人機交互接口模塊，聲光報警報警模塊，RS232模塊。其中，采用紅外遙控模塊是系統(tǒng)的一大特色。系統(tǒng)結構如圖2所示。

圖2系統(tǒng)硬件結構

輸出電壓、輸出電流、輸入電壓等采集信號調(diào)理電路重要由精密運算放大器組成，通過差動、比例運算放大，消除信號的共模干擾，把采集信號調(diào)理成標準的0～5V電壓信號，經(jīng)ADC輸入給單片機處理。pWM輸出驅(qū)動電路重要是把89S42單片機輸出的pWM的信號進行放大。過流、過壓保護重要由傳統(tǒng)的繼電器，組合邏輯電路組成。當單片機控制電路檢測到輸出過壓、過流或輸入過壓的時候，單片機輸出開關量到組合邏輯電路，執(zhí)行相應的應急處理。

人機交互接口是電源系統(tǒng)很重要的部分。考慮到開關電源的商業(yè)化、產(chǎn)品化的要，使用了128×64液晶顯示單元。單片機的數(shù)據(jù)可通過串口送到液晶屏顯示出來。此外，采用了鍵盤輸入和紅外遙控輸入兩種方式，可以在惡劣環(huán)境中進行產(chǎn)品和用戶的交互。系統(tǒng)電路圖如圖3所示。

圖3X51系統(tǒng)電路

高頻變換電路設計本開關電源要具有可調(diào)輸出電壓的功能，因為采用pWM和pFM相結合的調(diào)節(jié)方法，必須選擇合適的高頻變換電路。設計時，采用雙MOSFET組成反激半橋高頻變換電路，如圖4所示。

圖4高頻變換電路

該電路中的高頻變壓器T，一次繞組通過兩個場效應管接向工頻整流后的直流電源，這兩個場效應管同時導通、關斷。場效應管開通時儲存能量；斷開時，磁場能量轉(zhuǎn)化成電能供給負載。這種電路適用于固定頻率、可變頻率、完全和不完全能量傳遞的應用場合。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電源常用的電路形式。

圖5軟件設計

系統(tǒng)軟件設計1多任務設計軟件設計采用實時多任務的嵌入式操作系統(tǒng)（SmallRTOS51System），通過高效率的時間片（TimeSlice）管理，控制系統(tǒng)運行。2系統(tǒng)流程圖整個系統(tǒng)的運行流程如圖6所示。

圖6軟件流程圖