開(kāi)關(guān)電源是利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)，控制開(kāi)關(guān)管開(kāi)通和關(guān)斷的時(shí)間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源。開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源具有效率高、穩(wěn)壓性能好、保護(hù)措施完善等優(yōu)點(diǎn)，由于控制信號(hào)一般通過(guò)精密穩(wěn)壓器TL4331、光耦等獲得，使輸出電壓很難做到寬范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。特別是不能輸出低電壓(<3V)。將ATMEGA16單片機(jī)應(yīng)用于電源的控制，可以提高開(kāi)關(guān)電源的輸出電壓控制精度，同時(shí)利用ATMEGA16的計(jì)算功能，通過(guò)軟件編程，采用反饋控制使得電壓輸出趨于恒定。1電源硬件電路設(shè)計(jì)與計(jì)算1．1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)組成框圖如圖1所示。市電經(jīng)整流濾波電路輸出直流，采用EMI共模濾波器抑制市電中的干擾；+5V單片機(jī)供電電源由MC34063構(gòu)成；系統(tǒng)輸出電壓經(jīng)反饋電路送到單片機(jī)ATMEGA16的A／D口，單片機(jī)根據(jù)輸出電壓的變化，對(duì)DC-DC進(jìn)行pWM控制，使輸出電壓趨于穩(wěn)定；同時(shí)，系統(tǒng)的顯示及鍵盤控制也由單片機(jī)ATMEGA16實(shí)現(xiàn)。

1．2整流濾波電路

整流、濾波電路重要是由整流變壓器(30W，18V)、EMI濾波器、RS207整流橋(2A)和濾波電容2000μF組成。EMI濾波器重要用途是濾除開(kāi)關(guān)噪聲和由輸入線引入的諧波。濾波器中磁心上的繞組采用同向繞制，因流經(jīng)繞組的交流電流是反相的，所以兩股相反方向的電流在磁心內(nèi)出現(xiàn)的交流磁通量相互抵消，從而達(dá)到抑制共模干擾的目的。

1．3單片機(jī)供電電源

為提高電源的效率，利用芯片MC34063A外接簡(jiǎn)單元件構(gòu)成降壓電路，輸出5V電壓為單片機(jī)ATMEGA16供應(yīng)電源，電路如圖2所示。

其中R1為限流電阻、C1為按時(shí)電容、C2為輸出濾波電容、R2和R3為設(shè)定輸出電壓大小的電阻，計(jì)算公式如式(1)所示。Rst為限流電阻，當(dāng)限流電阻的電壓達(dá)到330mV時(shí)，電流限制電路開(kāi)始工作。計(jì)算公式如式(2)所示，其中IMax_out為最大輸出電流。由以上兩式可知，當(dāng)輸出電壓5V時(shí)，Rst、R2和R3的取值分別為0.5Ω、1．2kΩ、3．6kΩ。[page]

1．4鍵盤及顯示電路

輸入及顯示電路采用4個(gè)按鍵，和用功能切換完成對(duì)輸出電壓的設(shè)定及顯示切換。顯示部分采用共陽(yáng)極數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示，如圖3所示。單片機(jī)ATMEGA16采用內(nèi)部8MHz晶振。

1．5DC-DC電路

DC-DC電路如圖4所示。該模塊為SR-Buck變換器，開(kāi)關(guān)管采用MOSFET管IRF540。IRF540的最大漏極電流ID為33A，導(dǎo)通電阻RDS(on)為44mΩ，漏源擊穿電壓VDSS為100V。MOSFET是電壓控制電流源，為了驅(qū)動(dòng)MOSFET進(jìn)入飽和區(qū)，要在柵源極間加上足夠的電壓，以使漏極能流過(guò)預(yù)期的最大電流，因此采用三極管對(duì)IRF540進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。主開(kāi)關(guān)管Q6用NpN三極管Q5驅(qū)動(dòng)，同步整流管Q9用pNp三極管Q10進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。

濾波電路采用LC串聯(lián)電路，由1個(gè)220μH的電感和2個(gè)并聯(lián)的470μF的ESR電容組成，0．1μF的陶瓷電容用于吸收輸出端的高頻分量。

[page]

1．6輸出電壓采樣電路

將50kΩ電位器(電壓采樣電阻)的兩端并在電源輸出端(V0端與地端)，中間引腳接到單片機(jī)的ADC0腳。實(shí)現(xiàn)A／D對(duì)輸出電壓的采樣，電路如圖5所示。

2反饋程序設(shè)計(jì)

系統(tǒng)通過(guò)采集輸出電壓值，與設(shè)定輸出電壓值進(jìn)行比較，根據(jù)偏差的大小和極性控制圖4中pWM端信號(hào)的占空比，進(jìn)而改變開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間，實(shí)現(xiàn)電壓閉環(huán)負(fù)反饋。為了防止由于頻繁動(dòng)作所引起的振蕩，軟件中應(yīng)用了帶死區(qū)的pID控制算法。

程序流程圖如圖6所示。通過(guò)A／D檢測(cè)得到實(shí)際輸出電壓c(k)，將設(shè)定電壓r(k)與實(shí)測(cè)電壓c(k)比較，得本次偏差值e(k)。當(dāng)|e(k)|≤ε(ε為死區(qū)偏差)時(shí)，不進(jìn)行調(diào)節(jié)；當(dāng)e(k)不在死區(qū)范圍時(shí)即進(jìn)行pID調(diào)節(jié)，計(jì)算公式如式(3)所示。

△p(k)=pxe(k)-Ixe(k-1)+Dxe(k-2)(3)式中：△p(k)為輸出調(diào)整量，e(k)為本次偏差，e(k-1)為上次偏差，e(k-2)為上兩次偏差，p、I、D分別為比例系數(shù)、積分系數(shù)、微分系數(shù)，經(jīng)實(shí)驗(yàn)設(shè)定p、I、D分別取27、3、1。3電源功能測(cè)試結(jié)果

在設(shè)定輸出電壓分別為3V、5V和9V時(shí)，經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)定電源的性能指標(biāo)參數(shù)如下：

1)輸出電壓0～9．9V可調(diào)，步進(jìn)為0．1V，輸出電流可達(dá)1．5A；2)電壓控制精度范圍為3％～0．71％；3)當(dāng)輸出電壓9V、輸出電流1．5A時(shí)，電源的效率為78．78％。4)當(dāng)輸出電壓從3V到9V變化時(shí)，負(fù)載調(diào)整率為2．7％～1．1％；5)滿載時(shí)，電壓調(diào)整率小于0．67％；6)紋波電壓占輸出電壓的百分比0．73％～0．62％。4結(jié)論

由以上測(cè)試結(jié)果可知，電源輸出電壓由0～9．9V步進(jìn)可調(diào)，具有較高的精度和效率。若減小死區(qū)偏差ε的值，可以進(jìn)一步提高電源的恒壓特性及控制精度；當(dāng)輸出功率低時(shí)，因電源單片機(jī)控制及LED顯示模塊會(huì)消耗一定的功率，導(dǎo)致電源的效率降低，若采用液晶顯示及pCB板布線，可望進(jìn)一步提高電源效率和降低紋波干擾。