一种基于单片机的数控开关电源设计

　　1、引言

　　现实的生活和实验中，常常要用到各种各样的电源，电压要求多样。如何设计一个电压稳定，输出电压精度高，并且调节范围大的电压源，成了电子技术应用的热点。在市面上，各种电源产品各式各样，有可调节的和固定的。但是普遍存在一些问题，如转换效率低，功耗大，输出精度不高，可调节范围过小，不能满足特定电压的要求，输出不够稳定，纹波电流过大，并且普遍采用可调电阻器调节，操作难度大，易磨损老化。

　　针对以上问题，本文采用基于KA3525 PWM控制芯片的不对称半桥式功率变换器，并采用16位凌阳单片机作为数控核心，通过其内置的D/A输出调制PWM，提高了电源的输出精度和效率，并且方便使用者操作，实现了基于单片机的数控开关电源。

　　2、基于单片机的数控开关电源系统组成

　　本数控开关电源，采用凌阳单片机实现对基于PWM控制的不对称半桥式功率变换器的数字控制，实现直流输出电压0V～40V设定和步进值为1连续调整，最大输出电流为2A。同时实现了对输出电压和输出电流的显示等功能。系统框图如图1所示。系统主要包括： PWM控制的开关电源模拟电路部分和凌阳单片机组成的数控部分。

图1 基于单片机的数控开关电源设计系统框图

　　3、基于PWM控制的开关电源设计

　　PWM控制的开关电源电路原理如图2所示。主要包括EMI滤波电路、整流滤波电路、功率变换电路、驱动电路、输出电路、稳压电路、过流保护电路以及辅助电源电路等。

图2 PWM控制的开关电源原理图

　　3.1 EMI滤波电路

　　EMI滤波器如图3所示电路。该滤波器有两个输入端、两个输出端和一个接地端。电路包括快速保险丝F1，泄放电阻R1，共模电感L1、L2，滤波电容C1、C2、C8、C9。泄放电阻R1可将C1上积累的电荷泄放掉，避免因电荷积累而影响滤波特性;断电后还能使电源的进线端不带电,保证使用的安全性。共模电感L1-1、L1-2对差模干扰不起作用，对共模信号呈现很大的感抗。C1、C9主要用来抑制差模干扰。C2、C8跨接在输出端，经过分压后接地，能有效的抑制共模干扰。

图3 EMI滤波电路

　　3.2整流滤波电路

　　常用整流电路有半波、全波、桥式、倍压整流等形式。本文采用桥式整流电路，电路如图4所示。图中 C3、C10两个电容分别用于滤除整流后的高低频成分。

图4 整流滤波电路

　　3.3 功率变换电路

　　功率变换电路采用不对称半桥功率变换器，如图5所示。图5(a)所示电路开关管M1导通、M2截止，电容C4放电。图5(b)所示电路开关管M2导通、M1截止时，电容C4充电。图中R1、R2、R6、R7在开关管关断时为泄放电阻，用来泄放开关管结电容电压。C4为储能电容，电容容量不能低于2μF，否则会降低系统带载能力。