基于STC12C5410AD单片机的数字电源设计

　　引言

　　数字电源目前主要应用在数据通信、存储、服务器等性能和智能化要求较高的领域。在美国TI公司等半导体企业的推动下，数字电源技术有了快速发展。业界都比较认同TI公司对数字电源所下的定义　数字电源就是数字化控制的电源产品，它能提供配置、监控和管理功能，并延伸到对整个回路的控制。

　　数字电源具有以下特点：数字化控制的电源转换，以MCU(微控制器)或DSP(数字信号处理器)为核心，它能实现PWM(脉宽调制)稳压回路控制、软件启动等功能;数字电源管理，对电压和电流等电源输出进行配置的功能;采用整合数字电源(fusion digital power)技术，实现了开关电源中模拟组件与数字组件的优化组合，例如，功率级所用的模拟组件——MOsFET驱动器，可以方便地与数字电源控制器相连并实现各种保护;能达到很高的技术指标，例如，其PWM分辨力可达150 ps(10 S～12 S)水平，这是传统开关电源所望尘莫及的;大量的电源管理和一些电源控制功能是通过PMBus(电源管理总线)实现的，PMBus是一种开放标准的数字电源管理协议，该协议是2004年10月由2家世界领先的电源公司Artesyn Technologies和AstecPower，以及6家世界领先的半导体企业共同建立。

　　1 数字电源的硬件设计

　　数字电源属于开关电源类产品，其主要的性能指标有：纹波与噪声、电源转换效率、输出电压稳定度、保护与安全特性。性能指标数据的高低直接影响数字电源产品的品质好坏。本文重点介绍数字电源的系统组成、PWM稳压回路和电源滤波电路的设计。

　　1.1 系统组成

　　数字电源有MCU控制和DSP控制两种解决方案。本数字电源系统采用MCU控制方案，整个系统由主控制器、PWM稳压回路、电流电压取样电路、键盘显示电路、电源滤波电路等组成，其系统的框图见图1。数字电源的主控制器是深圳宏晶科技有限公司生产、具有A/D 转换和PWM 功能、高速/低功耗STC12C5410AD型单片机，其内部配有10 kB程序存储器和512 B的RAM。电流电压的取样信号反馈到单片机的A/D输入端，经数字信号处理分析，单片机输出PWM信号，控制PWM稳压回路的功率开关管的导通或截止，经功率电感的充放电实现能量转换。

　　用户不仅能从显示器上观察到当前的电源参数，还可通过键盘随时修改电源参数。单片机通用串行口实现上位计算机与数字电源之间通信。

　　1.2 PWM 稳压回路设计

　　考虑到功率MOSFET的诸多优点，PWM稳压回路中的半导体功率开关器件用MOSFET取代晶体管。

　　PWM稳压回路如图2所示。

　　MOSFET驱动电路是由R1、R2、R3、C2、V1和V2组成，MOSFET管的开关频率可以很高，所需驱动功率很小，容易驱动，是高频小功率变换器的理想功率器件。MOSFET管的输入阻抗很高，其导通和关断就相当于输入电容充放电过程。