基于ATMEGA16的开关电源设计与制作
开关电源是利用现代电力电子技术,控制开关管开通和关断的时间比率,维持稳定输出电压的一种电源。开关稳压电源具有效率高、稳压性能好、保护措施完善等优点,由于控制信号一般通过精密稳压器TL4331、光耦等获得,使输出电压很难做到宽范围内调节。特别是不能输出低电压(<3 V)。将ATMEGA16单片机应用于电源的控制,可以提高开关电源的输出电压控制精度,同时利用ATMEGA16的计算功能,通过软件编程,采用反馈控制使得电压输出趋于恒定。
1 电源硬件电路设计与计算
1.1 系统总体设计
系统组成框图如图1所示。市电经整流滤波电路输出直流,采用EMI共模滤波器抑制市电中的干扰;+5 V单片机供电电源由MC34063构成;系统输出电压经反馈电路送到单片机ATMEGA16的A/D口,单片机根据输出电压的变化,对DC-DC进行PWM控制,使输出电压趋于稳定;同时,系统的显示及键盘控制也由单片机ATMEGA16实现。
图1 系统组成框图
1.2 整流滤波电路
整流、滤波电路主要是由整流变压器(30 W,18 V)、EMI滤波器、RS207整流桥(2 A)和滤波电容2 000 μF组成。EMI滤波器主要作用是滤除开关噪声和由输入线引入的谐波。滤波器中磁心上的绕组采用同向绕制,因流经绕组的交流电流是反相的,所以两股相反方向的电流在磁心内产生的交流磁通量相互抵消,从而达到抑制共模干扰的目的。
1.3 单片机供电电源
为提高电源的效率,利用芯片MC34063A外接简单元件构成降压电路,输出5 V电压为单片机ATMEGA16提供电源,电路如图2所示。
图2 单片机供电电源电路
其中R1为限流电阻、C1为定时电容、C2为输出滤波电容、R2和R3为设定输出电压大小的电阻,计算公式如式(1)所示。Rst为限流电阻,当限流电阻的电压达到330 mV时,电流限制电路开始工作。计算公式如式(2)所示,其中IMax_out为最大输出电流。
由以上两式可知,当输出电压5V时,Rst、R2和R3的取值分别为0.5 Ω、1.2 kΩ、3.6 kΩ。
1.4 键盘及显示电路
输入及显示电路采用4个按键,和用功能切换完成对输出电压的设定及显示切换。显示部分采用共阳极数码管动态显示,如图3所示。单片机ATMEGA16采用内部8 MHz晶振。
图3 键盘及显示电路
1.5 DC-DC电路
DC-DC电路如图4所示。该模块为SR-Buck变换器,开关管采用MOSFET管IRF540.IRF540的最大漏极电流ID为33 A,导通电阻RDS(on)为44 mΩ,漏源击穿电压VDSS为100V.MOSFET是电压控制电流源,为了驱动MOSFET进入饱和区,需要在栅源极间加上足够的电压,以使漏极能流过预期的最大电流,因此采用三极管对IRF540进行驱动。主开关管Q6用NPN三极管Q5驱动,同步整流管Q9用PNP三极管Q10进行驱动。
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