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50031688-001-090

P0250.334NLT

1.5KE10A

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C0410274

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      針對(duì)以上問題，本文采用基于ka3525pwm控制芯片的不對(duì)稱半橋式功率變換器，并采用16位凌陽單片機(jī)作為數(shù)控核心，通過其內(nèi)置的d/a輸出調(diào)制pwm，提高了電源的輸出精度和效率，并且方便使用者操作，實(shí)現(xiàn)了基于單片機(jī)的數(shù)控開關(guān)電源。

      本數(shù)控開關(guān)電源，采用凌陽單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)基于pwm控制的不對(duì)稱半橋式功率變換器的數(shù)字控制，實(shí)現(xiàn)直流輸出電壓0v～40v設(shè)定和步進(jìn)值為1連續(xù)調(diào)整，最大輸出電流為2a。同時(shí)實(shí)現(xiàn)了對(duì)輸出電壓和輸出電流的顯示等功能。系統(tǒng)框圖如圖1所示。系統(tǒng)主要包括： pwm控制的開關(guān)電源模擬電路部分和凌陽單片機(jī)組成的數(shù)控部分。

      主要包括emi濾波電路、整流濾波電路、功率變換電路、驅(qū)動(dòng)電路、輸出電路、穩(wěn)壓電路、過流保護(hù)電路以及輔助電源電路等。http://startece1.51dzw.com

      emi濾波器如圖3所示電路。該濾波器有兩個(gè)輸入端、兩個(gè)輸出端和一個(gè)接地端。電路包括快速保險(xiǎn)絲f1，泄放電阻r1，共模電感l(wèi)1、l2，濾波電容c1、c2、c8、c9。泄放電阻r1可將c1上積累的電荷泄放掉，避免因電荷積累而影響濾波特性;斷電后還能使電源的進(jìn)線端不帶電,保證使用的安全性。共模電感l(wèi)1-1、l1-2對(duì)差模干擾不起作用，對(duì)共模信號(hào)呈現(xiàn)很大的感抗。c1、c9主要用來抑制差模干擾。c2、c8跨接在輸出端，經(jīng)過分壓后接地，能有效的抑制共模干擾。

      常用整流電路有半波、全波、橋式、倍壓整流等形式。本文采用橋式整流電路，c3、c10兩個(gè)電容分別用于濾除整流后的高低頻成分。

       pwm信號(hào)產(chǎn)生芯片采用ka3525，它是一個(gè)典型的性能優(yōu)良的開關(guān)電源控制芯片。其內(nèi)部包括誤差放大器、比較器、振蕩器、觸發(fā)器、輸出邏輯控制電路和輸出三極管等環(huán)節(jié)。ka3525的1和2腳是內(nèi)部運(yùn)算放大器的輸入端，系統(tǒng)中單片機(jī)的d/a轉(zhuǎn)換接口的一個(gè)引腳與ka3525的2腳連接，實(shí)現(xiàn)ka3525的數(shù)字控制與步進(jìn)調(diào)整。11和14腳輸出交替的兩路控制信號(hào)，經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路與功率開關(guān)管的門極相連接。本文采用的驅(qū)動(dòng)電路如圖6所示。當(dāng)11腳輸出高電平、14腳輸出低電平時(shí)，n1、p2導(dǎo)通，耦合變壓器原邊電流流向如圖6(a)所示。當(dāng)14腳輸出高電平、11腳輸出低電平時(shí)，n2、p1導(dǎo)通，耦合變壓器原邊電流流向如圖6(b)所示。圖7為驅(qū)動(dòng)電路耦合變壓器的輸出波形。

      lc濾波電路。電路中電感l(wèi)4使電流波形變得平滑，電容則起到穩(wěn)壓的作用。其中電容c1為低頻濾波，電容c7為高頻濾波。http://startece1.51dzw.com

      輸出電壓經(jīng)采樣電阻采樣調(diào)整后輸入ka3525的1腳，與單片機(jī)設(shè)定的ka3525的2腳電壓進(jìn)行比較，以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定輸出電壓。若輸出電壓升高，則采樣電壓大于2腳給定電壓，ka3525輸出的脈寬變窄，反之變寬。

      由于本電路中ka3525芯片和單片機(jī)分別需要12v和5v的直流電壓，故須設(shè)計(jì)輔助電源，其電路如圖9所示。 輔助電源輸出采用三端穩(wěn)壓器7812和7805實(shí)現(xiàn)12v和5v的直流電壓。

      本文數(shù)控部分采用凌陽公司的spce061a進(jìn)行控制。spce061a主要包括輸入/輸出端口、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、數(shù)/模轉(zhuǎn)換、模/數(shù)轉(zhuǎn)換、串行設(shè)備輸入輸出、通用異步串行接口、低電壓監(jiān)測和復(fù)位等部分。spce061a單片機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛。

      本文利用spce061a單片機(jī)內(nèi)部10位的a/d、d/a實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電壓的步進(jìn)控制和測量以及輸出電壓和電流的顯示功能。采用rt12864液晶顯示，與單片機(jī)相連接，單片機(jī)的iob0~iob7的數(shù)據(jù)口與lcd的db0~db7相連接，iob8為rs，iob9為r/w，iob10為e，iob11為rst。連接方式如圖10所示：

      輸入鍵盤控制電路采用4×4矩陣式非編碼鍵盤電路，與單片機(jī)進(jìn)行連接。單片機(jī)的ioa8~ioa11做鍵盤的行掃描輸出口，ioa12~ioa15做鍵盤的列掃描輸入口。

      ka3525的2腳是一個(gè)控制pwm波占空比的引腳，與spce061a單片機(jī)dac1/dac2引腳鏈接，利用集成的其中1個(gè)10位的d/a轉(zhuǎn)換器，給2腳提供精確的給定電壓，給2腳的電壓越高，ka3525輸出的pwm波的占空比就越大，開關(guān)管導(dǎo)通的時(shí)間就越長，穩(wěn)壓源輸出電壓就越高，反之電壓降低。從而可根據(jù)需要通過程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)輸出電壓的數(shù)字給定和步進(jìn)調(diào)整，達(dá)到數(shù)控的目的。http://startece1.51dzw.com

      為了驗(yàn)證設(shè)計(jì)的可行性，進(jìn)行了硬件實(shí)驗(yàn)和程序調(diào)試。穩(wěn)壓源的輸出電壓由ka3525芯片2腳的電壓決定。試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)ka3525的2腳電壓與輸出電壓成非線性關(guān)系，因此需要多次調(diào)試確定2腳電壓與輸出電壓的值以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的數(shù)字給定和步進(jìn)調(diào)整，本文給出了部分ka3525的2腳輸入電壓與輸出端電壓對(duì)應(yīng)值。對(duì)應(yīng)關(guān)系如表1所示。

      經(jīng)過計(jì)算ka3525的2腳所需要輸入的電壓并將其轉(zhuǎn)化成單片機(jī)所需要的10位數(shù)字量，最后spce061a單片機(jī)將10位數(shù)字量左移6位寫入p_dac1單元的高10位，進(jìn)行d/a轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的3525芯片2腳給定電壓，實(shí)現(xiàn)對(duì)開關(guān)電源的步進(jìn)調(diào)整。采樣電壓經(jīng)a./d轉(zhuǎn)換后送lcd顯示，顯示精度可達(dá)0.01v。經(jīng)多次測試，本電源輸出電壓可以0v～40v連續(xù)調(diào)整，ki進(jìn)值0.1v， 最大輸出電流可達(dá)i0max=2.5a，電壓調(diào)整率su=0.1%，負(fù)載調(diào)整率si=0.2%，效率η=90%，試驗(yàn)結(jié)果表明本數(shù)控電源方案切實(shí)可行。

來源：21ic