专利名称：单片机控制的开关电源设计的制作方法
技术领域：
本发明涉及开关电源设计，具体涉及单片机控制的开关电源设计。
技术背景目前，在各种电子电器和实验设备中，常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 了电子基础应用的热点；在市面上，电源类产品有可调的，有固定的，但是普 遍存在一些问题，如转化效率低，功耗大，尤其是输出精度不高，可调节范围 过小，输出电压不够稳定，纹波电流过大，并且普遍采用可调电阻调节，操作 难度大，易磨损老化，不能满足用户对特定电压的需求，弊端突出。 发明内容本发明的目的在于克服上述技术的不足，提供一种单片机控制的开关电源 设计，采用基于KA3525PWM单片机控制芯片的不对称半桥式功率变换器，并采 用16位的凌阳单片机作为数控核心，通过其内置的D/A输出调制PWM (电压脉 宽控制)，提高了电源电压的输出精度和效率，并且方便使用者操作，实现了基 于单片机控制的开关电源输出，可实现步进值为1输出0-40V连续可调的直流 电压，最大输出电流达到2A，同时实现输出电压和输出电流值的显示功能。本发明提出的技术问题是这样解决的，构造一种单片机控制的开关电源设计，其特征在于包括单片机的数控开关电源组成系统和凌阳单片机开关电源 的数控系统；开关电源组成系统由EMI滤波网络、整流滤波电路、功率变换电 路、驱动电路、输出电路、稳压电路、过流保护电路和辅助电源电路组成；开 关电源的数控系统由凌阳公司的SPCE061A单片机进行控制，SPCE061A主要由输 入/输出端口、定时器/计数器、D/A转换、A/D转换、串行设备输入输出、通用异步串行接口、低压监测和复位部分组成。按照本发明提供的单片机控制的开关电源设计，其特征在于开关电源的 EML滤波网络泄放电阻(Rl)和电容(Cl)并联连接，输入端接在交流220V的 电网上，输出端分别和桥式整流器(D1-D4)、辅助电源变压器(T2)的初级线 圈相连接。按照本发明提供的单片机控制的开关电源设计，其特征在于桥堆(DV1) 正极输出端连接电感(L5)和并联后的电容(C12、 C13)组成n型滤波电压输 出网络。按照本发明提供的单片机控制的开关电源设计，其特征在于低压监测液 晶功能显示模块RT12864的端口 DB0-DB7与单片机的IOB0-I0B7数据口相连接。按照本发明提供的单片机控制的开关电源设计，其特征在于串行设备输 入输出键盘控制电路，采用4*4矩阵式非编码盘电路与单片机进行连接，单片 机的I0A8-I0A11端口做键盘的行扫描输出口，单片机的I0A12-I0A15端口做键 盘的列扫描输入口。本发明提供的单片机控制的开关电源设计经试验输出电压稳定、精度高、 调节范围大、转化效率高、功耗和纹波电流小，可满足实验室或电子电器中对 电压源性能较高要求的需求，并且方便使用者操作，同时实现输出电压和输出 电流值的显示功能。
附图l是本发明的系统框图。附图2是脉宽控制的开关电源电路原理图。 附图3是RT12864与SPCE061的连接接口图。 附图4是4*4矩阵键盘的接口电路图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明。如附图1所示，单片机控制的开关电源系统框图由交流220V电网、EMI滤波网络、整流滤波电路、不对称半桥功率变换器、直流稳压输出电路、辅助电源、KA3525控制芯片、驱动电路、过流保护和稳压模块、SPCE061A16位单片机、4*4键盘模块、RT12864液晶显示模块和采样电阻组成。如附图2所示，以KA3525芯片为核心的脉宽调制开关电源，包括EMI滤波电路、整流滤波电路、功率变换电路、驱动电路、直流稳压输出电路、过流保护和辅助电源电路。滤波电路包括保险F1、泄放电阻R1、共模电感(Ll、 L2)和滤波电容器(Cl、 C2、 C3、 C4)，输入端通过插头连接在交流220V的电网上，共模电感和滤波电容组成n型滤波网络，泄放电阻器Rl可将电容器Cl上积累的电荷泄放掉，避免因电荷积累而影响滤波特性，共模电感(Ll、 L2)对差模干扰不起作用，对共模信号呈现很大的感抗，电容器(Cl、 C4)主要用来抑制差模干扰信号，电容器(C2、 C3)跨接在输出端，经过分压后接地，能有效抑制共模干扰信号。滤波电路输出端分别和整流滤波电路输入端、辅助电源的输入端相连接，整流滤波电路由四只整流二极管(Dl、 D2、 D3、 D4)桥式连接，电容器C5和C6分别滤除整流后的低频和高频成分，整流滤波电路输出直流电压约310V供开关管M1、 M2工作。不对称功率变换器由推挽开关管(Ml、 M2)、电容器(C7、 C8、 C9)、电阻器(R2、 R3、 R4、 R5、 R6、 R7、 R8)、电感(L3、L4)等组成，电路开关管M1导通、开关管M2截止，电容器C8放电，电流由C8流向变换器T1的初级，电路开关管M1截止、开关管M2导通，电容器C8充电，电流由相反的方向流向变换器T1的初级，电阻器(R2、 R3、 R4、 R5)是开关管截止时的泄放电阻，电容器C8为储能元件，其容量不能小于2uF，否则会降低系统的带载能力。
脉宽调制PWM驱动信号电路采用KA3525，它是一个典型的性能优良的开关电源控制芯片，它内部包括误差放大器、比较器、振荡器、触发器、输出逻辑控制电路和输出三极管等环节；KA3525的1脚和2脚是内部运算放大器的输入端，系统中单片机的DA转换接口的一个引脚与KA3525的2脚相连，实现KA3525的数字控制与步进调整；KA3525的11脚和14脚输出交替的两路控制信号，经驱动电路与功率开关管的门极相连接，当11脚输出高电平、14脚输出低电平时，三极管Q1、 Q4导通，三极管Q2、 Q3截止，电流由12V供电端经三极管Ql、电感L6、三极管Q4流经公共地端；当14脚输出高电平、ll脚输出低电平时，三极管Q2、 Q3导通，三极管Ql、 Q4截止，电流由12V供电端经三极管Q3、电感L6、三极管Q2流经公共地端，即流经耦合变压器原边的电流方向发生改变。稳压输出电路由耦合变换器T1、桥堆DV1、电感L5、电容器(Cll、 C12、 C13)、电阻(R9、 R18、 R19)组成，变换器Tl次级感应的交流电流经整流器DV1整流为直流电，再经电感L5、电容C12、 C13滤波电路处理后变成平稳的直流电，电阻R18、 R19为采样比较电阻，取样电压反馈输入KA3525的1脚，与单片机设定的KA3525的2脚电压进行比较，以实现稳定输出电压，若输出电压升高，则采样电压大于KA3525的2脚给定电压，KA3525的11脚或14脚输出的脉宽变窄，反之变宽。辅助电源电路由变压器T2、整流器DV3、三端稳压集成电路7812和7805、电容器(C14-C21)组成，7812提供+12V直流电压供KA3525芯片使用，7805提供+5V直流电压供单片机及相关集成电路块使用。
附图3是RT12864与SPCE061的连接接口图，控制部分采用凌阳公司的单片机SPCE061进行控制；SPCE061A主要包括输入/输出端口、定时器/计数器、D/A转换、A/D转换、串行设备输入输出、通用异步串行接口、低压监测和复位等部分；利用SPCE061单片机内部10位的D/A、 A/D转换实现对输出电压的步进控制和测量以及输出电压和电流的显示功能；液晶显示采用RT12864模块与单片机SPCE061相连接，单片机的IOB0-IOB7数据口与液晶显示模块的DB0-DB7相连接。
附图4是键盘的接口电路图，釆用4*4矩阵式非编码盘电路，与单片机进行连接，单片机的I0A8-IOAll做键盘的行扫描输出口，单片机的I0A12-I0A15做键盘的列扫描输入口。
控制芯片KA3525的2脚是一个控制脉宽调制PWM波的占空比的引脚，与凌阳单片机SPCE061的DAC1\DAC2引脚连接，利用集成的其中1个10位的D\A转换器，给2脚提供精确的给定电压,给2脚电压越高，控制芯片KA3525输出的PWM波的占空比就越大，开关管导通时间就越长，开关电源输出的电压就越高，反之电压就越低，从而可根据需要通过程序控制实现对输出电压的数字给定和步进调整，达到单片机控制开关电源输出电压的目的。为了验证设计的可行性，进行硬件实验和程序调试，开关电源输出电压由芯片KA3525的2脚电压决定，试验中发现芯片KA3525的2脚电压与开关电源输出电压成非线性关系，试验数据下表
开关电源输出电压(V)10152025303540
芯片KA3525的2脚电压(V)1.261.912. 563.213. 884. 565.18
因此需要多次调试确定2脚电压与输出电压的值以实现单片机的数字给定和步进调整。经过计算芯片KA3525的2脚所需的输入电压并将转化成单片机所需要的10位数字量，最后SPCE061A单片机将10位数字量左移6位写入P-DAC1单元的高10位，进行D/A转换成相应的KA3525芯片2脚给定的电压，实现对开关电源的步进调整。采样电压经A/D转换后送LED显示，精度可达0.01V。经多次测试，本电源输出电压可在0-40V间连续调整，步进值O. IV，最大输出电流可达2. 5A，电压调整率S『0. 1%，负载调整率S1^0. 2%，效率ri=90%，试验结果表明本单片机数控电源方案切实可行。
本发明还可做出各种不同的变通方式，以上通过由附图l、附图2、附图3和附图4所示实施例的具体实施方式
，是对本发明的上述内容作一步详细说明，但不应将此理解为本发明上述的主题的范围仅限于所描述的实例。在不脱离本发明上述技术思想情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换和变更，均应包括在本发明的范围内。
权利要求
1、一种单片机控制的开关电源设计，其特征在于包括单片机的数控开关电源组成系统和凌阳单片机开关电源的数控系统；开关电源组成系统由EMI滤波网络、整流滤波电路、功率变换电路、驱动电路、输出电路、稳压电路、过流保护电路和辅助电源电路组成；开关电源的数控系统由凌阳公司的SPCE061A单片机进行控制，SPCE061A主要由输入/输出端口、定时器/计数器、D/A转换、A/D转换、串行设备输入输出、通用异步串行接口、低压监测和复位部分组成。
2、 根据权利要求l所述的单片机控制的开关电源设计，其特征在于开关 电源的EMI滤波网络泄放电阻(Rl)和电容(Cl)并联连接，输入端接在交流 220V的电网上，输出端分别和桥式整流器(D1-D4)、辅助电源变压器(T2)的 初级线圈相连接。
3、 根据权利要求l所述的单片机控制的开关电源设计，其特征在于桥堆 (DV1)正极输出端连接电感(L5)和并联后的电容(C12、 C13)组成K型滤波电压输出网络。
4、 根据权利要求l所述的单片机控制的开关电源设计，其特征在于低压 监测液晶功能显示模块RT12864的端口 DB0-DB7与单片机的I0B0-I0B7数据口 相连接。
5、 根据权利要求l所述的单片机控制的开关电源设计，其特征在于串行 设备输入输出键盘控制电路，采用4*4矩阵式非编码盘电路与单片机进行连接， 单片机的I0A8-I0A11端口做键盘的行扫描输出口，单片机的10A12-I0A15端口 做键盘的列扫描输入口。
全文摘要
本发明公开了一种单片机控制的开关电源设计，其特征在于包括单片机的数控开关电源组成系统和凌阳单片机开关电源的数控系统；开关电源组成系统由EML滤波网络、整流滤波电路、功率变换电路、驱动电路、输出电路、稳压电路、过流保护电路和辅助电源电路组成；开关电源的数控系统由凌阳公司的SPCE061A单片机进行控制，SPCE061A主要包括输入/输出端口、定时器/计数器、D/A转换、A/D转换、串行设备输入输出、通用异步串行接口、低压监测和复位等部分组成。本发明输出电压稳定、精度高、调节范围大、转化效率高、功耗和纹波电流小，可满足实验室和生活中对电压源性能较高的需要。
文档编号G05B19/18GK101567637SQ200910059459
公开日2009年10月28日 申请日期2009年5月31日 优先权日2009年5月31日
发明者陈清尧 申请人:陈清尧