带外部运算反馈的数控开关电源的制作方法

本发明涉及带外部运算反馈的数控开关电源，具体地说是一种能获得功率足够大而且可以编程的直流电源，来满足生产实验和机电产品开发的各种要求。

背景技术

连续可调精密直流电源在仪器设备研发和生产实践中都被广泛用到，一般要求电压源的电流要够大适用各种负载，电压精确度高，可操作性要好，这样就可以在各种电路实验中能应付自如，但市场上此类产品的输出功率和电压控制精度都不足，而且不可以进行时间曲线编程，使电压在设定的时间内按照线性逐渐下降或逐渐上升，来方便某些特殊应用场合。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种带外部运算反馈的数控开关电源，它是一款数显触摸大功率精密数控电源，其中电流可以达到10a,电压0-48v可调，最大输出功率约500w，电压控制精度可达0.1v;该数控电源还可以进行时间曲线编程，使电压在设定的时间内按照线性逐渐下降或逐渐上升，极大的方便某些特殊应用场合。

本发明的技术解决方案是在触摸屏1，中央控制电路2，半桥驱动电路5的基础上，特点是有控制及反馈信号隔离电路3，运算反馈电路4，电压调节数据经触摸屏输入中央控制电路2中mcu芯片u3的42、43脚，经mu芯片u3处理后，从u3的20脚输出控制电压到控制及反馈信号隔离电路3中芯片u5的6脚，控制电压经芯片u5隔离后，在芯片u5的3脚输出控制信号到运算反馈电路4中芯片u2b的5脚，经芯片u2b处理后在6脚输出反馈电压到控制及反馈信号隔离电路3中芯片u6的2脚，然后经u6处理后输出反馈信号到中央控制电路2中mu芯片u3的24脚；同时运算反馈电路4中芯片u2b的7脚输出电压大小信号到运算反馈电路4中芯片u1的9脚，经芯片u1处理后，芯片u1的11和14脚输出pwm脉宽调制信号到半桥驱动电路5中三极管q2、q3、q5、q6的基极，由三极管q2、q3、q5、q6和高频变压器t2驱动半桥驱动电路5中的场效应管q4、q7的导通时间，来调节开关电源的输出电压。

以上所述的芯片u1型号为：sg3525，芯片u2b型号为：lm358，mcu芯片u3型号为：stm32f103rct6，芯片u4型号为：max3232，芯片u5和u6的型号为amc1200，三极管q2、q3、q5、q6型号为9013,场效应管q4和q7的型号为w20nb50，二极管d9、d10、d11、d12的型号为：in4148，在所述的运算反馈电路4中芯片u2b的6脚处设置有电阻r15、r16为分压电阻，芯片u2b的6脚接电阻r15、r16串联后的中间接点。

本发明所述的半桥驱动电路5中由三极管q2、q3、q5、q6和高频变压器t2驱动场效应管q4、q7，高频变压器t2是标准的三个绕组，一个绕组为初级，另外两个绕组为次级，匝数比为20：20:20的高频变压器，运算反馈电路4中芯片u1的11输出pwm脉宽调制信号接三极管q2和q5的基极，芯片u1的14输出pwm脉宽调制信号接三极管q3和q6的基极，三极管q2的发射极与三极管q5的集电极及高频变压器t2初级绕组的一端，三极管q5的发射极经过电容c14与三极管q2集电极相连接，三极管q3的发射极与三极管q6的集电极及高频变压器t2初级绕组的另一端，三极管q6的发射极经过电容c14与三极管q3集电极相连接；在三极管q2、q3、q5、q6各管的集电极与发射极之间依次分别并联二极管d9、d10、d11、d12，二极管d9、d10、d11、d12的阴极依次分别与三极管q2、q3、q5、q6集电极相连接；高频变压器t2次级第一绕组的一端连接场效应管q4的栅极，另一端连接源极，高频变压器t2次级第二绕组的一端连接场效应管q7的栅极，另一端连接源极，场效应管q4源极和场效应管q7的漏极连接变压器t3初级的一端。

本发明的工作原理是触摸屏1和型号为：stm32f103rct6的mcu芯片u3通过专用引脚pa9,pa10经由型号为：max3232的芯片u4进行串口通讯，mcu根据用户需要达到的电压进行计算，经引脚pa4给出控制电压,控制电压经过型号为：amc1200的芯片u4隔离放大后到达运算反馈电路4中型号为：lm358的芯片u2b同向输入电阻r11，运放lm358组成负反馈调节电路，反向端的电压给定来自开关电源的输出端，经过电阻r15,r16进行分压后，与来自电阻r11的同向控制信号进行比较运算，从而产生输出信号经过电阻r13到达型号为：sg3525的芯片u1的9号引脚，sg3525根据9号引脚的电压大小产生pwm脉宽调制信号，通过11号脚outa，14号脚outb对由4个三极管q2、q3、q5、q6和高频变压器t2组成的半桥驱动电路进行驱动，半桥驱动电路通过改变q4、q7的导通时间，来调节开关电源的输出电压，从而使中央处理器测量电源模块的输出电压经过隔离后进入mcu进行pid运算，以此发出d/a模拟量信号对开关电源模块进行信号调节，d/a模拟信号的电压给定范围为0-3.3v;反馈电压范围经过分压隔离后范围为0-3v，电压0-48v可调，最大电流可达20a,精度可以达到0.1v。

本发明的优点是使用安全可靠，可以进行时间曲线编程，输出功率最大能达500w，电压0-48v可调，最大电流可达20a,调节精度可以达到0.1v。

附图说明

图1是本发明的方框结构示意图；

图2是本发明的电路原理结构示意图。

具体实施方式

根据图1、图2所示，本发明在触摸屏1，中央控制电路2，半桥驱动电路5的基础上，特点是有控制及反馈信号隔离电路3，运算反馈电路4，电压调节数据经触摸屏输入中央控制电路2中mcu芯片u3的42、43脚，经mu芯片u3处理后，从u3的20脚输出控制电压到控制及反馈信号隔离电路3中芯片u5的6脚，控制电压经芯片u5隔离后，在芯片u5的3脚输出控制信号到运算反馈电路4中芯片u2b的5脚，经芯片u2b处理后在6脚输出反馈电压到控制及反馈信号隔离电路3中芯片u6的2脚，然后经u6处理后输出反馈信号到中央控制电路2中mu芯片u3的24脚；同时运算反馈电路4中芯片u2b的7脚输出电压大小信号到运算反馈电路4中芯片u1的9脚，经芯片u1处理后，芯片u1的11和14脚输出pwm脉宽调制信号到半桥驱动电路5中三极管q2、q3、q5、q6的基极，由三极管q2、q3、q5、q6和高频变压器t2驱动半桥驱动电路5中的场效应管q4、q7的导通时间，来调节开关电源的输出电压。

所述的芯片u1型号为：sg3525，芯片u2b型号为：lm358，mcu芯片u3型号为：stm32f103rct6，芯片u4型号为：max3232，芯片u5和u6的型号为amc1200，三极管q2、q3、q5、q6型号为9013,场效应管q4和q7的型号为w20nb50，二极管d9、d10、d11、d12的型号为：in4148，在所述的运算反馈电路4中芯片u2b的6脚处设置有电阻r15、r16为分压电阻，芯片u2b的6脚接电阻r15、r16串联后的中间接点。

所述的半桥驱动电路5中由三极管q2、q3、q5、q6和高频变压器t2驱动场效应管q4、q7，高频变压器t2是标准的三个绕组，一个绕组为初级，另外两个绕组为次级，匝数比为20：20:20的高频变压器，运算反馈电路4中芯片u1的11输出pwm脉宽调制信号接三极管q2和q5的基极，芯片u1的14输出pwm脉宽调制信号接三极管q3和q6的基极，三极管q2的发射极与三极管q5的集电极及高频变压器t2初级绕组的一端，三极管q5的发射极经过电容c14与三极管q2集电极相连接，三极管q3的发射极与三极管q6的集电极及高频变压器t2初级绕组的另一端，三极管q6的发射极经过电容c14与三极管q3集电极相连接；在三极管q2、q3、q5、q6各管的集电极与发射极之间依次分别并联二极管d9、d10、d11、d12，二极管d9、d10、d11、d12的阴极依次分别与三极管q2、q3、q5、q6集电极相连接；高频变压器t2次级第一绕组的一端连接场效应管q4的栅极，另一端连接源极，高频变压器t2次级第二绕组的一端连接场效应管q7的栅极，另一端连接源极，场效应管q4源极和场效应管q7的漏极连接变压器t3初级的一端。

本发明的开关电源的主控芯片为sg3525，是一款非常强大的多功能电源控制ic,为了提高电压控制的精度和效率，外部电压经分压后经外部运放进行计算发出实时调压信号给sg3525的9号引脚，通过这样的组合更好的发挥了sg3525的性能；显示屏采用国内知名品牌的串口触摸屏，既可以使用ttl电平通讯，也可以使用标准rs232通讯，使用方便可靠；中央控制单元采用stm32f103rct6作为mcu；电源设计为0-48v，最大电流10a，输出功率最大可达500w，采用半桥式变压器开关电源拓扑结构进行设计；采用sg3525作为开关电源主控芯片和驱动波形发生器，sg3525使用简单功能强大，只要配置好外围电路可以根据需要产生pwm控制信号，同时还能限制最大占空比；使用sg3525最大的好处就是可以利用它的9号引脚作为反馈端来调节开关电源电压的输出，程控特性非常好，数控电压控制：如上图，48v输出经过r15，r16分压48*5.6/(75+5.6)=3.33v进入运放lm358反相端，而运放的同相端是主控器mcu给定，运放本身有高效的反馈能力和运算能力，组成的反相运算器将立即运算信号给定到sg3525的9号引脚，这样做比直接由mcu给定电压到sg3525的9号引脚效果要好很多；sg3525工作频率：foc=1/(0.67rt+1.3rd)ct=1/(0.67*100ω+1.3*100k)*2.22nf≈33khz全桥驱动电路：半桥驱动采用两对三极管和变压器进行组合驱动，这种方式比单纯使用驱动芯片比更加灵活，可靠性很高，每一个三极管集电极和发射极都反并联一个二极管进行保护，驱动变压器采用标准的三个绕组，匝数比为20：20:20；采用w20nb50mosfet管进行驱动，w20nb50工作电压最高500v,电流20a，而且开关和通断参数非常好，trun-ontime最大才43ns,cross-overtime最大才63nm,根据前面的计算sg3525驱动波形设计33khz，完全没有问题，开关管特性非常良好；pid控制及主函数中央处理器测量电源模块的输出电压经过隔离后进入mcu进行pid运算，以此发出d/a模拟量信号对开关电源模块进行信号调节，d/a模拟信号的电压给定范围为0-3.3v;反馈电压范围经过分压隔离后范围为0-3v，电压0-48v可调，最大电流可达20a,精度可以达到0.1v。