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      現實的生活和實驗中，常常要用到各種各樣的電源，電壓要求多樣。如何設計一個電壓穩定，輸出電壓精度高，并且調節范圍大的電壓源，成了電子技術應用的熱點。在市面上，各種電源產品各式各樣，有可調節的和固定的。但是普遍存在一些問題，如轉換效率低，功耗大，輸出精度不高，可調節范圍過小，不能滿足特定電壓的要求，輸出不夠穩定，紋波電流過大，并且普遍采用可調電阻器調節，操作難度大，易磨損老化。http://startece1.51dzw.com

      針對以上問題，本文采用基于ka3525pwm控制芯片的不對稱半橋式功率變換器，并采用16位凌陽單片機作為數控核心，通過其內置的d/a輸出調制pwm，提高了電源的輸出精度和效率，并且方便使用者操作，實現了基于單片機的數控開關電源。

      本數控開關電源，采用凌陽單片機實現對基于pwm控制的不對稱半橋式功率變換器的數字控制，實現直流輸出電壓0v～40v設定和步進值為1連續調整，最大輸出電流為2a。同時實現了對輸出電壓和輸出電流的顯示等功能。系統框圖如圖1所示。系統主要包括： pwm控制的開關電源模擬電路部分和凌陽單片機組成的數控部分。

      主要包括emi濾波電路、整流濾波電路、功率變換電路、驅動電路、輸出電路、穩壓電路、過流保護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。該濾波器有兩個輸入端、兩個輸出端和一個接地端。電路包括快速保險絲f1，泄放電阻r1，共模電感l1、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線端不帶電,保證使用的安全性。共模電感l1-1、l1-2對差模干擾不起作用，對共模信號呈現很大的感抗。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、c10兩個電容分別用于濾除整流后的高低頻成分。

       pwm信號產生芯片采用ka3525，它是一個典型的性能優良的開關電源控制芯片。其內部包括誤差放大器、比較器、振蕩器、觸發器、輸出邏輯控制電路和輸出三極管等環節。ka3525的1和2腳是內部運算放大器的輸入端，系統中單片機的d/a轉換接口的一個引腳與ka3525的2腳連接，實現ka3525的數字控制與步進調整。11和14腳輸出交替的兩路控制信號，經驅動電路與功率開關管的門極相連接。本文采用的驅動電路如圖6所示。當11腳輸出高電平、14腳輸出低電平時，n1、p2導通，耦合變壓器原邊電流流向如圖6(a)所示。當14腳輸出高電平、11腳輸出低電平時，n2、p1導通，耦合變壓器原邊電流流向如圖6(b)所示。圖7為驅動電路耦合變壓器的輸出波形。

      lc濾波電路。電路中電感l4使電流波形變得平滑，電容則起到穩壓的作用。其中電容c1為低頻濾波，電容c7為高頻濾波。http://startece1.51dzw.com

      輸出電壓經采樣電阻采樣調整后輸入ka3525的1腳，與單片機設定的ka3525的2腳電壓進行比較，以實現穩定輸出電壓。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芯片和單片機分別需要12v和5v的直流電壓，故須設計輔助電源，其電路如圖9所示。 輔助電源輸出采用三端穩壓器7812和7805實現12v和5v的直流電壓。

      本文數控部分采用凌陽公司的spce061a進行控制。spce061a主要包括輸入/輸出端口、定時器/計數器、數/模轉換、模/數轉換、串行設備輸入輸出、通用異步串行接口、低電壓監測和復位等部分。spce061a單片機應用領域非常廣泛。

      本文利用spce061a單片機內部10位的a/d、d/a實現對輸出電壓的步進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，與單片機相連接，單片機的iob0~iob7的數據口與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，與單片機進行連接。單片機的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腳是一個控制pwm波占空比的引腳，與spce061a單片機dac1/dac2引腳鏈接，利用集成的其中1個10位的d/a轉換器，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，開關管導通的時間就越長，穩壓源輸出電壓就越高，反之電壓降低。從而可根據需要通過程序實現對輸出電壓的數字給定和步進調整，達到數控的目的。http://startece1.51dzw.com

      為了驗證設計的可行性，進行了硬件實驗和程序調試。穩壓源的輸出電壓由ka3525芯片2腳的電壓決定。試驗中發現ka3525的2腳電壓與輸出電壓成非線性關系，因此需要多次調試確定2腳電壓與輸出電壓的值以實現單片機的數字給定和步進調整，本文給出了部分ka3525的2腳輸入電壓與輸出端電壓對應值。對應關系如表1所示。

                  

      經過計算ka3525的2腳所需要輸入的電壓并將其轉化成單片機所需要的10位數字量，最后spce061a單片機將10位數字量左移6位寫入p_dac1單元的高10位，進行d/a轉換成相應的3525芯片2腳給定電壓，實現對開關電源的步進調整。采樣電壓經a./d轉換后送lcd顯示，顯示精度可達0.01v。經多次測試，本電源輸出電壓可以0v～40v連續調整，ki進值0.1v， 最大輸出電流可達i0max=2.5a，電壓調整率su=0.1%，負載調整率si=0.2%，效率η=90%，試驗結果表明本數控電源方案切實可行。

來源：21ic