基于单片机控制的程控开关电源研究

2.2单片机产生PWM信号算法设计
PWM信号频率和调整的分辨率在很大程度上决定开关电源的工作性能。在兼顾频率和分辨率的情况下,单片机输出PWM信号的频率选为30 kHz。为了得到较好的效果,应尽可能地提高单片机的运行速度,可将单片机的晶体振荡器选择为38 MHz，机器周期设定为6个时钟。使用单片机的定时器可以精确地产生PWM信号，首先给定时器赋初值设定高电平时间,使单片机的PWM信号的驱动管脚在这段时间内为高电平。定时时间到达之后改变定时器初值，使驱动输出管脚在下一个时刻产生低电平，两个定时时间之和为33 μs。改变高电平的时间便可改变PWM的占空比。采用定时器模式1。
定时器初值计算公式为：

式中, t为定时时间，T0为定时器初值，T为时钟周期,技术长度为216。
3 实验测试数据及分析
　 本设计测试条件为交流输入电压220 V，直流输出5 V/2 A。
3.1电压调整率
(1)当电网电压从220 V升到250 V时，输出电压调整率为0.4%。
(2)当电网电压从220 V降到190 V时，输出电压调整率为0.2%。
3.2电流调整率
(1)当负载电流由1 A~2 A时，电流调整率为1.0%。
(2)当负载电流由0.12 A~0.9 A时,电流调整率为1.0~1.8%。
3.3实验波形测试及分析
当电源交流输入电压为220 V、输出直流参数为额定值5 V/2 A时，直流负载保持不变,通过外设键盘改变直流输出电压，用普源精电公司(RIGOL)数字存储示波器DS5102C测量输出直流电压分别在5 V/2 A、4 V/1.2 A、1.2 V/0.5 A三种工作状态下，功率开关管漏源之间的波形VDS,如图5(a)、(b)、(c)所示。当负载不变时，随着输出电压的改变,功率MOS开关管的VDS漏源波形随占空比的改变而发生变化，输出电压越小，占空比越小。由漏感产生的尖峰电压随电源电流大小也发生变化，负载电流越大，由漏感引起尖峰电压就越大；漏感引起的尖峰电压最大值VDS发生在额定输出时，此时占空比约为42%。从图5(a)中可看出要保证电源功率MOS开关管可靠工作VDS必须满足大于800 V；从图5(d)看出，额定输出时，示波器实际测量输出的纹波峰峰值小于50 mV。

3.4 过压、过流保护测试
当输出电压大于5.5 V或电流大于2.4 A时,有报警和显示提示功能并自动关断输出，实现过压或过流保护。当去掉过压或过流后，通过激活按键启动，仍可保证电源正常工作。
3.5程控电压输出
当电源输出功率大于0.6 W或大于电源额定输出(输出5 V/2 A)时，可实现从1.2 V到5.0 V，每级0.1 V的输出电压调节，最大调节范围可达额定输出的76%。
从测试数据可知，在单片机控制基础上设计此开关稳压电源具有输出电源电压程控调解功能，其调节范围最大可达额定输出的76%，并具有良好的电压、电流调整率，可靠的过压、过流保护措施。当电源过流、过压现象消除后，按启动键电源仍可正常工作。通过实验测试表明，基于单片机控制基础设计的开关电源相对于传统的开关电源，在设计弹性方面有了相当的改善,增加了开关电源应用的适应能力(输出可调范围)，显示了单片机设计的开关电源良好的应用发展前景。
参考文献
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