中心議題：

• 數字化開關電源的設計原理
• 數字化開關電源係統軟件流程

解決方案：

• 單片機控製係統設計
• 驅動電路設計

與線性電源相比

，開關電源具有諸多優點：由於主功率晶體管工作在開關狀態，其損耗小，整機效率大大提高；采用鐵氧體高頻變壓器

，使電源的體積和重量大為減少，成本更低等。一些專用電源芯片如TL494
、UC3842的(de)出(chu)現(xian)
，也(ye)使(shi)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)的(de)設(she)計(ji)更(geng)為(wei)簡(jian)單(dan)，同(tong)時(shi)性(xing)能(neng)可(ke)靠(kao)。但(dan)隻(zhi)使(shi)用(yong)專(zhuan)用(yong)芯(xin)片(pian)製(zhi)作(zuo)的(de)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)輸(shu)出(chu)通(tong)常(chang)為(wei)單(dan)一(yi)狀(zhuang)態(tai)
，若(ruo)要(yao)改(gai)變(bian)輸(shu)出(chu)狀(zhuang)態(tai)要(yao)對(dui)硬(ying)件(jian)電(dian)路(lu)進(jin)行(xing)修(xiu)改(gai)。筆(bi)者(zhe)設(she)計(ji)實(shi)現(xian)了(le)一(yi)種(zhong)單(dan)片(pian)機(ji)控(kong)製(zhi)的(de)數(shu)字(zi)化(hua)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)，有(you)效(xiao)的(de)改(gai)善(shan)了(le)上(shang)述(shu)問(wen)題(ti)。

1 數字化開關電源的設計原理

筆者設計的數字化開關電源額定功率12OW。xitongyikaiguandianyuanzuoweijibendianlu，caiyonggaoxingnengdanpianjizuoweikongzhixitong，zaikongzhisuanfadezhichixia，tongguoduishuchudianyahedianliujinxingshishicaiyang，bingyuruanjiangeidingzhixiangbijiao，kongzhihetiaozhengkaiguandianyuandegongzuozhuangtai，dedaoqiwangzhi。zhuyaobaokuoshurudezhengliulvboxiaozheng、功率變換
、輔助電源部分
、驅動電路、單片機控製係統5部分。功率變換部分采用單端反激變換電路，輔助電源為驅動電路提供電能，驅動電路將來自單片機的PWM 信號放大後驅動主功率晶體管

，單片機係統是整個電路的控製核心，通過采樣值的變化實時控製輸出PWM 的占空比。整個設計力求做到了性能最優

，成本最低。其結構如圖1所示。

1.1 主電路分析
功率轉換部分采用單端反激電路，結構如圖2。當加到原邊主功率開關管Q1的激勵脈衝為高電平使Q1導通時
，直流輸入電壓加在原邊繞組兩端，由於此時副邊繞組相位是上負下正，整流管D1反向偏置截止
，原邊電感儲存能量；當激勵脈衝為低電平使Q1截(jie)止(zhi)時(shi)
，原(yuan)邊(bian)繞(rao)組(zu)兩(liang)端(duan)電(dian)壓(ya)極(ji)性(xing)反(fan)向(xiang)，副(fu)邊(bian)繞(rao)組(zu)相(xiang)位(wei)變(bian)為(wei)上(shang)正(zheng)下(xia)負(fu)，整(zheng)流(liu)管(guan)正(zheng)向(xiang)偏(pian)置(zhi)導(dao)通(tong)
，變(bian)壓(ya)器(qi)儲(chu)存(cun)的(de)能(neng)量(liang)向(xiang)副(fu)邊(bian)釋(shi)放(fang)。在(zai)此(ci)開(kai)關(guan)過(guo)程(cheng)中(zhong)，高(gao)頻(pin)變(bian)壓(ya)器(qi)既(ji)起(qi)變(bian)壓(ya)隔(ge)離(li)作(zuo)用(yong)，又(you)起(qi)電(dian)感(gan)儲(chu)能(neng)作(zuo)用(yong)。

1.2 單片機控製係統
單片機控製係統是整個數字化電源的核心部分。

單片機采用Freescale公司的68HC908SR12，其內部資源豐富，集成了12k的程序存儲器，2路定時／計數器，14通道1o位A／D轉換器
，PWM輸出，內部溫度傳感器等。單片機控製係統框圖如圖3。

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ATD0、ATD10分別是電壓電流采樣引腳
，將采到的模擬量轉化為數字量送至CPU。CPU每隔lms進行一次控製調整，從而輸出占空比合適的PWM信號。PWM 信號經過驅動電路隔離放大後直接控製主電路的開關管。由於908SR12內自帶脈衝寬度調製模塊，PWM最大頻率達到125kHz
，完全可以用在高頻開關電源中
，8位(wei)的(de)分(fen)辨(bian)率(lv)，可(ke)以(yi)保(bao)證(zheng)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)電(dian)流(liu)的(de)精(jing)度(du)。鍵(jian)盤(pan)部(bu)分(fen)采(cai)用(yong)觸(chu)點(dian)式(shi)按(an)鍵(jian)開(kai)關(guan)，使(shi)用(yong)者(zhe)可(ke)以(yi)根(gen)據(ju)自(zi)己(ji)需(xu)要(yao)在(zai)額(e)定(ding)功(gong)率(lv)下(xia)任(ren)意(yi)調(tiao)整(zheng)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)電(dian)流(liu)值(zhi)。

整(zheng)個(ge)回(hui)路(lu)采(cai)用(yong)雙(shuang)閉(bi)環(huan)的(de)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)，正(zheng)常(chang)情(qing)況(kuang)下(xia)電(dian)壓(ya)環(huan)的(de)反(fan)饋(kui)使(shi)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)恒(heng)定(ding)，一(yi)旦(dan)輸(shu)出(chu)電(dian)流(liu)超(chao)出(chu)最(zui)大(da)值(zhi)
，電(dian)流(liu)環(huan)使(shi)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)降(jiang)低(di)
，輸(shu)出(chu)電(dian)流(liu)維(wei)持(chi)在(zai)最(zui)大(da)電(dian)流(liu)值(zhi)。顯(xian)示(shi)部(bu)分(fen)可(ke)以(yi)由(you)數(shu)碼(ma)管(guan)或(huo)液(ye)晶(jing)組(zu)成(cheng)
，本(ben)係(xi)統(tong)中(zhong)通(tong)過(guo)按(an)鍵(jian)選(xuan)擇(ze)分(fen)別(bie)顯(xian)示(shi)電(dian)壓(ya)、電流、功率、溫度
、電能計量等，並通過指示燈指示不同狀態。在運行過程中若出現開路或短路現象，指示燈顯示報警狀態，CPU會立刻啟動保護程序關閉主電路。同時不斷檢測電源內部溫度，防止整機溫升過高。

1.3 驅動電路設計
由於單片機輸出5V 1vrL電平不足以驅動主功率開關管，並且在整個電路中原副邊完全電氣隔離，因此單片機輸出PWM信xin號hao不bu能neng直zhi接jie與yu主zhu功gong率lv開kai關guan管guan相xiang連lian。另ling外wai主zhu功gong率lv開kai關guan管guan的de溫wen升sheng直zhi接jie影ying響xiang到dao整zheng套tao設she備bei的de穩wen定ding性xing與yu使shi用yong壽shou命ming。提ti高gao開kai關guan管guan的de導dao通tong與yu關guan斷duan速su度du是shi解jie決jue開kai關guan管guan溫wen升sheng問wen題ti最zui本ben質zhi有you效xiao的de方fang法fa。這zhe就jiu要yao求qiu驅qu動dong電dian路lu具ju有you以yi下xia特te點dian：
（1）能夠提供足夠大的驅動電流，即驅動電路的充電電阻要充分小，以縮短導通時間；
（2）具有足夠的泄流能力， 即放電電阻要充分小，以提高其關斷速度；
（3）適當的驅動電壓， 驅動電壓一般取12V 比較合適。

考慮到原副邊的電氣隔離，設計了以下驅動電路
，如圖4。

PWM為單片機輸出的占空比信號，經過光耦與原邊相連，滿足了原副邊的電氣隔離要求。反相器U2實現了TTL電平到CMOS電平的轉換。PWM信號為高電平時，U2輸出高電平，T1導通，T2關斷

，驅動電源對開關管的柵源間電容充電
，使之迅速達到開關管的開通閾值電壓，開關管迅速導通
；PWM 信號為低電平時
，U2輸出低電平
，T1關斷
，T2導通，開關管柵源間電容通過T2迅速將電量放出，實現了開關管的迅速關斷。該驅動電路結構簡單，性能穩定且具有很高的驅動速度，可取代價格較高的驅動芯片。

2 係統軟件流程

係統流程圖如圖5。

為了改進係統的動態特性及穩定性
，在數據處理程序中對PWM 的占空比規定了上下限
， 以防連續采樣時出現較大偏差

，對PWM 進行限幅處理。另外若出現意外情況，單片機會及時關斷PWM，以防輸出電壓或電流過大而損壞晶體管。

3 結語

在采集大量數據分析後得到以下結論：該開關電源工作在恒壓模式時
，輸出值與期望值誤差不超過30mV~工作在恒流模式時，輸出值與期望值不超過40mA；整機效率在85 以上

，主功率開關管的溫升在40℃左右，高頻變壓器溫升低於60℃，完全適應於一般場合下的電能供應要求。

yidanpianjiweihexindekaiguandianyuan
，bujinyouzhuyutigaokaiguandianyuandejingdu，yeshidekaiguandianyuangengjiazhinenghua。zhinenghuayeshijinhoudianyuanfazhandeyigefangxiang，yincibenwenshejideyidanpianjiweihexindekebianchengdianyuangongyingqijuyoujiaogaodeshiyongjiazhi。