開關電源是利用現(xiàn)代電力電子技術,，控制開關管開通和關斷的時間比率,，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源。由于擁有較高的效率和較高的功率密度,，開關電源在現(xiàn)代電子系統(tǒng)中的使用越來越普及,。開關電源高頻化、模塊化和智能化是其發(fā)展方向,。其中,，步進可調(diào)、實時顯示是開關電源智能化研究方向之一?，F(xiàn)設計開關電源,，技術指標為：輸出電壓30V至36V可調(diào)，最大輸出電流2A,，有過流保護功能,，能對輸出電壓進行鍵盤設定和步進調(diào)整、步進值1V,，并能實時顯示輸出電壓和電流的開關穩(wěn)壓電源,。
1 總體設計方案
采用AT89S52單片機為控制核心，對普通的開關電源控制部分進行優(yōu)化設計,，并通過軟件編程實現(xiàn)了對開關電源的智能控制。設計中采用隔離變壓器將市電變壓后通過整流濾波送至DC-DC升壓變換器,，經(jīng)過一系列的控制整合電路之后可實現(xiàn)設計要求,。系統(tǒng)總體框圖如圖1．1所示。
1．1 DC-DC主回路拓撲
采用UC3842和MAX4080構(gòu)成DC-DC轉(zhuǎn)換電路,。UC3842是一塊功能齊全,、較為典型的單端電流型PWM控制集成電路，內(nèi)包含誤差放大器,、電流檢測比較器,、PWM鎖存器、振蕩器,、內(nèi)部基準電源和欠壓鎖定等單元,。電流控制型升壓DC-DC轉(zhuǎn)換電路,，外接元器件少、控制靈活,、成本低,，輸出功率容易做到100W以上。當然,，DC-DC轉(zhuǎn)換電路也可以采用成品模塊,，若用PI公司生產(chǎn)的DPA-Switch設計開關電源具有集成度高、外圍電路簡單,、發(fā)熱量少,、性能指標優(yōu)良。
由UC3842設計的DC-DC升壓電路直接用誤差信號控制電感峰值電流,，間接地控制PWM脈沖寬度,，達到控制輸出端電壓的目的。開關管以UC3842設定的頻率周期開閉,，使電感L儲存能量并釋放能量,。當開關管導通時，電感充電,，把能量儲存在L中,。當開關截止時，L產(chǎn)生反向感應電壓,，通過二極管把儲存的電能釋放到輸出電容器中,。輸出電壓由傳遞的能量多少來控制，而傳遞能量的多少由通過電感電流的峰值來控制,。具體設計電路如圖1.2所示,。
1．2 保護電路
在大電流的情況下容易損壞芯片，所以需要對大電流的情況給予電路保護,。設計中采用單片機控制繼電器的通斷來控制電路中的電流,，對輸出電路電流采樣，采樣值與額定值比較,，反饋比較電路如圖1．3所示,，當電流大于2．5A時，則產(chǎn)生信號使單片機進入中斷處理程序,，使繼電器起動,，實現(xiàn)DC-DC電路的斷電，從而達到保護電路的作用,。單片機控制電路如圖1．4所示,。該方案中單片機控制繼電器的吸合時間短，而且易于實現(xiàn)。
1．3 數(shù)字設定及顯示電路
采用AT89S52單片機和集成芯片CD4051實現(xiàn)程控和步進,，用單片機控制鍵盤實現(xiàn)輸出電壓的初始設定,，可以實現(xiàn)電壓的步進1V，步減1V,。使用液晶顯示輸出電壓和電流,，可撥動轉(zhuǎn)換開關來選擇顯示電壓／電流模式。
1．4 程序設計
在設計好相關電路的基礎上,，通過編程由單片機對開關電源進行智能控制,。系統(tǒng)由單片機AT89S52控制，電源系統(tǒng)具有"＋‰"和"－"步進功能,，步進幅度為1V,。同時AT89S52結(jié)合繼電器等電路實現(xiàn)了電路過流保護功能，并且能實時顯示開關電源的輸出電壓和電流,。程序總流程圖和中斷流程圖如圖1(5,，6)所示。
開關電源是利用現(xiàn)代電力電子技術,，控制開關管開通和關斷的時間比率,，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源。由于擁有較高的效率和較高的功率密度,，開關電源在現(xiàn)代電子系統(tǒng)中的使用越來越普及,。開關電源高頻化、模塊化和智能化是其發(fā)展方向,。其中,，步進可調(diào)、實時顯示是開關電源智能化研究方向之一?，F(xiàn)設計開關電源,，技術指標為：輸出電壓30V至36V可調(diào)，最大輸出電流2A,，有過流保護功能,，能對輸出電壓進行鍵盤設定和步進調(diào)整、步進值1V,，并能實時顯示輸出電壓和電流的開關穩(wěn)壓電源,。
2 提高效率
如何提高開關電源的效率顯得尤為重要。在提高開關電源的效率上采取了如下措施,。
2．1 DC-DC轉(zhuǎn)換電路中電感在很大程度上影響系統(tǒng)的效率。市場上很難買到符合要求的電感,，在繞制時對電感磁芯和漆包線的要求非常高,，應將輸出電壓紋波降到最小。
2．2 DC-DC轉(zhuǎn)換電路中開關管采用MOS管取代雙極性晶體管，串聯(lián)柵極電阻將衰減由MOS輸入電容,、柵一源電路引線電感所產(chǎn)生的高頻寄生振蕩,。可有效提高轉(zhuǎn)換效率,，若選用幾個MOS管IRF530并聯(lián),，可進一步提高效率。
2．3續(xù)流二極管選擇肖特基二極管,，其開啟時間短,、管壓降小，可使電感存儲能量大,，有利于提高電源轉(zhuǎn)換效率,。
2．4二極管、電感和MOS管的柵極最好盡可能地靠近焊接,，這樣可以減少損耗,，有利于提高系統(tǒng)的效率。
3 測試數(shù)據(jù)和分析
3．1 電壓調(diào)整率SU
電壓調(diào)整率SU指U2在指定范圍內(nèi)變化時,，輸出電壓U0的變化率,。用自耦調(diào)壓器調(diào)節(jié)U2從15V到21V之間變化，在輸出電流為2A時候,，測量出輸出電壓,，從而得到電壓調(diào)整率SU。
3．2 負載調(diào)整率SI
負載調(diào)整率SI指I0在指定范圍內(nèi)變化時,，輸出電壓U0的變化率,。改變負載電阻，使輸出電流在0～2A以內(nèi)變化時,，得到負載調(diào)整率數(shù)據(jù)如下,。
3．3 DC-DC變換器效率
效率η=P0／PIN，其中P0=U0I0,，PIN=UINIIN,。用毫伏表在DC-DC模塊端口直接讀出輸入和輸出電壓電流各值，可得變換器效率,。
3．4 紋波電流
在開關電源設計中,，MOS管源極接上1kΩ的電阻，電源濾波處加無極性電容,，濾除高頻紋波,。電流紋波實測數(shù)據(jù)如下。
基于AT89S52的開關穩(wěn)壓電源具有良好智能控制和步進功能,，測試數(shù)據(jù)表明電源系統(tǒng)具有較高的電壓調(diào)整率和負載調(diào)整率,，并具有很高的效率，電源在最大輸出功率下能連續(xù)安全工作足夠長的時間。當然可通過對MOS管及相關元器件選擇,、電路優(yōu)化設計,，或選擇DC-DC成品模塊可進一步提高電源性能。