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基于AT89C52和IW1692的
智能开关电源设计与研究
3
摘 要:针对采用模拟控制的开关电源的一些问题,提出了一款以AT89C52为核
心控制器,利用了AC/DC电源控制芯片(IW1692)的数字化智能开关电源系统,并对该
系统的硬件电路和软件设计进行了介绍。通过测试,本系统较好地解决了模拟开关电
源的缺点,达到了相应的目的要求。
关键词:开关电源;智能化;数字化
0 引 言
随着开关电源技术的成熟,在有些应用场合
要求开关电源具有一定的智能,能实现精确的程
序控制,并能组网工作,以便于实时了解设备的参
数(如电压、电流)、工作状态(正常、故障)等信
息。对于采用模拟量反馈控制的开关电源,在这
些场合使用时不可避免地存在这样一些问题:
(1)负载在较大范围内变化时反馈环路不稳
定,易产生自激振荡。
(2)不能实现精确的程序控制。电池的充电
设备、TG脉冲弧焊电源设备必须按照工作规程进
行程序控制。对电源的输出要求可能为恒流恒压
或恒压限流,这样所用的电源必须能够在各种工
作状态之间自由转换,这是常规开关电源难以实
现的。
(3)伺服型开关电源常要求电源的输出受外
电路控制,而远程控制信号通常为模拟信号,在传
输过程中常常会受到外界干扰,导致控制失败。
用数字控制方式代替模拟控制,上述问题可
以得到很大的改善。
1 数字化智能开关电源的设计思路
及要求
智能化开关电源的主要功率变换电路仍然采
用与传统开关电源相同的拓扑结构,但其反馈控
制环路不采用传统的模拟控制方式,而是采用数
字控制方式,即误差采样,脉冲宽度调制(PWM)
的调制信号的计算、生成,遥感信号的接收、处理
等控制部分电路均使用数字控制技术。通过智能
化的数字控制技术,力求解决环路的稳定性、抗干
扰性、电源远程控制性等问题。本开关电源主要技术指标:①交流输入电压
85～265 V AC宽范围输入;②直流输出电压5～
15 V连续可调;③输出电压调整率≤2.5%;④
具有输出短路控制;⑤具有电压显示功能及故障
报警指示。
2 硬件电路设计
2.1 硬件电路原理
系统原理框图如图1所示。电路的工作原理
为,市电经EM I滤波、整流滤波变成直流电送入
功率变换电路(DC/DC),功率变换电路在PWM
电路和单片机的控制下输出稳定的直流电压。用
户可根据需要通过键盘对开关电源输出的电压值
调节,单片机系统自动对电源输出电压进行数据
采样,并与用户给定数据进行比较,然后根据设置
的调整算法控制开关调整电路,使电源输出电压
符合给定值。单片机在调整电源输出电压的同时
还要检测电路的输出功率,当输出功率超过最大
功率时,就起动保护电路,实现保护功能。为了使
智能开关电源能可靠、安全地工作,本系统可设置
多重监测和保护系统,主要包括过压、欠压和短路
保护。
2.2 主要芯片介绍
2.2.1 IW 1692
WI 1692是一种采用数字控制技术,高性能的
AC/DC电源控制器。其数字调节设计是高效率
的,内置保护功能,使外部元件较少,简化设计使
电路成本较低,电路工作可靠。WI1692无需次级
反馈电路,但能实现良好的线性负载调节;无需环
路补偿元件,但提供稳定的运行。脉冲波形分析
设计在第一环路,使得反应速度远远超过传统解
决方案,从而提高了动态负载响应。内置功率限
定功能,使变压器设计变得最优化,可以使用最普
遍的离线设计变压器绕组,并且提供宽输入电压范围,低起动电压。当输出电流大于最大负载电
流的5%时,WI1692以固定频率PWM模式运
行。当输出电流减小,开关管导通时间T
on
也减
小,当T
on
下降至T
on
2m in,芯片转换为脉冲频率调制
(PFM)模式,即轻载时电源转换为PFM模式,使
电路损耗达到最低。这些使WI1692成为最理想
电源控制的选择,并且符合最新的电源标准。
2.2.2 AT89C52
在兼顾运算能力与控制性能,并考虑设计成
本及产品投入使用的经济等因素之后,在此选用
传统的性价比高的AT89C52单片机为核心控制
器。AT89C52是一种低功耗、高性能的片内含有
8 kB快闪可编程/擦除只读存储器的8位CMOS
微控制器,使用高密度、非易失存储技术制造。芯
片上的EPROM允许在线编程或采用通用的非易
失存储编程器对程序存储器重复编程。
2.2.3 MAX1247、MAX525和74HC573
MAX1247是4通道模拟输入12位、串行输
出A/D转换器;MAX525是4通道模拟输出、12
位串行输入D/A转换器。这两种芯片特性有很
多相似之处,可以和单片机构成一个完整的4通
道测控系统。采用串入、串出,解决了单片机口线
资源不足的缺点。74HC573是八进制3态非反转
透明锁存器。
2.3 电路实现
2.3.1 开关电源电路及主要元器件选择
开关电源电路如图2所示。本部分电路主要
实现交流EM I滤波、整流滤波、钳位保护、PWM
控制、DC/DC输出,并由输入输出电阻分压进行
采样。
(1)交流EM I滤波及整流滤波。电压输入
后由C
1
、C
2
、C
3
、C
4
及L
1
组成交流EM I滤波。
(D1～D
4
)4个二极管(GT1040)组成桥式整流电
路,后接C
5
、C
6
、R
1
及L
2
滤波电路。变压器初级
线圈取144 T,由公式N
B
NA
U in_m in=Uout_max,得次级为
18 T,辅助绕组为36 T,因为7815输入电压范围
为15～35 V。
(2)钳位保护电路。钳位电路主要用来限制
高频变压器漏感所产生的尖峰电压并减小漏极产
生的振铃电压。在MOSFET管关断瞬间由变压
器的漏感引起的尖峰电压较高,将会导致
图2 开关电源电路
MOSFET管的损坏。R
7
、R
8
、D
5
和C
7
构成的RCD
吸收回路使MOSFET管的漏极电压限制在700 V
以下,防止MOSFET器件的损坏,另外有效地降
低音频噪声,设计时D
5
选高压稳压快速导通二极
管UF4006,C
7
选压电效应很小的聚脂薄膜电容;
R7取100～150 kΩ。
(3)数据采样电路。数据采样采用电阻分压
采样方式,输入采样电压由R
2
、R
3
、R
4
分压实现。
由于输入电压为85～265 V宽范围输入,整流滤
波后为120～370 V。而A/D转换的输入电压最
高为2.5 V。所以,
Umax
R总
×R分=U
A/d
其中,U
m ax
为输入电压最大值。
当R总=610 kΩ,R分=4 kΩ时输入A/D的最
大电压约2.43 V,经A/D转换后为十六进制
F8DH,最小为0.8 V经A/D转换后为51 EH。
同理:输出电压(5～15 V),采样电阻R
15
、
R16、R
17
分别为40 kΩ、20 kΩ、100Ω。经0.5～
2.5 V的A/D转换后,为十六进制范围是(333H
～FFFH)。考虑到效率原因输出短路采样电阻
R11取1.5Ω,当电流超过限定值的视为短路,起
动保护。
2.3.2 D/A、A/D及单片机控制电路
D/A、A/D及单片机电路如图3所示。电路
从输入端以及输出端进行电压采集,通过A/D芯
片MAX1247送入单片机,单片机内部经过程序计
算把结果通过D/A芯片MAX525转换成控制电
压,控制WI1692控制PWM最终达到控制输出电
压的目的。
2.3.3 其他硬件电路
电路通过单片机输出信号,经过两个锁存器
74HC573对共阳极LED进行段选和位选操作。
通过单片机编程可达到动态显示输出电压的目
的。通过三端稳压器7815和7805获得+15 V与
+5 V的芯片供电电压,为整个电路芯片提供可
靠电源。复位及按键是单片机外部扩展电路,两
个按键可实现对输出电压的连续可调。
3 软件设计
主程序流程图如图4所示。程序开始,先检
测是否过压、欠压,再检测输入功率,由此可以计
算出输出电路是否短路。当检测到过压、欠压、短
路故障情况,程序会一直检测并且一直让PWM
控制芯片关断,同时输出显示电源故障原因。否
则起动PWM芯片并显示输出电压。检测键盘动
作,键盘动作时控制输出电压相应改变,实现电压
可调。
4 结 语
本文设计了一款基于AT89C52和IW1692的
智能开关电源,通过硬件电路及软件的有效结合,
采用数字控制技术,可以较好地解决模拟开关电
源的带负载能力差、不能实现精确控制、抗干扰能
力差等缺点,达到了对运行中的开关电源进行监
测,通过按键进行电压的连续可调,自动显示电源
输出,故障自诊断和自动保护。
【参考文献】
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[4] 蔡宣三.开关电源发展轨迹[J].电子产品世界,
2006(9):10211.
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可调开关稳压器除了最基本的稳定电压功能以外，还应具有过压保护(超过输出电压的+10%)、欠压保护(低于输出电压的-10%)、缺相保护、短路过载保护最基本的保护功能。如图
来自大家有没有可调开关稳压电源电路图？2017-11-08 -
你好：很高兴替你解答：吧邮箱给我。
来自求电风扇的电路图2014-06-23 -
用一个三极管做成一个恒流源,这样可以小电流控制大电流,而且三极管能动态分压,不随电源波动而波动,开关又更耐用
来自求led照明电路图？2014-03-23 -
插在220V上，然后经过这个LED控制器，再接到几米长的四线灯带上。请问这个控制器的电路图是什么样的，有哪位知道。只需要单色固定显示就行了，不需要彩色闪烁显示
来自好奇求一份led灯带电源电路图2014-07-13 -
红外感应开关的主要器件为热释电红外传感器，人体有一定的体温，通常在36--37度，所以会发出特定波长的红外线，人体发射的9.5um红外线通过菲涅尔镜片增强聚集到红外感应源上，红外感应源通常采用热释电红外传感器，这种元件在
来自求一份红外感应开关电路图?2017-06-14
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