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基于AT89C52和IW1692的 智能開關電源設計與研究 3 摘 ??要:針對采用模擬控制的開關電源的一些問題,提出了一款以AT89C52為核 心控制器,利用了AC/DC電源控制芯片(IW1692)的數字化智能開關電源系統,并對該 系統的硬件電路和*設計進行了介紹。通過測試,本系統較好地解決了模擬開關電 源的缺點,達到了相應的目的要求。 關鍵詞:開關電源;智能化;數字化 0 ??引 ??言 隨著開關電源技術的成熟,在有些應用場合 要求開關電源具有一定的智能,能實現精確的程 序控制,并能組網工作,以便于實時了解設備的參 數(如電壓、電流)、工作狀態(正常、故障)等信 息。對于采用模擬量反饋控制的開關電源,在這 些場合使用時不可避免地存在這樣一些問題: (1)負載在較大范圍內變化時反饋環路不穩 定,易產生自激振蕩。 (2)不能實現精確的程序控制。電池的充電 設備、TG脈沖弧焊電源設備必須按照工作規程進 行程序控制。對電源的輸出要求可能為恒流恒壓 或恒壓限流,這樣所用的電源必須能夠在各種工 作狀態之間自由轉換,這是常規開關電源難以實 現的。 (3)伺服型開關電源常要求電源的輸出受外 電路控制,而遠程控制信號通常為模擬信號,在傳 輸過程中常常會受到外界干擾,導致控制失敗。 用數字控制方式代替模擬控制,上述問題可 以得到很大的改善。 1 ??數字化智能開關電源的設計思路 及要求 ?? ??智能化開關電源的主要功率變換電路仍然采 用與傳統開關電源相同的拓撲結構,但其反饋控 制環路不采用傳統的模擬控制方式,而是采用數 字控制方式,即誤差采樣,脈沖寬度調制(PWM) 的調制信號的計算、生成,遙感信號的接收、處理 等控制部分電路均使用數字控制技術。通過智能 化的數字控制技術,力求解決環路的穩定性、抗干 擾性、電源遠程控制性等問題。本開關電源主要技術指標:①交流輸入電壓 85～265 ??V ??AC寬范圍輸入;②直流輸出電壓5～ 15 ??V連續可調;③輸出電壓調整率≤2.5%;④ 具有輸出短路控制;⑤具有電壓顯示功能及故障 報*指示。 2 ??硬件電路設計 2.1 ??硬件電路原理 系統原理框圖如圖1所示。電路的工作原理 為,市電經EM ??I濾波、整流濾波變成直流電送入 功率變換電路(DC/DC),功率變換電路在PWM 電路和單片機的控制下輸出穩定的直流電壓。用 戶可根據需要通過鍵盤對開關電源輸出的電壓值 調節,單片機系統自動對電源輸出電壓進行* 采樣,并與用戶給定*進行比較,然后根據設置 的調整算法控制開關調整電路,使電源輸出電壓 符合給定值。單片機在調整電源輸出電壓的同時 還要檢測電路的輸出功率,當輸出功率超過最大 功率時,就起動保護電路,實現保護功能。為了使 智能開關電源能可靠、安全地工作,本系統可設置 多重監測和保護系統,主要包括過壓、欠壓和短路 保護。 2.2 ??主要芯片介紹 2.2.1 ??IW ??1692 WI ??1692是一種采用數字控制技術,高性能的 AC/DC電源控制器。其數字調節設計是高效率 的,內置保護功能,使外部元件較少,簡化設計使 電路成本較低,電路工作可靠。WI1692無需次級 反饋電路,但能實現良好的線性負載調節;無需環 路補償元件,但提供穩定的運行。脈沖波形分析 設計在第一環路,使得反應速度遠遠超過傳統解 決方案,從而提高了動態負載響應。內置功率限 定功能,使變壓器設計變得最優化,可以使用最普 遍的離線設計變壓器繞組,并且提供寬輸入電壓范圍,低起動電壓。當輸出電流大于最大負載電 流的5%時,WI1692以固定頻率PWM模式運 行。當輸出電流減小,開關管導通時間T on 也減 小,當T on 下降至T on 2m ??in,芯片轉換為脈沖頻率調制 (PFM)模式,即輕載時電源轉換為PFM模式,使 電路損耗達到最低。這些使WI1692成為最理想 電源控制的選擇,并且符合最新的電源標準。 2.2.2 ??AT89C52 在兼顧運算能力與控制性能,并考慮設計成 本及產品投入使用的經濟等因素之后,在此選用 傳統的性價比高的AT89C52單片機為核心控制 器。AT89C52是一種低功耗、高性能的片內含有 8 ??kB快閃可編程/擦除只讀存儲器的8位CMOS 微控制器,使用高密度、非易失存儲技術*。芯 片上的EPROM允許在線編程或采用通用的非易 失存儲編程器對程序存儲器重復編程。 2.2.3 ??MAX1247、MAX525和74HC573 MAX1247是4通道模擬輸入12位、串行輸 出A/D轉換器;MAX525是4通道模擬輸出、12 位串行輸入D/A轉換器。這兩種芯片特性有很 多相似之處,可以和單片機構成一個完整的4通 道測控系統。采用串入、串出,解決了單片機口線 *不足的缺點。74HC573是八進制3態非反轉 透明鎖存器。 2.3 ??電路實現 2.3.1 ??開關電源電路及主要元器件選擇 開關電源電路如圖2所示。本部分電路主要 實現交流EM ??I濾波、整流濾波、鉗位保護、PWM 控制、DC/DC輸出,并由輸入輸出電阻分壓進行 采樣。 ?? ??(1)交流EM ??I濾波及整流濾波。電壓輸入 后由C 1 、C 2 、C 3 、C 4 及L 1 組成交流EM ??I濾波。 (D1～D 4 )4個二極管(GT1040)組成橋式整流電 路,后接C 5 、C 6 、R 1 及L 2 濾波電路。變壓器初級 線圈取144 ??T,由公式N B NA U ??in_m ??in=Uout_max,得次級為 18 ??T,輔助繞組為36 ??T,因為7815輸入電壓范圍 為15～35 ??V。 (2)鉗位保護電路。鉗位電路主要用來限制 高頻變壓器漏感所產生的尖峰電壓并減小漏極產 生的振鈴電壓。在MOSFET管關斷瞬間由變壓 器的漏感引起的尖峰電壓較高,將會導致 圖2 ??開關電源電路 MOSFET管的損壞。R 7 、R 8 、D 5 和C 7 構成的RCD 吸收回路使MOSFET管的漏極電壓限制在700 ??V 以下,防止MOSFET器件的損壞,另外有效地降 低音頻噪聲,設計時D 5 選高壓穩壓快速導通二極 管UF4006,C 7 選壓電效應很小的聚脂薄膜電容; R7取100～150 ??kΩ。 (3)*采樣電路。*采樣采用電阻分壓 采樣方式,輸入采樣電壓由R 2 、R 3 、R 4 分壓實現。 由于輸入電壓為85～265 ??V寬范圍輸入,整流濾 波后為120～370 ??V。而A/D轉換的輸入電壓最 高為2.5 ??V。所以, Umax R總 ×R分=U A/d 其中,U m ??ax 為輸入電壓最大值。 當R總=610 ??kΩ,R分=4 ??kΩ時輸入A/D的最 大電壓約2.43 ??V,經A/D轉換后為十六進制 F8DH,最小為0.8 ??V經A/D轉換后為51 ??EH。 同理:輸出電壓(5～15 ??V),采樣電阻R 15 、 R16、R 17 分別為40 ??kΩ、20 ??kΩ、100Ω。經0.5～ 2.5 ??V的A/D轉換后,為十六進制范圍是(333H ～FFFH)。考慮到效率原因輸出短路采樣電阻 R11取1.5Ω,當電流超過限定值的視為短路,起 動保護。 2.3.2 ??D/A、A/D及單片機控制電路 D/A、A/D及單片機電路如圖3所示。電路 從輸入端以及輸出端進行電壓采集,通過A/D芯 片MAX1247送入單片機,單片機內部經過程序計 算把結果通過D/A芯片MAX525轉換成控制電 壓,控制WI1692控制PWM最終達到控制輸出電 壓的目的。 2.3.3 ??其他硬件電路 電路通過單片機輸出信號,經過兩個鎖存器 74HC573對共陽極LED進行段選和位選*作。 通過單片機編程可達到動態顯示輸出電壓的目 的。通過三端穩壓器7815和7805獲得+15 ??V與 +5 ??V的芯片供電電壓,為整個電路芯片提供可 靠電源。復位及按鍵是單片機外部擴展電路,兩 個按鍵可實現對輸出電壓的連續可調。 3 ??*設計 主程序流程圖如圖4所示。程序開始,先檢 測是否過壓、欠壓,再檢測輸入功率,由此可以計 算出輸出電路是否短路。當檢測到過壓、欠壓、短 路故障情況,程序會一直檢測并且一直讓PWM 控制芯片關斷,同時輸出顯示電源故障原因。否 則起動PWM芯片并顯示輸出電壓。檢測鍵盤動 作,鍵盤動作時控制輸出電壓相應改變,實現電壓 可調。 4 ??結 ??語 本文設計了一款基于AT89C52和IW1692的 智能開關電源,通過硬件電路及*的有效結合, 采用數字控制技術,可以較好地解決模擬開關電 源的帶負載能力差、不能實現精確控制、抗干擾能 力差等缺點,達到了對運行中的開關電源進行監 測,通過按鍵進行電壓的連續可調,自動顯示電源 輸出,故障自診斷和自動保護。 【參考文獻】 [1] ??童一帆,張武坤.單片機測控技術[M].北京:航空 航天*出版社,2006. [2] ??王德財.智能高頻開關電源監控系統的實現[J].電 力*技術,2005(10):9211. [3] ??沈紅衛.基于單片機的智能系統設計與實現[M]. 北京:*工業出版社,2005. [4] ??蔡宣三.開關電源發展軌跡[J].*產品世界, 2006(9):10211.
初中電路圖中電源一般畫在最下方或者最上方，開關緊挨電源或者用電器（電阻、燈泡、電容、電導、啟動機等等），也可以用畫圖*，protel較好，建議用版本protel99seauto ??designer也是不錯的選擇我畫電源時用的protel，這個無所謂的。
輸入過欠壓保護電路、輸出過欠壓保護電路、輸出過流保護電路、輸出短路保護電路。
這個比較復雜認真看一下吧。
Protel等用于制作電路板的電路圖一般有原理圖和PCB板圖。PCB板圖直接拿去做電路板的，原理圖是到*元件級別的電路原理構成圖，制作人一般會自己先劃分好原理圖的結構框架圖，在細致的給出每個框架的*元件級別的電路。
一、在安裝完畢通電試運行之前，請再次檢查和校對各接線端子上的連線，確信輸入和輸出，交流和直流，單相和多相、正極和負極、電壓值和電流值等正確無疑，方可通電運行。 二、為達到充分散熱的效果，一般要安裝在空氣對流條件好的位置或安裝在機箱殼體上通過殼體將熱傳出去。 三、金屬外殼電源線與外殼一般與地（FG）連接，要可靠接地，以確保安全，不可誤將外殼接在零線上。 四、對電源FG未接地的用戶，手摸外殼或輸出有麻電感覺屬正常現象，浮地時FG對大地有110V左右交流電輸出，這是電源內部結構決定的。 五、對于大功率LED開關電源，一般均有三個或三個以上的“+”輸入端子和“-”輸出端子，實際上它們同屬一個輸出電極，只是為了使用戶接線方便，而將多個端子分別在內部并接在了一起。 六、LED開關電源出廠以前加阻性負載，如需用在容性或感性為負載時，應事先在訂貨時加以說明。 七、對于雙路輸出對稱用負載，優先選用對稱輸出電源。 八、AC輸入電源的定義輸入電源=輸出功率/（輸入電壓*功率因數*效率） 九、匯漏電流：多臺電源在使用時，共同攝入同一接地點，總的泄漏電流是由每個單元的泄漏電流相加構成，屆時要檢查保護接地線的可靠性及接地電阻是否達到要求，以免遭電擊。
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