单片机控制模块,包括单片机和相应的A/D、D/A转换模块、继电器切换控制模块,以及人机交互接口。这一模块的作用是通过单片机输出的D/A转换信号和继电器切换控制信号,对开关电源核心模块进行控制,从而实现程序控制升压、降压和电路切换的功能。模块中的单片机采用C8051F330D,为增强型51内核单片机,集成了10位ADC和10位DAC,满足设计精度需要。人机交互接口采用CH452L集成数码管显示和键盘控制器,完成数据显示和键盘输入的功能。扩展要求中的参数掉电记忆功能,由串行E2PROM芯片 AT24C08完成。
辅助电源模块完成从220V到系统所需各路电源的变压、整流、降压等工作。辅助电源模块通过整流提供两路直流输出,一路给开关电源的核心模块提供输出所需的足够能量,另一路由LM2576和LM1117稳压给单片机和其他控制模块提供控制需要的较低压直流电。
硬件电路设计
降压型电路原理和设计
采用LM2576构成的降压电路如图2所示,输出电压经R1和R2分压取样后送到减法器的正输入端,负端接VSET。VSET信号是单片机给出的电压信号,输出的取样电压减去D/A转换电压后得到误差信号。再将误差信号加上参考电压(VREF)1.23V, 将此结果送到LM2576的反馈端。当输出电压因某种原因下降时,取样电阻分压下降,低于单片机D/A转换信号给出的参考电压,减法器输出小于 1.23V,此信号送到LM2576反馈端后,开关信号的占空比增加,电感储能增加,输出电压上升,较终使输出电压保持稳定。此反馈回路的本质仍然是负反馈,并且符合LM2576的使用要求。
相比于传统的直接反馈,本设计中的反馈回路复杂度较高,这种设计主要是出于以下考虑：**是便于单片机控制,只要改变D/A转换输出电压,则反馈回路起作用,自动将输出取样电压向D/A转换电压靠近,完成电压调整过程;其次,可以满足设计要求中的零伏输出。若单纯用LM2576的反馈引脚,则手册中给出的参考电路较低输出只能达到1.25V,因此需要将反馈电压“平移”一个VREF参考电压的电平。最后是因为LM2576的反馈端是以1.23V为基准进行比较的：当反馈取样电压大于1.23V时,减小开关的占空比;大于1.23V时,增加占空比。一般的误差电压不会大于1V,因此需要将减法结果再向上“平移”一个VREF的电平。
反馈电阻分压得到的电压还同时送到单片机的DAC,通过D/A转换和尺度换算,得到输出电压值,作为数字量显示输出到数码管上。
升压型电路原理和
升降压电路的切换
升压型开关电源的原理
图3是升压型开关电源的原理图。由于存在电感,因此可以做到输出电压大于输入电压。开关管导通时,电流经电感→开关管→接地,二极管截止;开关管截止时,电流被截断,电感放出能量,这时电流经二极管给电容充电并给负载提供电流,实现了升压型电源。
LM2576在电路中所起的作用可以看作是PWM发生器和开关管的集成,因此,虽然LM2576通常用做降压电路,但具有改造成为升压电路的能力。
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