ATMEGA16实现开关电源制作

2012年02月08日 10:25 来源:《电子设计工程》 作者:薛秀云,陈华宁,翟 我要评论(0)

  开关电源是利用现代电力电子技术,控制开关管开通和关断的时间比率,维持稳定输出电压的一种电源。以ATMEGA16单片机为控制核心,设计并制作了具有输出电压步进可调的开关电源。其硬件由整流、滤波、单片机供电电源、DC-DC变换及LED显示组成。经实验测定,输出电压0~9.9V步进0.1 V可调,输出电流1.5 A,当输出电压9V、输出电流1.5 A时,电压调整率小于0.67%,效率可达78.78%.

  1 电源硬件电路设计与计算

  1.1 系统总体设计

  系统组成框图如图1所示。市电经整流滤波电路输出直流,采用EMI共模滤波器抑制市电中的干扰;+5 V单片机供电电源由MC34063构成;系统输出电压经反馈电路送到单片机ATMEGA16的A/D口,单片机根据输出电压的变化,对DC-DC进行PWM控制,使输出电压趋于稳定;同时,系统的显示及键盘控制也由单片机ATMEGA16实现。

  

 

  图1 系统组成框图

  1.2 整流滤波电路

  整流、滤波电路主要是由整流变压器(30 W,18 V)、EMI滤波器、RS207整流桥(2 A)和滤波电容2 000 μF组成。EMI滤波器主要作用是滤除开关噪声和由输入线引入的谐波。滤波器中磁心上的绕组采用同向绕制,因流经绕组的交流电流是反相的,所以两股相反方向的电流在磁心内产生的交流磁通量相互抵消,从而达到抑制共模干扰的目的。

  1.3 单片机供电电源

  为提高电源的效率,利用芯片MC34063A外接简单元件构成降压电路,输出5 V电压为单片机ATMEGA16提供电源,电路如图2所示。

  

单片机供电电源电路

 

  图2 单片机供电电源电路

  其中R1为限流电阻、C1为定时电容、C2为输出滤波电容、R2和R3为设定输出电压大小的电阻,计算公式如式(1)所示。Rst为限流电阻,当限流电阻的电压达到330 mV时,电流限制电路开始工作。计算公式如式(2)所示,其中IMax_out为最大输出电流。

  

 

  由以上两式可知,当输出电压5V时,Rst、R2和R3的取值分别为0.5 Ω、1.2 kΩ、3.6 kΩ。

  1.4 键盘及显示电路

  输入及显示电路采用4个按键,和用功能切换完成对输出电压的设定及显示切换。显示部分采用共阳极数码管动态显示,如图3所示。单片机ATMEGA16采用内部8 MHz晶振。

  

键盘及显示电路

 

  图3 键盘及显示电路

  1.5 DC-DC电路

  DC-DC电路如图4所示。该模块为SR-Buck变换器,开关管采用MOSFET管IRF540.IRF540的最大漏极电流ID为33 A,导通电阻RDS(on)为44 mΩ,漏源击穿电压VDSS为100V.MOSFET是电压控制电流源,为了驱动MOSFET进入饱和区,需要在栅源极间加上足够的电压,以使漏极能流过预期的最大电流,因此采用三极管对IRF540进行驱动。主开关管Q6用NPN三极管Q5驱动,同步整流管Q9用PNP三极管Q10进行驱动。

  

DC-DC电路

 

  图4 DC-DC电路

  滤波电路采用LC串联电路,由1个220μH的电感和2个并联的470 μF的ESR电容组成,0.1μF的陶瓷电容用于吸收输出端的高频分量。

  

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