基于at89c52和iw1692的智能开关电源设计与研究

基于AT89C52和IW1692的智能开关电源设计与研究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交流输入电压85265VAC宽范围输入直流输出电压515V连续可调输出电压调整率25具有输出短路控制具有电压显示功能及故障报警指示。2硬件电路设计21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EMI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。22主要芯片介绍221IW1692WI1692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TON也减小,当ON下降至TON2MIN,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。222AT89C52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8KB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。223MAX1247、MAX525和74HC573MAX1247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。23电路实现231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EMI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EMI滤波及整流滤波。电压输入后由C1、C2、C3、C4及L1组成交流EMI滤波。D1D44个二极管GT1040组成桥式整流电路,后接C5、C6、R1及L2滤波电路。变压器初级线圈取144T,由公式NBNAUIN_MINUOUT_MAX,得次级为18T,辅助绕组为36T,因为7815输入电压范围为1535V。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MOSFET管的损坏。图2开关电源电路R7、R8、D5和C7构成的RCD吸收回路使MOSFET管的漏极电压限制在700V以下,防止MOSFET器件的损坏,另外有效地降低音频噪声,设计时D5选高压稳压快速导通二极管UF4006,C7选压电效应很小的聚脂薄膜电容R7取100150K。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R2、R3、R4分压实现。由于输入电压为85265V宽范围输入,整流滤波后为120370V。而A/D转换的输入电压最高为25V。所以,UMAXR总R分UA/D其中,UMAX为输入电压最大值。当R总610K,R分4K时输入A/D的最大电压约243V,经A/D转换后为十六进制F8DH,最小为08V经A/D转换后为51EH。同理输出电压515V,采样电阻R15、R16、R17分别为40K、20K、100。经0525V的A/D转换后,为十六进制范围是333HFFFH。考虑到效率原因输出短路采样电阻R11取15,当电流超过限定值的视为短路,起动保护。232D/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。233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15V与5V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