一种数控低压大电流脉冲电源设计方案

1、一种数控低压大电流脉冲电源设计方案前言在一些特殊应用场合，需要一种低电压大电流的电源，有时也需要电源频率、脉 宽均可调整的脉冲电源。本文以ATmega16为系统控制核心，结合RT8105所组 成的DC/DC电源电路实现，最终实现了频率、脉宽可调低电压大电流的脉冲电 源。系统组成系统组成框图如图1所示。图1系统组成框图系统首先由RT8105构成的DC-DC电源电路产生稳定的2V电压，该电压经过一 个开关管连接至负载，通过ATmega16单片机输出的脉冲波形配合相应的驱动电 路控制该开关管的导通和关断，从而在负载上形成与该脉冲波形同频率、同脉宽 的脉冲电流。此外，系统中加入了键盘、LED和串口。键

2、盘用于设置脉冲电源的频率和占空 比，LED用于显示当前脉冲电源的占空比，便于用户观察。串口用于与PC机进 行连接，用户可通过相应的上位机软件进行设置，该系统工作安全、稳定，操作 方便。RT8105 简介RT8105是台湾立锜科技股份有限公司生产的电压模式、5V/12V输入的同步降压 式PWM的DC-DC控制器。具有以下特点：开关频率为300kHz，输出PWM波占空比0100%可调，其输出的双路相位差为180的PWM波可直接驱动所有的低功 耗N-MOSFET，内部自带误差比较器，具有实时过压、欠压、过流保护电路，系 统软启动等功能。其内部结构框图如图2所示。图2 RT8105内部结构框图4、系统

3、实现DC/DC变换电路DC/DC变换电路作为系统中最重要的一部分，其输出电压的稳定直接影响脉冲电 源的性能。使用RT8105可以直接驱动两路VMOS开关管IRF640，电路结构简单。 具体电路如图3所示。图3 DC/DC变换电路原理图图中，系统供电电压为+12V, T8105输出两路反相？咖波驱动Q2和Q4,经储 能电感L1和电容滤波，产生直流电压再由FB引脚反馈回RT8105进而调整输 出PWM波的占空比，形成硬件闭环电路，从而使输出电压稳定到2V。电路输出电压计算公式为：Vout二VrefX(1+R6/R4)，其中Vref为RT8105芯 片内部的基准电压，Vref=0.8V2%，当R6=

4、13K，R4=8K时输出压电压达到2.1V。脉冲产生电路 脉冲产生电路由MCU输出波形控制开关管的通断来实现。由于VMOS导通时所需 VGS电压必须大于4V，而MCU输出电压仅5V，需要电路中加入一级放大电路， 该放大电路由9012和9013两只三极管实现，脉冲产生电路如图4所示。图4脉冲产生电路图中，PULS为MCU输出的脉冲控制信号，该信号经过电压放大后驱动VMOS管， 从而使输出全负载的Vout信号与PULS信号同脉宽、同频率。通过改变PULS占 空比及频率，就可以实现Vout输出的脉宽、频率可调。开关型降压稳压电路MCU及电路中其它部分所需要的5V电源由开关型降压稳压芯片LM2576产

5、生， 其电路结构简单。具体电路如图5所示。vcc rvU2 LM2576图5开关型降压稳压电路系统中并未采用常用的线性三端稳压芯片LM7805，其原因是线性稳压电源在工 作中会有大的“热损耗”，其工作效率低。而开关稳压电源具有集成度高、外围 电路简单、电源效率高（70%90%）等优点，开关稳压电源已经取代效率较低的 线性稳压器，成为现代超大规模集成系统中不可或缺的部分。单片机及人机接口电路系统中使用了 5个按键，用于设置输出的周期及占空比。使用4个8段LED用 于显示当前周期和占空比。具体电路图如图6所示。WHti图6单片机及人机接口电路数码管D7显示当前功能模式代码（0表示占空比模式，1表示

6、周期模式）， D8D10用于显示占空比或周期值。按键K1K5用于参数的设置，分别完成左移， 右移，OK，加，减功能。按键控制分两种模式，设置模式和非设置模式。在设置 模式下，调整占空比和周期值的大小，左、右移位键移动3个数码管的3个位， 移到的位闪烁，此时可通过加、减键来改变这一位的值，按下OK键完成设置； 在非设置模式下，不能改变参数，只能用加、减键切换D7的模式代码，数码管 D8D10显示该模式下的数值。其中，占空比的可设置范围0100%，周期值范围 广999ms，即频率可从1Hz1kHz进行设置。5、系统测试结果及分析系统测试所使用到的仪器主要有：数字荧光示波器TDS7104，电流探头T

7、CP202， 有源探头P6243，电子负载IT8511。电压调整率电压调整率即负载固定时，输入电压的波动对输出电压的影响（即输出电压的变 化量与输入电压变化量的比值）。以输出电流6A时对应的输出电压2.04V，2.05V， 2.05V，输入电压10.8V，12.0V，13.2V （如表1），计算电压调整率：涔 =2.05-2.04瓣Avjy 如=常数 13.2-10.8 RL；=3JCtan#t负载调整率输入电压12V，以及增加偏移为10%的10.8V和13.2V。输出电流将占空比调 为最大，用来测试最大负载情况。负载以最大6A的0%-100%步进20%进行测 试。测试数据如表1所示。表1电流

8、调整率测试表OA1.2A2.4A4.8A6A2.092.QS2.04n.ov2.092.092.0513,2V2.C92,092.08IM2111负载调整率是在输入电压固定的情况下，负载电流IO从0变化到最大额定性 （满载）时所引起输出电压的变化。以输入电压12.0V对应的输出电压，输出电流06A变化，计算负载调整率：电源转换效率 电源的转换效率反应电路的电能损耗情况，是电源设计的一个重要参数，表2给 出的效率数据是根据公式计算的：表2电源转换效率测试表输入电压输入电流输出电压输出电流|效率L0.8V1.42.6ASO,2%12.0V1.25S14%2.0?6A10输出脉冲图7为电路输出的2V/6A脉冲，图中上边是DC/DC输出电压波形，下边是脉冲 输出电流波形，波形参数如图所示。图7输出2V/6A脉冲6、小结此电源的设计方法、结构、原理比较简单，通过合理的选