基于红外遥控的数字调节开关电源设计与实现

基于红外遥控的数字调节开关电源设计与实现

开关稳压电源以体积小、重量轻、效率高等优点，在电子通信、军事装备、交通运输、工业设备等领域得到广泛的应用。它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。开关电源一般由脉冲宽度调制（PWM）控制IC和MOSFET构成，和线性电源相比，二者的成本都随着输出功率的增加而增长，但增长速率各异。线性电源成本在某一输出功率点上，反而高于开关电源，这一点称为成本反转点。随着电力电子技术的发展和创新，使得开关电源技术也在不断地发展，成本反转点日益向低输出电力端移动，这为开关电源提供了广阔的发展空间。本文介绍一种以89S52单片机为核心，以MOSFET为主开关管，用PWM调节相结合的方法，使输出电压连续可调的开关电源。

开关电源设计总体分析

1 开关电源原理
开关电源通过电路控制开关管进行高速的道通与截止，将直流电转化为高频率的交流电并提供给变压器进行变压，从而产生所需要的一组或多组电压。开关变压器可以做得很小，而且工作时温度不很高，成本很低。其大体可以分为隔离和非隔离两种,隔离型的必定有变压器,而非隔离的未必一定有。

开关电源的工作流程是:
①交流电源输入经整流滤波成直流；
②通过高频PWM(脉冲宽度调制)信号控制开关管,将直流电压加到开关变压器初级上；
③开关变压器次级感应出高频电压,经整流滤波供给负载；
④输出部分通过一定的电路反馈给控制电路,控制PWM占空比,以达到稳定输出的目的。
交流电源输入时一般要经过扼流圈一类的东西,过滤掉电网上的干扰，同时也过滤掉电源对电网的干扰；在功率相同时,开关频率越高,开关变压器的体积就越小,但对开关管的要求就越高；开关变压器的次级可以有多个绕组或一个绕组有多个抽头，以得到需要的输出；一般还应增加一些保护电路,比如空载、短路等，否则可能会烧毁开关电源。

2 本设计框图
本设计以MCU为核心，输入为电网电压，通过友好的键盘液晶交互方式，完成连续可调的电源输出。电网电压通过输入回路中的整流器和滤波器转换为直流电压输入高频变换器，经高频变换器转变为高频脉冲方波电压，再通过输出回路中的高频整流器和滤波器变成直流电压供给负载。整个系统设计框图如图1所示。

图1 系统框图

系统硬件设计
AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器,具有8K可编程Flash存储器。以其为核心，系统主要组成部分有：采集信号的调理模块，脉宽输出信号驱动模块，过流、过压保护模块，人机交互接口模块，声光报警报警模块，RS232模块。其中，采用红外遥控模块是系统的一大特色。系统结构如图2所示。

图2 系统硬件结构

输出电压、输出电流、输入电压等采集信号调理电路主要由精密运算放大器组成，通过差动、比例运算放大，消除信号的共模干扰，把采集信号调理成标准的0～5V电压信号，经ADC输入给单片机处理。PWM输出驱动电路主要是把89S42单片机输出的PWM的信号进行放大。过流、过压保护主要由传统的继电器，组合逻辑电路组成。当单片机控制电路检测到输出过压、过流或输入过压的时候，单片机输出开关量到组合逻辑电路，执行相应的应急处理。

人机交互接口是电源系统很重要的部分。考虑到开关电源的商业化、产品化的需要，使用了128×64液晶显示单元。单片机的数据可通过串口送到液晶屏显示出来。此外，采用了键盘输入和红外遥控输入两种方式，可以在恶劣环境中进行产品和用户的交互。系统电路图如图3所示。

图3 X51系统电路

高频变换电路设计
本开关电源需要具有可调输出电压的功能，因为采用PWM和PFM相结合的调节方法，必须选择合适的高频变换电路。设计时，采用双MOSFET组成反激半桥高频变换电路，如图4所示。

图4 高频变换电路

该电路中的高频变压器T，一次绕组通过两个场效应管接向工频整流后的直流电源，这两个场效应管同时导通、关断。场效应管开通时储存能量；断开时，磁场能量转化成电能供给负载。这种电路适用于固定频率、可变频率、完全和不完全能量传递的应用场合。其他的工频整流、滤波电路以及高频整流滤波电路均选用普通开关电源常用的电路形式。

图5 软件设计

系统软件设计
1 多任务设计
软件设计采用实时多任务的嵌入式操作系统（Small RTOS51 System），通过高效率的时间片（Time Slice）管理，控制系统运行。
2 系统流程图
整个系统的运行流程如图6所示。

图6 软件流程图