隨著新型電力電子器件和適于更高開(kāi)關(guān)頻率的電路拓?fù)?/a>的不斷出現(xiàn)，傳統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)，由于功率器件性能的限制使開(kāi)關(guān)電源性能的影響減至最小，新型的電源電路拓?fù)浜托滦偷目刂萍夹g(shù)，可使功率開(kāi)關(guān)工作在零電壓或零電流狀態(tài)，為了提高開(kāi)關(guān)電源工作效率，設(shè)計(jì)出性能優(yōu)良的開(kāi)關(guān)電源，十分必要。
1 幾種數(shù)控直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)方案比較
1．1 幾種設(shè)計(jì)方案電路原理
方案1：采用模擬的分立元件，利用純硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)功能，通過(guò)電源變壓器、整流濾波電路以及穩(wěn)壓電路，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓電源穩(wěn)定輸出±5 V、±12 V、±15 V并能可調(diào)輸出0～30 V電壓，見(jiàn)圖1所示。但由于模擬分立元件的分散性較大，各電阻電容之間的影響較大，因此所設(shè)計(jì)的指標(biāo)不高、不符合設(shè)計(jì)要求、且使用的器件較多、連接復(fù)雜、靈活性差、功耗也大，同時(shí)焊點(diǎn)和線路較多，使成品的穩(wěn)定性和精度受到影響。
方案2：此方案采用傳統(tǒng)的調(diào)整管方案，主要特點(diǎn)在于使用一套雙計(jì)數(shù)器完成系統(tǒng)的控制功能，其中二進(jìn)制計(jì)數(shù)器的輸出經(jīng)過(guò)D／A變換后去控制誤差放大的基準(zhǔn)電壓，以控制輸出步進(jìn)。十進(jìn)制計(jì)數(shù)器通過(guò)譯碼后驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示輸出電壓值，為了使系統(tǒng)工作正常，必須保證雙計(jì)數(shù)器同步工作。
方案3：此方案不同于方案1之處在于使用一套十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，一方面完成電壓的譯碼顯示，另一方面其輸出作為EPROM的地址輸入，而由EPROM的輸出經(jīng)D／A變換后控制誤差放大同步的問(wèn)題，但由于控制數(shù)據(jù)燒錄在EPROM中，使系統(tǒng)設(shè)計(jì)靈活性降低。
方案4：此方案采用51系列單片機(jī)作為整機(jī)的控制單元，通過(guò)改變輸入數(shù)字量來(lái)改變輸出電壓值，從而使開(kāi)關(guān)控制電源輸出電壓發(fā)生變化，間接地改變輸出電壓的大小。為了能夠使系統(tǒng)具備檢測(cè)實(shí)際輸出電壓值的大小，經(jīng)過(guò)ADC0809進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，間接用單片機(jī)實(shí)時(shí)對(duì)電壓進(jìn)行采樣，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。利用單片機(jī)程控輸出數(shù)字信號(hào)，經(jīng)過(guò)D／A轉(zhuǎn)換器(DA0830)輸出模擬量，再經(jīng)開(kāi)關(guān)電源控制電路，使得輸出電壓達(dá)到穩(wěn)壓的目的。單片機(jī)系統(tǒng)還兼顧對(duì)恒壓源進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，輸出電壓經(jīng)過(guò)電流／電壓轉(zhuǎn)變后，通過(guò)A／D轉(zhuǎn)換芯片，實(shí)時(shí)把模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)量，經(jīng)單片機(jī)分析處理，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)形式的反饋環(huán)節(jié)，使電壓更加穩(wěn)定，構(gòu)成穩(wěn)定的壓控電壓源。而且采用PWM控制的開(kāi)關(guān)電源，該電源具有高集成度、高性價(jià)比、最簡(jiǎn)外圍電路、最佳性能指標(biāo)、能構(gòu)成高效率無(wú)工頻變壓器的隔離式開(kāi)關(guān)電源等優(yōu)點(diǎn)。而且在成本上與同等功率的線性穩(wěn)壓電源相當(dāng)，而電源效率顯著提高，體積和重量則大為減小。
2 方案的比較與論證
(1)輸出模塊
方案1采用線性調(diào)壓電源，以改變其基準(zhǔn)電壓的方式使輸出不僅增加／減少，這樣不能不考慮整流濾波后的紋波對(duì)輸出地影響，此輸出只能是用萬(wàn)用表量出。而方案2、方案3中使用運(yùn)算放大器做前級(jí)的運(yùn)算放大器，由于運(yùn)算放大器具有很大的電源電壓抑制比，可以減少輸出端的紋波電壓。在方案1中，為抑制紋波而在線性調(diào)壓電源輸出端并聯(lián)的大電容降低了系統(tǒng)的響應(yīng)速度，這樣輸出的電壓難以跟蹤快變的輸入，方案4中的輸出電壓波形與D／A變換輸出波形相同，不僅可以輸出直流電平，而且只要預(yù)先生成波形的量化數(shù)據(jù)，就可以產(chǎn)生多種波形輸出，使系統(tǒng)有一定驅(qū)動(dòng)能力的信號(hào)源。
(2)數(shù)控模塊
方案1利用純硬件來(lái)控制電壓的輸出，其中最基本的電路原理分析，需要計(jì)算負(fù)載的大小，穩(wěn)壓管的選擇有關(guān)，方案2、方案3中采用中、小規(guī)模器件實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的數(shù)控部分，使用的芯片很多，造成電路內(nèi)部接口信號(hào)繁瑣，中間相互關(guān)聯(lián)多，抗干擾能力差，如方案1中的雙計(jì)數(shù)器一旦出現(xiàn)計(jì)數(shù)不同步時(shí)，會(huì)導(dǎo)致顯示電壓與輸出電壓不一致。在方案4中采用AT89C51單片機(jī)完成整個(gè)數(shù)控部分的功能，同時(shí)，AT89C51作為一個(gè)智能化的可編程器件，便于系統(tǒng)功能的擴(kuò)展。
(3)控制模塊
在該系統(tǒng)中，采用具有D／A轉(zhuǎn)換功能的PWM調(diào)節(jié)電路、斬波電路、闊流器和可調(diào)穩(wěn)壓管(LM317)去控制輸出參考電壓，在利用A／D轉(zhuǎn)換采樣，使輸出更準(zhǔn)確，且紋波小，電流亦可擴(kuò)展，容易保護(hù)電路。
(4)顯示模塊
方案2、方案3中的顯示輸出地對(duì)電壓的量化值直接進(jìn)行譯碼顯示輸出，顯示值為D／A變換的輸入量，由于D／A變換與功率驅(qū)動(dòng)電路引入的誤差，顯示值與電源實(shí)際輸出值之間可能出現(xiàn)較大偏差。方案4中采用A／D轉(zhuǎn)換電路，通過(guò)對(duì)輸出電壓的采樣，經(jīng)過(guò)單片機(jī)的分析處理，通過(guò)數(shù)據(jù)的反饋環(huán)節(jié)，使電壓更加穩(wěn)定，這樣使得顯示值與實(shí)際輸出之間的偏差減為最小。方案4采用4位數(shù)字電壓表直接對(duì)輸出電壓采樣并顯示輸出實(shí)際電壓值，一旦系統(tǒng)工作異常，出現(xiàn)預(yù)制值與輸出值偏差過(guò)大，用戶可以根據(jù)該信息予以處理，還采用了鍵盤／顯示器的查詢時(shí)間，提高了CPU的利用率。
3 結(jié)束語(yǔ)
如前所述，雖然方案3比前兩者有許多優(yōu)點(diǎn)，但方案1、方案2對(duì)于完成設(shè)計(jì)要求并非不可行，而且在某些方面還具有優(yōu)勢(shì)，之所以采用方案4，一個(gè)很重要的考慮是系統(tǒng)使用了單片機(jī)，使得進(jìn)一步的功能擴(kuò)展較為方便。