楊書(shū)卉 武漢東湖學(xué)院 湖北省武漢市 430200 馮文仙 國(guó)防科技大學(xué)信息通信學(xué)院
設(shè)計(jì)方案分析
本系統(tǒng)選用的控制芯片為STC12單片機(jī),無(wú)論是STC12單片機(jī)的價(jià)格,還是芯片含有的控制指令、開(kāi)發(fā)環(huán)境以及外部電路都非常符合推挽電路開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì).此外,該芯片可以實(shí)現(xiàn)8路10位的AD采集,用于模擬電壓的采集更加精準(zhǔn)可靠.
由于輸出電壓為24V,所以在選擇的驅(qū)動(dòng)芯片的工作電壓必須在30V以上,SG3525 芯片工作范圍在8-35V,滿足設(shè)計(jì)要求,并且這款芯片具有優(yōu)良的驅(qū)動(dòng)能力,不僅能夠?yàn)轵?qū)動(dòng)電路提供較為穩(wěn)定的基準(zhǔn)源,還可以靈活的設(shè)置死區(qū)時(shí)間,這樣降低了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的難度系數(shù).
功率開(kāi)關(guān)管的設(shè)計(jì)需要先計(jì)算最大電流I(max),根據(jù)設(shè)計(jì)要求可知輸出電壓為24V,開(kāi)關(guān)電源需要的效率n為0.9,輸出電流為4A,輸入電壓為10V-16V之間,可得:
由于推挽變壓器存在漏感,還要設(shè)計(jì)裕量,所以選擇的開(kāi)關(guān)管耐壓值應(yīng)該為最大輸出電壓的3倍左右,額定電流也要是最大電流的2倍以上,所以選用了現(xiàn)價(jià)比較高的RU190N08作為本設(shè)計(jì)的功率開(kāi)關(guān)管.
整流二極管的設(shè)計(jì)要綜合考慮導(dǎo)通時(shí)間、導(dǎo)通電壓以及恢復(fù)時(shí)間,并輸出電壓在可承受的導(dǎo)通電壓范圍內(nèi),可得:
式中Urd為方向電壓,n為變壓器的變比系數(shù),輸出電壓為24V,輸入電壓為12V,所以n為 2,算的方向電壓為32V,綜合考慮選用了HER503作為該設(shè)計(jì)的整流二極管,HER503方向擊穿電壓為100V,回復(fù)時(shí)間為50nS,滿足設(shè)計(jì)要求.
濾波器的設(shè)計(jì)需要計(jì)算濾波電容的容值,濾波電容的選擇會(huì)影響到輸出電壓的穩(wěn)定性,濾波電容Po可由公式:
PO=Cf(U2p-U2v)*n≈924uF
故選用35V,1000uF的鋁電解電容.
硬件電路設(shè)計(jì)
主控制電路如圖1所示,控制芯片為STC12單片機(jī),僅顯示主控制電路的部分原理圖.
圖1 主控制電路
功率變換電路如圖2所示,可知推挽電路設(shè)計(jì)中共有兩個(gè)RU190N08,這樣一個(gè)功率開(kāi)關(guān)管處于導(dǎo)通狀態(tài),另一個(gè)則處于截止?fàn)顟B(tài),負(fù)責(zé)正負(fù)半周期的波形放大,此外整流部分也采用參數(shù)一樣相互對(duì)稱(chēng)的整流二極管,還能起到續(xù)流的作用.推挽變壓器的輸出電壓為:UO=2Dmax*Ui*Ns/Np
圖2 DC-DC推挽功率變換電路
本設(shè)計(jì)的電壓檢測(cè)電路如圖3所示,其中R27與R28起到分壓的作用,再經(jīng)濾波電容C38到運(yùn)放電路中,輸出電壓再和LM324比較器作比較,將結(jié)果輸?shù)絾纹瑱C(jī)中,即可起到檢測(cè)電壓的作用.
圖3 電壓檢測(cè)電路
軟件程序分析
本設(shè)計(jì)主程序流程圖如圖4所示,其中包括了液晶顯示模塊、AD采樣模塊、報(bào)警模塊等.
圖4 主程序流程圖