简易变流器的设计

以降压-升压型（Buck-Boost）变换器为主电路，通过单片（89C51）扩展A/D转换器，不断检测输出电压，并根据电源输出（反馈电压）与预设电压差值，修改脉冲占空比,并输出控制功率开关管,以便得到期望的输出电压值,并根据差值调用 PID 算法再次修改脉宽使输出电压稳定.

输入 开关 Boost—Buck电路 取样电路 输出 单片机89C57 A/D

二、主要原理：

（1） 主电路的结构及其工作原理：

降压-升压型（Buck-boost）变换型电路主要由开关管，二极管，电感和电容组成（如图2.1）。其输出电压的极性与输入电压相

反。在Ton期间开关管T导通，能量从输入电源流入并储存在电感Lf中，此时二极管口截止，由滤波电容Cf向负载提供电流；在Toff期间，开关管T截止，由于电感中的电流不能突变 ，故电感电流流经负载并向电容充电，二极管D导通。可见，在Buck-Boost变换器中，能量首先储存在电感中，然后，由电感向负载释放能量。由电感的充放电过程可以推导出输入/输出关系为：

Vo=（Ton/Toff）Vi=（D/1-D）Vi

由式中可知，改变占空比D，就能改变输出电压，并能等到低于或高于输入电压的输出电压。

当D=0.5时，Vo=Vi；

当D<0.5时，Vo0.5时，Vo>Vi 为升压型; (2)开关的设计：

开关管采用达林顿管,由于它采用两个三极管进行级联,其放大倍数是 两个管子放大倍数的乘积,因而具有很高的放大倍数,通过级联,可获取大的电 流输出,对于提高电源的输出功率,有一定的作用.(如图2..2)

(3)反馈电路的设计：

反馈电路使用 ADC0832 采样输出电压,该器件只能转换 0 到 5 伏的电压,超 过了会烧毁芯片,当要采集大的电压时,可以通过电阻分压再采样,在程序中再 乘以一个分压系数,以代表输出电压值.在这里按要求电压调节范围在8~18计算。占空比应该在0.4~0.6之间。也就是说，考虑到输出电压最高可能突变为27V。由此计算出采样电阻R1和R2比值再进行取值。考虑到对输出电流和功率的影响所以采样 电阻应该远远大于负载电阻。大致图如2-3

图

R1 RL L R2 （4）单片机的选用：

单片机采用89C51型单片机，主要是根据电源输出（反馈电压）与预设电压差值，修改脉冲占空比,并输出控制功率开关管,以便得到期望的输出电压值。由于设计任务要求输出电压为12V，所以为减少

成本，没有扩展键盘输入功能，只是在编写时直接设置预设电压值为12V即可。

（5）保护电路的设计：

在实际应用中常常会出现因为一时疏忽或误操作而导致的烧 坏芯片情况,因此设计一个优秀的产品,应该具有良好的保护功能,过压保护是 一个很好的选择,在这次设计中,考虑到成本问题,采用过电流保护.

其原工作理为:在电源输出端,设置负载电流检测电阻 R0,通过 R0 将负载 电流 Io 变成过流检测电压 Vo = Ro* Io ,三极管作为过流控制管,当开关电源负 载电流 Io Ro 0.7v 时,过流控制三极管导通,电源输出电压由过流控制管集电 极输出, 触发晶闸管导通, 将开关电源负载短路, 实现保护. 该电路有自锁功能, 一旦负载电流增大的持续时间超过 C1 的充电时间,电路触发后,即使负载电流 恢复正常,也不能解除保护状态,必须关断电源,排除过流因素,晶闸管才能复 位.电路中 Ro 阻值的选择根据负载电流保护阈值而定,一般 Ro 取电阻值极小, 在开关电源正常负载电流时其压降不足 0.3v.R1 和 C1 构成保护启动延时电路, 以免开机瞬间负载电流冲击造成误动作.下图中,电感和输出端电容之间的部分 是保护电路.

图

三、总结：

本文设计利用单片机实现对开关电源的控制,实现稳压的制作.

通过程序预置电压, 控制单片机进行脉宽调制, 使输出电压在规定的稳压要求内. 本设计为了节省成本没有进行单片机的扩张功能，比如数码显示，键盘预设电压功能等。如果扩张键盘预设功能还可以控制输出电压在大范围进行调节，大大增加了其可调节性。而且单片机还可以扩展许多的功能，做到更加合理使用的用处。

完稿时间：2011-4-21

团队成员：倪超 张浩 欧超恒