開關電源數模混合測控系統硬件電路設計與實驗

　　單片機與外圍電路設計

　　單片機部分外圍電路和電源狀態顯示電路分別如圖7和圖8所示。單片機部分引腳功能分配如下：AN0腳是限流信號檢測，AN1腳是輸出電壓檢測，AN2腳是輸出電流檢測，AN4腳是溫度檢測，其中AN0、AN1、AN2、AN4腳均為A/D轉換端口。CCP2腳(PWM端口)提供可調的限流調節器的限流參考值，CCP1腳(PWM端口)提供可調的電壓調節器的輸出電壓參考值，SCK、SDO、RB4腳用于電源狀態顯示，RB1腳(I/O口)為單片機數字控制。單片機通過SPI(同步串行通訊)向移位寄存器SN74HC164發送電源當前工作狀態數據，由移位寄存器把串行數據轉換為并行數據并輸出給顯示模塊。單片機RB4腳(I/O口)控制發光二極管的供電電壓，在剛開機還沒有采集工作狀態之前，保證所有二極管不工作。單片機SCK(時鐘)腳接在三個移位寄存器的脈沖輸入口(CLK)作為脈沖輸入。單片機SDO(SPI通訊數據輸出)腳接到移位寄存器的數據輸入口(A、B腳)，并把三個移位寄存器接到一起串聯使用。通過數碼管實時顯示輸出電流值，通過4個LED燈的亮滅表示電源當前的工作狀態，其中發光二極管D4(綠燈)燈亮表示電源正常工作，D3(紅燈)燈亮表示輸出過壓故障，D2(紅燈)燈亮表示輸出限流，D1(紅燈)燈亮表示過溫故障。

　　調壓電路設計

　　單片機CCP1腳為PWM波端口，可以通過調節PWM波的占空比產生不同的電壓。如圖9所示，PWM信號經過濾波電路由數字量轉變為模擬量輸入到由運放5構成的電壓跟隨器進行緩沖與隔離，該模擬電壓與參考電壓VDD疊加構成分壓電路，分壓信號輸入到由運放6構成的電壓跟隨器正向輸入端。輸出端經過濾波電路接到UCC3895芯片電壓調節器參考電壓端(EAP)。改變CCP1的PWM波占空比即可調整電壓調節器參考電壓，進而改變電源輸出電壓。圖中由R2、R3、R4構成的分壓電路可以設定PWM占空比為最低時電壓調節器參考電壓的最低值，保證電源電壓的最低輸出。可調電阻R2的作用是調節電壓調節器參考電壓的范圍，改變R2的值，在輸出占空比范圍不變的情況下，輸出參考電壓的范圍可以進行調整，進而改變電源輸出電壓的范圍。

　　實驗及結果

　　圖10是直流開關電源上電輸出電壓瞬態波形，上電輸出瞬態電壓的超調量為1.1%，調整時間為50ms，穩態誤差為0.5V。圖11是直流開關電源突加突減負載輸出電壓瞬態波形，突加突減負載輸出瞬態電壓的恢復時間為30ms，電壓動態降落為22%。圖12是突加過載限流波形，過流后限流環起作用，通過調節輸出電壓，使得電流很快限制在限流值上。

　　由實驗波形可知開關電源數模混合測控系統方案可行，調節器參數選取合理，系統的動靜態性能和抗擾性能良好。

　　結論

　　本文基于UCC3895芯片和PIC16F873單片機設計了直流開關電源數模混合測控系統。實驗結果表明，測控系統設計合理，參數選擇正確。

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