ATMEGA16實現開關電源制作

　　開關電源是利用現代電力電子技術，控制開關管開通和關斷的時間比率，維持穩定輸出電壓的一種電源。以ATMEGA16單片機為控制核心，設計并制作了具有輸出電壓步進可調的開關電源。其硬件由整流、濾波、單片機供電電源、DC-DC變換及LED顯示組成。經實驗測定，輸出電壓0~9.9V步進0.1 V可調，輸出電流1.5 A,當輸出電壓9V、輸出電流1.5 A時，電壓調整率小于0.67%,效率可達78.78%.

　　1 電源硬件電路設計與計算

　　1.1 系統總體設計

　　系統組成框圖如圖1所示。市電經整流濾波電路輸出直流，采用EMI共模濾波器抑制市電中的干擾;+5 V單片機供電電源由MC34063構成;系統輸出電壓經反饋電路送到單片機ATMEGA16的A/D口，單片機根據輸出電壓的變化，對DC-DC進行PWM控制，使輸出電壓趨于穩定;同時，系統的顯示及鍵盤控制也由單片機ATMEGA16實現。

　　圖1 系統組成框圖

　　1.2 整流濾波電路

　　整流、濾波電路主要是由整流變壓器(30 W,18 V)、EMI濾波器、RS207整流橋(2 A)和濾波電容2 000 μF組成。EMI濾波器主要作用是濾除開關噪聲和由輸入線引入的諧波。濾波器中磁心上的繞組采用同向繞制，因流經繞組的交流電流是反相的，所以兩股相反方向的電流在磁心內產生的交流磁通量相互抵消，從而達到抑制共模干擾的目的。

　　1.3 單片機供電電源

　　為提高電源的效率，利用芯片MC34063A外接簡單元件構成降壓電路，輸出5 V電壓為單片機ATMEGA16提供電源，電路如圖2所示。

　　圖2 單片機供電電源電路

　　其中R1為限流電阻、C1為定時電容、C2為輸出濾波電容、R2和R3為設定輸出電壓大小的電阻，計算公式如式(1)所示。Rst為限流電阻，當限流電阻的電壓達到330 mV時，電流限制電路開始工作。計算公式如式(2)所示，其中IMax_out為最大輸出電流。

　　由以上兩式可知，當輸出電壓5V時，Rst、R2和R3的取值分別為0.5 Ω、1.2 kΩ、3.6 kΩ。

　　1.4 鍵盤及顯示電路

　　輸入及顯示電路采用4個按鍵，和用功能切換完成對輸出電壓的設定及顯示切換。顯示部分采用共陽極數碼管動態顯示，如圖3所示。單片機ATMEGA16采用內部8 MHz晶振。

　　圖3 鍵盤及顯示電路

　　1.5 DC-DC電路

　　DC-DC電路如圖4所示。該模塊為SR-Buck變換器，開關管采用MOSFET管IRF540.IRF540的最大漏極電流ID為33 A,導通電阻RDS(on)為44 mΩ，漏源擊穿電壓VDSS為100V.MOSFET是電壓控制電流源，為了驅動MOSFET進入飽和區，需要在柵源極間加上足夠的電壓，以使漏極能流過預期的最大電流，因此采用三極管對IRF540進行驅動。主開關管Q6用NPN三極管Q5驅動，同步整流管Q9用PNP三極管Q10進行驅動。

　　圖4 DC-DC電路

　　濾波電路采用LC串聯電路，由1個220μH的電感和2個并聯的470 μF的ESR電容組成，0.1μF的陶瓷電容用于吸收輸出端的高頻分量。

1.6 輸出電壓采樣電路

　　將50 kΩ電位器(電壓采樣電阻)的兩端并在電源輸出端(V0端與地端)，中間引腳接到單片機的ADC0腳。實現A/D對輸出電壓的采樣，電路如圖5所示。