3.3 数字调压控制电路
该模块包括计数控制电路和数模转换电路。电源整体输出电压为5至40V,步长值设计为0.2V,总计数次数为175次,故须采用八位二进制计数器。从0开始计数,计数到175,即二进制数的10101111,输出信号送数模转换器,并进行功率放大。因为ΔD与ΔIC成反比,即占空比的变化与IC的变化成反比。当IC变大时,占空比减小,输出电压降低,反之,当IC变小时,输出电压增大,所以在计数器的UP引脚接步减控制按钮,而DOWN引脚接步加按钮,计数器清零时输出电压最大,预置为最高时输出电压最小。
3.3.1计数控制电路
控制按钮为四键,分别用于步加、步减、清零和预置为最大值。可逆计数器采用两只74LS193级联形成八位二进制计数器。74LS193是一种双时钟4位二进制同步可逆计数器,具有预置、清零、加和减计数功能[8]。两片74LS193采用级联方式,第一片的CLR通过电压置高开关接数字电源。LD接地,即预置功能在输出为最低时有效,预置数据均接高电平。UP、DOWN上拉为高电平,分别通过电压步减、步加开关按钮接振荡脉冲信号源。第一片的CO为0时,加计数进位,BO为0时,减计数借位。第二片的计数控制由LD执行控制功能,即CO、BO分别取反后一起接LD,其它接法与第一片相同,组成一个八位二进制可逆计数器。当计数到175时,加无效,当计数为0时,减无效。即当输出为10110000时,计数器清零。当输出为00000000时,执行减操作则计数器预置为最大值[9]。
3.3.2 数模转换电路
数字调压控制电路输出送至数模转换器,这里因为没有要求其它附加功能,故采用一只ADC6080作为数模转换[10],其转换信号提供给功率放大电路[11]。
3.4比较器及PWM控制电路
TOPSwitch-FX系列芯片集成了保护电路、PWM控制器及MOSFET管,这里可直接采用TO-220-7B型封装的TOP234Y型FX芯片。其中接数控信号与接反馈信号进行比较放大后接控制端C,M端通过大电阻接电输入正极[12].
3.5输出稳压电路
输出分为两路,第一路经整流、滤波作开关电源输出;第二路为数字IC提供电源。在整个控制电路中,所有的数字芯片都需要恒压电源,但是在输出电压调节过程中,第二路输出也会随着占空比的变化而变化,所以要在该路输出加上恒压电路。为了设计简便,这里用集成三端稳压器。只要把正输入电压加到UA7805的输入端,UA7805的公共端接地,其输出端便能输出芯片标称正电压。在输入端和输出端与地之间要接大滤波电容,在芯片引脚根部还要接小容量电容(0.1~10uF)到地[13]。
4 结论
设计了一种基于PWM控制器和MOSFET集成芯片TOPSwitch-FX TOP234Y的数控开关电源,对一些关键技术进行了详细的介绍和分析。如果要求更高精度的可调电源时可以增加计数器和数模转换的位数,但同时要考虑芯片的沉载能力。若要更高的输出功率,可以更换TOPSwitch-FX芯片。此外,文中对开关电源的一些重要参数如空载功耗等的研究没有涉及,有待进一步研究。
本文作者创新点:设计一种基于PWM控制器和MOSFET集成芯片TOPSwitch-FX TOP234Y的电压可调数字控制开关电源,实现对5~40V范围内电压的步加、步减调节,步进精度为0.2V,并且通过双向反馈电路提高电压稳定性。