于ATmega128 單片機的自動投切開關電源設計

電源技術的發展方向之一是并聯運行分布電源系統，以便通過N+1冗余獲得故障容錯及冗余功率，并且建立模塊式分布電源系統，以增大總負載電流。采用雙端驅動集成芯片TL494輸出pWM脈沖控制主開關的導通來控制電壓輸出，以ATmega128單片機為核心，實現大電流時自動由單電源供電投切到雙電源并聯均流供電，加強了開關電源的帶負載能力和提高電源的供電效率。

模塊化是開關電源發展的總體趨勢，可以采用模塊化電源組成分布式電源系統，可以設計成N+1冗余電源系統，并實現并聯方式的容量擴展，使整個電源體積重量下降，模塊中半導體器件的電流應力小，提高了系統的可靠性。本研究的開關電源在帶小負載時為單電源供電，帶大負載時(電流超過1.7A)自動投切為雙電源并聯供電，采用外特性下垂辦法實現各電源均流，加強了開關電源的帶負載能力和提高電源的供電效率。

1系統設計

1.1DC-DC變換器電路拓撲結構

本設計選擇了升壓斬波電路，其電路原理圖如圖1所示。選擇升壓軌波電路作為DC-DC變換的主拓撲結構。

圖1升壓斬波電路原理

1.2系統性能指標

本設計采用雙端驅動集成芯片TL494輸出pWM脈沖控制主開關的導通來控制電壓輸出，以ATmega128單片機為核心，實現大電流時自動由單電源供電投切到雙電源并聯均流供電，加強了開關電源的帶負載能力和提高電源的供電效率。系統硬件緊要由單片機最小系統，pWM控制芯片TL494,開關電源升壓主電路，電流測試回路，D/A轉換電路組成。系統輸出直流電壓18~45V可調，可通過鍵盤設定調整，最大輸出電流達到4A,能對輸出電壓和輸出電流進行測量和顯示，具有調節速度快、電壓調整率低、負載調整率低、效率高，輸出紋波小等優勢。

1.3系統實現結構框圖

綜合辦法比較，最終選擇以ATmega128為主控芯片，經D/A轉換后供應參考電壓，與輸出反饋電壓進行比較，使TL494出現相應pWM方波，采用圖騰柱驅動對Boost升壓電路進行控制，實現輸出電壓可調。利用INA169進行電流采樣、光耦和IRF9540組成自動投切電路。系統設計總框圖如圖2.

圖2系統設計結構框圖

2理論分解與計算

2.1儲能元件電感的選擇

計算出正確的電感值對選用適宜的電感和輸出電容以獲得最小的輸出電壓紋波而言非常緊要。本設計采用的電感是鐵硅鋁雙線繞電感，它的磁芯損耗遠低于鐵粉芯及高磁通，具有低磁致伸縮(低噪音)的特點，是低成本的儲能材料，在高溫下性能穩定。

2.2開關管的選擇

本課題設計系統選用MOSFET的型號是IRF540,使用溝渠工藝封裝的N通道加強型場效應功率晶體管，常用于DC到DC轉換器、開關電源、電視及電腦顯示器電源等范疇中，具有低導通內阻、快速開關、低熱敏電阻等顯著優勢，其漏源電壓V_DSS最大可達100V,導通電流I_D最大可達23A,其導通電阻R_DS(on)

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