專利名稱：一種數字化調寬脈沖開關電源裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及電子設備制造領域，更具體的說，本實用新型是關于一種大功率 的數字化調寬脈沖開關電源裝置。
背景技術：
通常，開關電源都需要一個脈沖調節(jié)裝置，目前一般有三種方法產生這種可調節(jié) 的脈沖，但都有一定的局限性。采用專用集成電路產生，需要一定數量的外圍器件，當要組成多功能開關電源時， 電路復雜，穩(wěn)定性、可靠性不高。采用自激震蕩電路產生，用在輸出不需要調節(jié)或要求不高的場合，外圍元件多，調 試復雜。用數字信號處理器DSP產生，可以組成高性能、多功能開關電源。但要產生高頻和 高精度的PWM調寬脈沖就需要高速的DSP，而高速的DSP往往比較昂貴，功耗體積都比較大， 同時產生PWM調寬脈沖的過程，需占用大量的DSP處理時間。對于產生單路PWM脈沖，用 DSP實現起來非常簡單，也不需要占用DSP處理時間，但對于半橋、全橋之類拓撲結構的主 電路，往往需要換向，實現起來比較困難。用DSP產生PWM調寬脈沖，通常的做法是這樣的 在定時器模塊(或類似部件)中，有一個周期寄存器，用來設置脈沖的頻率，有一定數量的比 較寄存器，用來設置脈寬，當計數器計數到與周期寄存器的值相等時產生溢出，此時會產生 溢出中斷，同時會產生比較寄存器重裝載的動作，在正半周溢出中斷程序中，將控制正向導 通的比較寄存器寫入0 (也可能是周期寄存器的值，要視輸出驅動是低電平有效，還是高電 平有效，同時還與比較寄存器的工作模式有關)，使其在下一個周期(即負半周)處于輸出無 效電平狀態(tài)，在負半周溢出中斷程序中，又要寫回PWM脈沖數據?？刂曝摪胫軐ǖ谋容^寄 存器，工作過程則正好與上述相反。上述換向過程中，在硬件上要求比較寄存器具備雙緩沖 結構，具有自動重裝功能，在比較寄存器工作時，也可以對其進行寫操作，而不影響其工作， 同時對比較寄存器的數據要提前半個周期寫入(如要求負半周輸出的脈沖，在正半周溢出 中斷服務程序中就應寫入)，在定時器溢出時，立即重裝載，實現換向。由于高頻開關電源的 開關頻率非常高，DSP要在每個溢出中斷周期，用軟件實施脈寬的調節(jié)和換向，任務非常繁 重，占用了大量的DSP處理時間，雖然DSP有足夠的計算能力，但作為數字化的高頻開關電 源，還有大量的PID運算，A/D轉換，通訊，人機接口等事務要處理，這會影響這些事務的響 應速度。中國專利局于2010年3月31日公告了一份CN201435688Y號文獻，名稱為數字化 調寬脈沖開關電源裝置，該裝置包括由互感器和功率模塊橋式電路構成的全橋開關電源主 電路，構成全橋開關電源控制電路的單片機自帶捕獲/比較單元，單片機的脈沖輸出腳、 控制腳經或非門、反相器與驅動電路的輸入端相連，驅動電路的輸出端接功率模塊橋式電 路。四個驅動電路有各自的保護電路，保護電路的輸出端既接或非門又接單片機的中斷引 腳。單片機的脈沖輸出腳、控制腳還與自動復位電路相連，自動復位電路又接單片機的復位腳。該裝置的調寬脈沖不需要添加任何元器件，無需調試，不占用單片機運算時間。該 裝置的缺點是所適用的單片機類型比較單一，通用性不高。
發(fā)明內容本實用新型解決了現有技術中存在的適用的單片機比較單一，通用性不高的缺 點，提供了一種數字化調寬脈沖開關電源裝置，可以采用各種類型的單片機，通用性大為提高。本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是本實用新型包括主電路、驅動 電路、控制電路，控制電路與驅動電路的輸入端相連，驅動電路的輸出端與主電路相連，控 制電路包括通用型單片機電路。單片機可使用STM8S207，對STM8S208，STM32全系列也 有效，對其它8位，16位，32位單片機都可使用，由于單片機的通用性好，使生產成本降低， 便于使用更換。作為優(yōu)選，通用型單片機電路包括單片機U16、或非門U14A、或非門U14B、或非門 U14C、或門U13A、或門U13B、反相驅動器U15A、反相驅動器U15B、反相驅動器U15C ；單片機 U16的三路脈沖輸出腳TIM1_CH1、TIM1_CH2、TIM1_CH3分別與或非門U14B第一輸入腳、 或門U13A的第一、第二輸入腳相連、同時單片機U16的三路脈沖輸出腳TIM1_CH1、TIM1_ CH2、！1M1_CH3與或非門U14C的第一、第二、第三輸入腳相連，單片機U16的control腳和 或門U13B的第一輸入腳相連，或非門U14B的輸出腳和反相驅動器U15C的輸入腳相連，反 相驅動器U15C的輸出腳與驅動電路相連，或門U13A的輸出腳與或非門U14A的第二輸入腳 相連接，或非門U14A的輸出腳和反相驅動器U15A的輸入腳相連，反相驅動器U15A的輸出 腳與驅動電路相連接；或非門U14C的輸出腳分別與反相驅動器U15B的輸入腳、或門U13B 的第二輸入腳相連，或門U13B的輸出腳分別與或非門U14A的第三輸入腳和或非門U14B的 第二輸入腳相連，反相驅動器U15B的輸出腳與單片機U16復位輸入腳相連。單片機U16內 預先存儲根據需要編制的工作程序，單片機U16自帶定時器模塊，使用單片機U16的定時 器1產生PWM脈沖，過程如下單片機U16的定時器1工作在邊沿對齊的向上計數模式，具 備自動重裝功能的周期寄存器TIM1_ARR，其值決定脈沖的周期，具備自動重裝功能的比較 寄存器TIM1_CCR1，TIM1_CCR2, TIM1_CCR3他們的值決定各自輸出脈沖的寬度，比較寄存器 TIM1_CCR1, TIM1_CCR2工作在PWM2模式，即當計數值< 比較寄存器值時，其輸出為低電平， 否則，輸出高電平，比較寄存器TIM1_CCR3工作在PWMl模式，即當計數值< 比較寄存器值 時，輸出高電平，否則為低電平；周期寄存器TIM1_ARR=MAX，比較寄存器TIM1_CCR1決定 正半周PWM脈沖的寬度Tl，Tl范圍為0——(MAX/2減死區(qū))，比較寄存器TIM1_CCR2的 脈沖寬度為T2，T2范圍為0——(MAX減死區(qū))，T1，Τ2有一部分低電平重合區(qū)，為此增 加一個比較寄存器TIM1_CCR3，其值為MAX/2固定不變，其低電平脈沖的寬度為T3，將輸 出TIM1_CH2和TIM1_CH3相加，其低電平脈沖寬度為T2+T3，Tl驅動器正半周功率模塊工 作，T2+T3驅動負半周功率模塊工作。為了防止變壓器通過直流電而偏磁，引起變壓器飽和， 要求T1=T2+T3，即正負脈沖寬度嚴格相等，也即TIM1_CCR1=T1，TIM1_CCR2 = MAX/2+Tl ，工作時要產生調寬脈沖，將所需的脈沖寬度數據寫入TIM1_CCR1和TIM1_CCR2，要產生調 頻脈沖，將頻率數據寫入TIM1_ARR，要同時產生既調寬又調頻脈沖，將脈沖寬度數據寫入 TIM1_CCR1和TIM1_CCR2，將頻率數據寫入TIM1_ARR。單片機U16的control腳和或門U13B的第一輸入端相連，當control為低電平時，讓脈沖正常通過，當control為高電平時， 阻斷脈沖通過，單片機通過控制control，可靈活控制PWM脈沖的通斷。單片機U16的輸出 TIM1_CH1, TIM1_CH2, TIM1_CH3分別和或非門的U14C的第一、第二、第三輸入端相連，當單 片機U16發(fā)出錯誤的脈沖，使TIM1_CH1，TIM1_CH2, TIM1_CH3全為低電平時(這是一種嚴 重錯誤狀態(tài)，引起同一橋臂上的功率模塊同時導通)，或非門U14C輸出高電平，封鎖輸出脈 沖，將所有功率模塊置為關斷狀態(tài)，同時反相驅動器U15B輸出低電平，引起單片機復位，回 到正常的工作狀態(tài)。作為優(yōu)選，主電路包括功率模塊VT1、VT2、VT3、VT4構成的全橋電路。通過對全橋 電路功率模塊VT1、VT2、VT3、VT4的通斷控制，輸出調寬脈沖開關電源。作為優(yōu)選，驅動電路包括由驅動芯片U5及外圍電路組成的第一驅動電路、由驅動 芯片U6及外圍電路組成的第二驅動電路、由驅動芯片U7及外圍電路組成的第三驅動電路、 由驅動芯片U8及外圍電路組成的第四驅動電路，驅動芯片U5、U6、U7、U8的輸出端分別與 主電路的功率模塊VT1、VT2、VT3、VT4輸入端相連。作為優(yōu)選，驅動芯片冊、詘、價、邯是11 2110型驅動芯片。IR2110型驅動芯片具
有工作可靠的特點。本實用新型的有益效果是由于可使用的單片機類型更廣，通用性更好，使生產成 本降低，方便使用更換。

圖1是本實用新型數字化調寬脈沖開關電源裝置主電路的一種原理圖；圖2是本實用新型數字化調寬脈沖開關電源裝置第一驅動電路的一種原理圖；圖3是本實用新型數字化調寬脈沖開關電源裝置第二驅動電路的一種原理圖；圖4是本實用新型數字化調寬脈沖開關電源裝置第三驅動電路的一種原理圖；圖5是本實用新型數字化調寬脈沖開關電源裝置第四驅動電路的一種原理圖；圖6是本實用新型數字化調寬脈沖開關電源裝置控制電路的一種原理圖。
具體實施方式
下面通過具體實施例，并結合附圖對本實用新型的技術方案作進一步具體的說 明。實施例本實施例的一種數字化調寬脈沖開關電源裝置，參見圖1，主電路包括功率模塊 VT1、VT2、VT3、VT4構成的全橋電路；參見圖2，驅動電路包括由驅動芯片U5及外圍電路組 成的第一驅動電路；參見圖3，由驅動芯片U6及外圍電路組成的第二驅動電路；參見圖4， 由驅動芯片U7及外圍電路組成的第三驅動電路；參見圖5，由驅動芯片U8及外圍電路組成 的第四驅動電路，驅動芯片U5的輸出端與主電路功率模塊VTl的輸入端相連，驅動芯片U6 的輸出端與主電路功率模塊VT4的輸入端相連，驅動芯片U7的輸出端與主電路功率模塊 VT3的輸入端相連，驅動芯片U8的輸出端與主電路功率模塊VT2的輸入端相連；參見圖6， 控制電路包括單片機U16、或非門U14A、或非門U14B、或非門U14C、或門U13A、或門U13B、反 相驅動器U15A、反相驅動器U15B、反相驅動器U15C ；單片機U16的三路脈沖輸出腳ΤΙΜ1_CHl、！1M1_CH2、！1M1_CH3分別與或非門U14B第一輸入腳、或門U13A的第一、第二輸入腳 相連、同時與或非門U14C的第一、第二、第三輸入腳相連，單片機U16的control腳和或門 U13B的第一輸入腳相連，或非門U14B的輸出腳和反相驅動器U15C的輸入腳相連，反相驅 動器U15C輸出腳與第三、第四的驅動電路U7，U8輸入腳相連，或門U13A輸出腳與或非門 U14A的第二輸入腳相連接，或非門U14A輸出腳和反相驅動器U15A輸入腳相連，反相驅動器 U15A的輸出腳與第一、第二驅動電路TO，TO輸入腳相連；或非門U14C輸出分別與反相驅 動器U15B輸入腳，或門U13B第二輸入腳相連，或門U13B的輸出腳分別與或非門U14A第三 輸入腳和或非門U14B第二輸入腳相連，反相驅動器U15B輸出腳與單片機U16復位輸入腳 1腳相連。單片機U16采用STM8S207型單片機，驅動芯片U5、U6、U7、U8采用TLP_250驅動芯片。單片機U16內預先存儲根據需要編制的工作程序，單片機U16自帶定時器模塊， 使用單片機U16的定時器1產生PWM脈沖，單片機U16的定時器1工作在邊沿對齊的向上 計數模式，具備自動重裝功能的周期寄存器TIM1_ARR，其值決定脈沖的周期，具備自動重 裝功能的比較寄存器TIM1_CCR1，TIM1_CCR2, TIM1_CCR3他們的值決定各自輸出脈沖的寬 度，比較寄存器TIM1_CCR1，TIM1_CCR2工作在PWM2模式，即當計數值< 比較寄存器值時， 其輸出為低電平，否則，輸出高電平，比較寄存器TIM1_CCR3工作在PWMl模式，即當計數值 〈比較寄存器值時，輸出高電平，否則為低電平；周期寄存器TIM1_ARR=MAX，比較寄存器 TIM1_CCR1決定正半周PWM脈沖的寬度Tl，Tl范圍為0——(MAX/2減死區(qū))，比較寄存 器TIM1_CCR2的脈沖寬度為T2，T2范圍為0——(MAX減死區(qū))，T1，Τ2有一部分低電平 重合區(qū)，為此增加一個比較寄存器TIM1_CCR3，其值為MAX/2固定不變，其低電平脈沖的 寬度為T3，將輸出TIM1_CH2和TIM1_CH3相加，其低電平脈沖寬度為T2+T3，(本實施實例， 當脈沖為低電平時，功率模塊導通，低電平為有效驅動電平)，Tl驅動器正半周功率模塊工 作，T2+T3驅動負半周功率模塊工作。為了防止變壓器通過直流電而偏磁，引起變壓器飽和， 要求T1=T2+T3，即正負脈沖寬度嚴格相等，也即TIM1_CCR1=T1，TIM1_CCR2 = MAX/2+T1，工 作時要產生調寬脈沖，將所需的脈沖寬度數據寫入TIM1_CCR1和TIM1_CCR2，要產生調頻脈 沖，將頻率數據寫入TIM1_ARR，要同時產生既調寬又調頻脈沖，將脈沖寬度數據寫入TIM1_ CCRl和TIM1_CCR2，將頻率數據寫入TIM1_ARR。本實施例頻率固定，只要求產生調寬脈沖。 死區(qū)時間設置能夠任意設置死區(qū)時間，與要求不同死區(qū)時間的功率模板配合。單片機U16 的control腳和或門U13B的第一輸入端相連，當control為低電平時，讓脈沖正常通過， 當control為高電平時，阻斷脈沖通過，單片機通過控制control，可靈活控制PWM脈沖的 通斷。單片機U16的輸出TIM1_CH1, TIM1_CH2, TIM1_CH3分別和或非門的U14C的第一、第 二、第三輸入端相連，當單片機U16發(fā)出錯誤的脈沖，使TIM1_CH1，TIM1_CH2, TIM1_CH3全 為低電平時(這是一種嚴重錯誤狀態(tài)，引起同一橋臂上的功率模塊同時導通)，或非門U14C 輸出高電平，封鎖輸出脈沖，將所有功率模塊置為關斷狀態(tài)，同時反相驅動器U15B輸出低 電平，引起單片機復位，回到正常的工作狀態(tài)。輸出電壓經R16，VRl，R29，R30，R31， C54，C49，C55組成的分壓、濾波電路后，接入單片機U16的PB7端子(14腳)，實施對輸出 電壓的控制。輸出電流經R14取樣，U18A放大，經VR2接入單片機U16的PB6端子(15腳)， 實施對輸出電流的控制。[0025] 以上的實施例只是本實用新型的最佳方案之一，并非對本實用新型作任何形式上 的限制，在不超出權利要求所記載的技術方案的前提下還有其它的變體及改型。
權利要求1.一種數字化調寬脈沖開關電源裝置，包括主電路、驅動電路、控制電路，控制電路與 驅動電路的輸入端相連，驅動電路的輸出端與主電路相連，其特征在于所述控制電路包括 通用型單片機電路。
2.根據權利要求1所述的一種數字化調寬脈沖開關電源裝置，其特征在于所述通 用型單片機電路包括單片機U16、或非門U14A、或非門U14B、或非門U14C、或門U13A、或門 U13B、反相驅動器U15A、反相驅動器U15B、反相驅動器U15C ；單片機U16的三路脈沖輸出腳 TIM1_CH1、TIM1_CH2、TIM1_CH3分別與或非門U14B第一輸入腳、或門U13A的第一、第二 輸入腳相連，同時單片機U16的三路脈沖輸出腳TIM1_CH1、！1M1_CH2、！1M1_CH3分別與或 非門U14C的第一、第二、第三輸入腳相連，單片機U16的control腳和或門U13B的第一輸 入腳相連，或非門U14B的輸出腳和反相驅動器U15C的輸入腳相連，反相驅動器U15C的輸 出腳與驅動電路相連，或門U13A輸出腳與或非門U14A的第二輸入腳相連接，或非門U14A 輸出腳和反相驅動器U15A輸入腳相連，反相驅動器U15A的輸出腳與驅動電路相連接；或非 門U14C的輸出腳分別與反相驅動器U15B的輸入腳，或門U13B第二輸入腳相連，或門U13B 的輸出腳分別與或非門U14A的第三輸入腳和或非門U14B的第二輸入腳相連，反相驅動器 U15B的輸出腳與單片機U16復位輸入腳相連。
3.根據權利要求1或2所述的一種數字化調寬脈沖開關電源裝置，其特征在于所述 主電路包括功率模塊VT1、VT2、VT3、VT4構成的全橋電路。
4.根據權利要求1或2所述的一種數字化調寬脈沖開關電源裝置，其特征在于所述 驅動電路包括由驅動芯片U5及外圍電路組成的第一驅動電路、由驅動芯片U6及外圍電路 組成的第二驅動電路、由驅動芯片U7及外圍電路組成的第三驅動電路、由驅動芯片U8及 外圍電路組成的第四驅動電路，驅動芯片U5、TO、U7、U8的輸出端分別與主電路的功率模塊 VT1、VT2、VT3、VT4的輸入端相連。
5.根據權利要求4所述的一種數字化調寬脈沖開關電源裝置，其特征在于所述驅動 芯片U5、U6、U7、U8是IR2110型驅動芯片。
專利摘要本實用新型涉及一種數字化調寬脈沖開關電源裝置，目的是克服現有技術中存在的適用的單片機比較單一，通用性不高的缺點，包括主電路、驅動電路、控制電路，控制電路與驅動電路的輸入端相連，驅動電路的輸出端與主電路相連，控制電路包括通用型單片機電路。由于可使用的單片機類型更廣，通用性更好，使生產成本降低，方便使用更換。
文檔編號H02M7/219GK201789429SQ201020161000
公開日2011年4月6日 申請日期2010年4月16日 優(yōu)先權日2010年4月16日
發(fā)明者陳水木 申請人:東陽市海天電器廠