专利名称：一种数字化调宽脉冲开关电源装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电子设备制造领域，更具体的说，本实用新型是关于一种大功率 的数字化调宽脉冲开关电源装置。
背景技术：
通常，开关电源都需要一个脉冲调节装置，目前一般有三种方法产生这种可调节 的脉冲，但都有一定的局限性。采用专用集成电路产生，需要一定数量的外围器件，当要组成多功能开关电源时， 电路复杂，稳定性、可靠性不高。采用自激震荡电路产生，用在输出不需要调节或要求不高的场合，外围元件多，调 试复杂。用数字信号处理器DSP产生，可以组成高性能、多功能开关电源。但要产生高频和 高精度的PWM调宽脉冲就需要高速的DSP，而高速的DSP往往比较昂贵，功耗体积都比较大， 同时产生PWM调宽脉冲的过程，需占用大量的DSP处理时间。对于产生单路PWM脉冲，用 DSP实现起来非常简单，也不需要占用DSP处理时间，但对于半桥、全桥之类拓扑结构的主 电路，往往需要换向，实现起来比较困难。用DSP产生PWM调宽脉冲，通常的做法是这样的 在定时器模块(或类似部件)中，有一个周期寄存器，用来设置脉冲的频率，有一定数量的比 较寄存器，用来设置脉宽，当计数器计数到与周期寄存器的值相等时产生溢出，此时会产生 溢出中断，同时会产生比较寄存器重装载的动作，在正半周溢出中断程序中，将控制正向导 通的比较寄存器写入0 (也可能是周期寄存器的值，要视输出驱动是低电平有效，还是高电 平有效，同时还与比较寄存器的工作模式有关)，使其在下一个周期(即负半周)处于输出无 效电平状态，在负半周溢出中断程序中，又要写回PWM脉冲数据。控制负半周导通的比较寄 存器，工作过程则正好与上述相反。上述换向过程中，在硬件上要求比较寄存器具备双缓冲 结构，具有自动重装功能，在比较寄存器工作时，也可以对其进行写操作，而不影响其工作， 同时对比较寄存器的数据要提前半个周期写入(如要求负半周输出的脉冲，在正半周溢出 中断服务程序中就应写入)，在定时器溢出时，立即重装载，实现换向。由于高频开关电源的 开关频率非常高，DSP要在每个溢出中断周期，用软件实施脉宽的调节和换向，任务非常繁 重，占用了大量的DSP处理时间，虽然DSP有足够的计算能力，但作为数字化的高频开关电 源，还有大量的PID运算，A/D转换，通讯，人机接口等事务要处理，这会影响这些事务的响 应速度。中国专利局于2010年3月31日公告了一份CN201435688Y号文献，名称为数字化 调宽脉冲开关电源装置，该装置包括由互感器和功率模块桥式电路构成的全桥开关电源主 电路，构成全桥开关电源控制电路的单片机自带捕获/比较单元，单片机的脉冲输出脚、 控制脚经或非门、反相器与驱动电路的输入端相连，驱动电路的输出端接功率模块桥式电 路。四个驱动电路有各自的保护电路，保护电路的输出端既接或非门又接单片机的中断引 脚。单片机的脉冲输出脚、控制脚还与自动复位电路相连，自动复位电路又接单片机的复位脚。该装置的调宽脉冲不需要添加任何元器件，无需调试，不占用单片机运算时间。该 装置的缺点是所适用的单片机类型比较单一，通用性不高。
发明内容本实用新型解决了现有技术中存在的适用的单片机比较单一，通用性不高的缺 点，提供了一种数字化调宽脉冲开关电源装置，可以采用各种类型的单片机，通用性大为提高。本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是本实用新型包括主电路、驱动 电路、控制电路，控制电路与驱动电路的输入端相连，驱动电路的输出端与主电路相连，控 制电路包括通用型单片机电路。单片机可使用STM8S207，对STM8S208，STM32全系列也 有效，对其它8位，16位，32位单片机都可使用，由于单片机的通用性好，使生产成本降低， 便于使用更换。作为优选，通用型单片机电路包括单片机U16、或非门U14A、或非门U14B、或非门 U14C、或门U13A、或门U13B、反相驱动器U15A、反相驱动器U15B、反相驱动器U15C ；单片机 U16的三路脉冲输出脚TIM1_CH1、TIM1_CH2、TIM1_CH3分别与或非门U14B第一输入脚、 或门U13A的第一、第二输入脚相连、同时单片机U16的三路脉冲输出脚TIM1_CH1、TIM1_ CH2、！1M1_CH3与或非门U14C的第一、第二、第三输入脚相连，单片机U16的control脚和 或门U13B的第一输入脚相连，或非门U14B的输出脚和反相驱动器U15C的输入脚相连，反 相驱动器U15C的输出脚与驱动电路相连，或门U13A的输出脚与或非门U14A的第二输入脚 相连接，或非门U14A的输出脚和反相驱动器U15A的输入脚相连，反相驱动器U15A的输出 脚与驱动电路相连接；或非门U14C的输出脚分别与反相驱动器U15B的输入脚、或门U13B 的第二输入脚相连，或门U13B的输出脚分别与或非门U14A的第三输入脚和或非门U14B的 第二输入脚相连，反相驱动器U15B的输出脚与单片机U16复位输入脚相连。单片机U16内 预先存储根据需要编制的工作程序，单片机U16自带定时器模块，使用单片机U16的定时 器1产生PWM脉冲，过程如下单片机U16的定时器1工作在边沿对齐的向上计数模式，具 备自动重装功能的周期寄存器TIM1_ARR，其值决定脉冲的周期，具备自动重装功能的比较 寄存器TIM1_CCR1，TIM1_CCR2, TIM1_CCR3他们的值决定各自输出脉冲的宽度，比较寄存器 TIM1_CCR1, TIM1_CCR2工作在PWM2模式，即当计数值< 比较寄存器值时，其输出为低电平， 否则，输出高电平，比较寄存器TIM1_CCR3工作在PWMl模式，即当计数值< 比较寄存器值 时，输出高电平，否则为低电平；周期寄存器TIM1_ARR=MAX，比较寄存器TIM1_CCR1决定 正半周PWM脉冲的宽度Tl，Tl范围为0——(MAX/2减死区)，比较寄存器TIM1_CCR2的 脉冲宽度为T2，T2范围为0——(MAX减死区)，T1，Τ2有一部分低电平重合区，为此增 加一个比较寄存器TIM1_CCR3，其值为MAX/2固定不变，其低电平脉冲的宽度为T3，将输 出TIM1_CH2和TIM1_CH3相加，其低电平脉冲宽度为T2+T3，Tl驱动器正半周功率模块工 作，T2+T3驱动负半周功率模块工作。为了防止变压器通过直流电而偏磁，引起变压器饱和， 要求T1=T2+T3，即正负脉冲宽度严格相等，也即TIM1_CCR1=T1，TIM1_CCR2 = MAX/2+Tl ，工作时要产生调宽脉冲，将所需的脉冲宽度数据写入TIM1_CCR1和TIM1_CCR2，要产生调 频脉冲，将频率数据写入TIM1_ARR，要同时产生既调宽又调频脉冲，将脉冲宽度数据写入 TIM1_CCR1和TIM1_CCR2，将频率数据写入TIM1_ARR。单片机U16的control脚和或门U13B的第一输入端相连，当control为低电平时，让脉冲正常通过，当control为高电平时， 阻断脉冲通过，单片机通过控制control，可灵活控制PWM脉冲的通断。单片机U16的输出 TIM1_CH1, TIM1_CH2, TIM1_CH3分别和或非门的U14C的第一、第二、第三输入端相连，当单 片机U16发出错误的脉冲，使TIM1_CH1，TIM1_CH2, TIM1_CH3全为低电平时(这是一种严 重错误状态，引起同一桥臂上的功率模块同时导通)，或非门U14C输出高电平，封锁输出脉 冲，将所有功率模块置为关断状态，同时反相驱动器U15B输出低电平，引起单片机复位，回 到正常的工作状态。作为优选，主电路包括功率模块VT1、VT2、VT3、VT4构成的全桥电路。通过对全桥 电路功率模块VT1、VT2、VT3、VT4的通断控制，输出调宽脉冲开关电源。作为优选，驱动电路包括由驱动芯片U5及外围电路组成的第一驱动电路、由驱动 芯片U6及外围电路组成的第二驱动电路、由驱动芯片U7及外围电路组成的第三驱动电路、 由驱动芯片U8及外围电路组成的第四驱动电路，驱动芯片U5、U6、U7、U8的输出端分别与 主电路的功率模块VT1、VT2、VT3、VT4输入端相连。作为优选，驱动芯片冊、诎、价、邯是11 2110型驱动芯片。IR2110型驱动芯片具
有工作可靠的特点。本实用新型的有益效果是由于可使用的单片机类型更广，通用性更好，使生产成 本降低，方便使用更换。
图1是本实用新型数字化调宽脉冲开关电源装置主电路的一种原理图；图2是本实用新型数字化调宽脉冲开关电源装置第一驱动电路的一种原理图；图3是本实用新型数字化调宽脉冲开关电源装置第二驱动电路的一种原理图；图4是本实用新型数字化调宽脉冲开关电源装置第三驱动电路的一种原理图；图5是本实用新型数字化调宽脉冲开关电源装置第四驱动电路的一种原理图；图6是本实用新型数字化调宽脉冲开关电源装置控制电路的一种原理图。
具体实施方式
下面通过具体实施例，并结合附图对本实用新型的技术方案作进一步具体的说 明。实施例本实施例的一种数字化调宽脉冲开关电源装置，参见图1，主电路包括功率模块 VT1、VT2、VT3、VT4构成的全桥电路；参见图2，驱动电路包括由驱动芯片U5及外围电路组 成的第一驱动电路；参见图3，由驱动芯片U6及外围电路组成的第二驱动电路；参见图4， 由驱动芯片U7及外围电路组成的第三驱动电路；参见图5，由驱动芯片U8及外围电路组成 的第四驱动电路，驱动芯片U5的输出端与主电路功率模块VTl的输入端相连，驱动芯片U6 的输出端与主电路功率模块VT4的输入端相连，驱动芯片U7的输出端与主电路功率模块 VT3的输入端相连，驱动芯片U8的输出端与主电路功率模块VT2的输入端相连；参见图6， 控制电路包括单片机U16、或非门U14A、或非门U14B、或非门U14C、或门U13A、或门U13B、反 相驱动器U15A、反相驱动器U15B、反相驱动器U15C ；单片机U16的三路脉冲输出脚ΤΙΜ1_CHl、！1M1_CH2、！1M1_CH3分别与或非门U14B第一输入脚、或门U13A的第一、第二输入脚 相连、同时与或非门U14C的第一、第二、第三输入脚相连，单片机U16的control脚和或门 U13B的第一输入脚相连，或非门U14B的输出脚和反相驱动器U15C的输入脚相连，反相驱 动器U15C输出脚与第三、第四的驱动电路U7，U8输入脚相连，或门U13A输出脚与或非门 U14A的第二输入脚相连接，或非门U14A输出脚和反相驱动器U15A输入脚相连，反相驱动器 U15A的输出脚与第一、第二驱动电路TO，TO输入脚相连；或非门U14C输出分别与反相驱 动器U15B输入脚，或门U13B第二输入脚相连，或门U13B的输出脚分别与或非门U14A第三 输入脚和或非门U14B第二输入脚相连，反相驱动器U15B输出脚与单片机U16复位输入脚 1脚相连。单片机U16采用STM8S207型单片机，驱动芯片U5、U6、U7、U8采用TLP_250驱动芯片。单片机U16内预先存储根据需要编制的工作程序，单片机U16自带定时器模块， 使用单片机U16的定时器1产生PWM脉冲，单片机U16的定时器1工作在边沿对齐的向上 计数模式，具备自动重装功能的周期寄存器TIM1_ARR，其值决定脉冲的周期，具备自动重 装功能的比较寄存器TIM1_CCR1，TIM1_CCR2, TIM1_CCR3他们的值决定各自输出脉冲的宽 度，比较寄存器TIM1_CCR1，TIM1_CCR2工作在PWM2模式，即当计数值< 比较寄存器值时， 其输出为低电平，否则，输出高电平，比较寄存器TIM1_CCR3工作在PWMl模式，即当计数值 〈比较寄存器值时，输出高电平，否则为低电平；周期寄存器TIM1_ARR=MAX，比较寄存器 TIM1_CCR1决定正半周PWM脉冲的宽度Tl，Tl范围为0——(MAX/2减死区)，比较寄存 器TIM1_CCR2的脉冲宽度为T2，T2范围为0——(MAX减死区)，T1，Τ2有一部分低电平 重合区，为此增加一个比较寄存器TIM1_CCR3，其值为MAX/2固定不变，其低电平脉冲的 宽度为T3，将输出TIM1_CH2和TIM1_CH3相加，其低电平脉冲宽度为T2+T3，(本实施实例， 当脉冲为低电平时，功率模块导通，低电平为有效驱动电平)，Tl驱动器正半周功率模块工 作，T2+T3驱动负半周功率模块工作。为了防止变压器通过直流电而偏磁，引起变压器饱和， 要求T1=T2+T3，即正负脉冲宽度严格相等，也即TIM1_CCR1=T1，TIM1_CCR2 = MAX/2+T1，工 作时要产生调宽脉冲，将所需的脉冲宽度数据写入TIM1_CCR1和TIM1_CCR2，要产生调频脉 冲，将频率数据写入TIM1_ARR，要同时产生既调宽又调频脉冲，将脉冲宽度数据写入TIM1_ CCRl和TIM1_CCR2，将频率数据写入TIM1_ARR。本实施例频率固定，只要求产生调宽脉冲。 死区时间设置能够任意设置死区时间，与要求不同死区时间的功率模板配合。单片机U16 的control脚和或门U13B的第一输入端相连，当control为低电平时，让脉冲正常通过， 当control为高电平时，阻断脉冲通过，单片机通过控制control，可灵活控制PWM脉冲的 通断。单片机U16的输出TIM1_CH1, TIM1_CH2, TIM1_CH3分别和或非门的U14C的第一、第 二、第三输入端相连，当单片机U16发出错误的脉冲，使TIM1_CH1，TIM1_CH2, TIM1_CH3全 为低电平时(这是一种严重错误状态，引起同一桥臂上的功率模块同时导通)，或非门U14C 输出高电平，封锁输出脉冲，将所有功率模块置为关断状态，同时反相驱动器U15B输出低 电平，引起单片机复位，回到正常的工作状态。输出电压经R16，VRl，R29，R30，R31， C54，C49，C55组成的分压、滤波电路后，接入单片机U16的PB7端子(14脚)，实施对输出 电压的控制。输出电流经R14取样，U18A放大，经VR2接入单片机U16的PB6端子(15脚)， 实施对输出电流的控制。[0025] 以上的实施例只是本实用新型的最佳方案之一，并非对本实用新型作任何形式上 的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。
权利要求1.一种数字化调宽脉冲开关电源装置，包括主电路、驱动电路、控制电路，控制电路与 驱动电路的输入端相连，驱动电路的输出端与主电路相连，其特征在于所述控制电路包括 通用型单片机电路。
2.根据权利要求1所述的一种数字化调宽脉冲开关电源装置，其特征在于所述通 用型单片机电路包括单片机U16、或非门U14A、或非门U14B、或非门U14C、或门U13A、或门 U13B、反相驱动器U15A、反相驱动器U15B、反相驱动器U15C ；单片机U16的三路脉冲输出脚 TIM1_CH1、TIM1_CH2、TIM1_CH3分别与或非门U14B第一输入脚、或门U13A的第一、第二 输入脚相连，同时单片机U16的三路脉冲输出脚TIM1_CH1、！1M1_CH2、！1M1_CH3分别与或 非门U14C的第一、第二、第三输入脚相连，单片机U16的control脚和或门U13B的第一输 入脚相连，或非门U14B的输出脚和反相驱动器U15C的输入脚相连，反相驱动器U15C的输 出脚与驱动电路相连，或门U13A输出脚与或非门U14A的第二输入脚相连接，或非门U14A 输出脚和反相驱动器U15A输入脚相连，反相驱动器U15A的输出脚与驱动电路相连接；或非 门U14C的输出脚分别与反相驱动器U15B的输入脚，或门U13B第二输入脚相连，或门U13B 的输出脚分别与或非门U14A的第三输入脚和或非门U14B的第二输入脚相连，反相驱动器 U15B的输出脚与单片机U16复位输入脚相连。
3.根据权利要求1或2所述的一种数字化调宽脉冲开关电源装置，其特征在于所述 主电路包括功率模块VT1、VT2、VT3、VT4构成的全桥电路。
4.根据权利要求1或2所述的一种数字化调宽脉冲开关电源装置，其特征在于所述 驱动电路包括由驱动芯片U5及外围电路组成的第一驱动电路、由驱动芯片U6及外围电路 组成的第二驱动电路、由驱动芯片U7及外围电路组成的第三驱动电路、由驱动芯片U8及 外围电路组成的第四驱动电路，驱动芯片U5、TO、U7、U8的输出端分别与主电路的功率模块 VT1、VT2、VT3、VT4的输入端相连。
5.根据权利要求4所述的一种数字化调宽脉冲开关电源装置，其特征在于所述驱动 芯片U5、U6、U7、U8是IR2110型驱动芯片。
专利摘要本实用新型涉及一种数字化调宽脉冲开关电源装置，目的是克服现有技术中存在的适用的单片机比较单一，通用性不高的缺点，包括主电路、驱动电路、控制电路，控制电路与驱动电路的输入端相连，驱动电路的输出端与主电路相连，控制电路包括通用型单片机电路。由于可使用的单片机类型更广，通用性更好，使生产成本降低，方便使用更换。
文档编号H02M7/219GK201789429SQ201020161000
公开日2011年4月6日 申请日期2010年4月16日 优先权日2010年4月16日
发明者陈水木 申请人:东阳市海天电器厂