基于ARM 控制器的開關電源系統設計

石 冰

（湖南輕工高級技工學校，醴陵 412200）

0 引言

隨著科技進步及各類電子產品、信息設備的精密程度不斷提高，這些精密儀器對于工作電源的系統的各項指標的要求也越來越高，提高電源質量、保證電源可靠性、降低電源能耗等迫在眉睫。隨著數字時代的到來，電源的設計也趨向于數字化和智能化控制，并要求能夠實時處理大量的信息，以實現精確的控制和電壓，電流，頻率，相位，波形和其它參數的高效處理，以獲得高性能的電源。

本設計以ARM 控制器為核心，通過控制數字電位器在UC3842上形成的反饋電壓來調節輸出電壓或電流，達到了輸出可調電壓0.01V，電流0.01A，基本上實現了系統具有過壓、過流、過載保護及電壓、電流連續可調的功能，電壓0～50V，電流0～40A，功率2kW。

1 硬件電路設計

系統硬件由芯片電源模塊、EMI 和降壓斬波模塊、ARM 處理器模塊及其外圍器件、鍵盤和LCD 顯示模塊、保護模塊等幾部分組成。市電經變壓器降壓整流濾波后，由UC3842組成的降壓斬波電路進行斬波得到所需的電壓或電流，同時由反饋電路來穩壓穩流，ARM 微處理器采集經采樣模塊處理的信號而得到真實電壓值或電流值，同時將真實電壓值或電流值與設定值比較，根據誤差大小，由ARM 控制數字電位器的阻值來調節UC3842上所得到的反饋電壓值，以此來調節輸出電壓或電流，使其與設定值最接近。電路框圖如圖1所示。

圖1 基于ARM控制器的開關電源系統框圖

1.1 電源電路設計

電源電路主要作用是為ARM 控制器、及各類芯片控制電路提供所需的工作電源。其主要由變壓器電路，橋式整流電路，濾波電路及三端集成穩壓電路78L05等構成，可以得到+5V 直流電源。對于電源要求較高的ARM 控制器、LCD 顯示電路等，通過在+5V 直流電源的基礎上接入SPX117M 芯片，便可得到+3.3V、+1.8V 的直流電源。

1.2 EMI 和降壓斬波模塊

當接通市電后，經整流獲得的約300V 直流電壓分兩路分別加到UC3842的7腳和開關功率管的漏極。UC3842起振工作，從第6引腳輸出開電壓控制信號，經T2斬波和降壓，最后經整流和濾波便得到直流輸出電壓。UC3842的2腳為取樣輸入，從輸出端引入的反饋信號經TL431和光電耦合器4N35送入。當市電電壓降低或負載加重引起輸出電壓降低時，光耦4N35使UC3842的第8腳電壓升高，進而使第6腳寬度變寬。延長VT 的導通時間，傳到次級繞組的電能增加，使輸出電壓升高，反之亦然。這樣就能夠使電源系統不受電網波動或負載變化的影響，保持輸出電壓恒定。當電路出現過大電流，此時開關功率管VT2的集電極電流將有較大的增加，通過電阻R24產生的電壓大于1V 時，UC3842片內將PWM 調制器值置關閉狀態，實現過流保護作用。如圖2所示。

圖2 EMI和降壓斬波模塊

1.3 鍵盤及LCD 顯示電路

鍵盤采用4×4矩陣式鍵盤。16個按鍵的功能為：實現1、2、3、4、5、6、7、8、9、0、小數點等數值的輸入；實現“輸入”、“確定”、“電流設置”、“電源設置”、“取消”的功能。LCD 采用帶T6963C 控制內核的LD12864-12，可顯示8192個中文漢字、128個字符。通過對ARM 的編程操作，可控制其顯示相關參數。

2 軟件設計

當系統進入主程序后，首先進行初始化，再對鍵盤進行掃描以確定電源工作狀態，再根據鍵值進行各類操作以實現16個按鍵功能；下面描述的是主流程圖和部分子流程圖A/D 轉換。如圖3、圖4所示。

圖3 主程序流程圖

圖4 A/D轉換流程圖

3 結束語

本次設計統分利用ARM 處理器上豐富硬件資源和嵌入式軟件資源，實時處理大量的數字化信息和監測電源的各種參數，很方便就能夠加入上位機來對各個電源進行監控。利用單片開關電源UC3842對MOSFET 進行降壓斬波，通過ARM 控制數字電位器改變在UC3842上的反饋電壓，從而調節輸出，理論上是能夠達到設計目的。系統在人機交換方面采用LCD 顯示、4×4鍵盤，提供了友好的人機交換界面，若加入操作系統進行功能擴展，就能夠很方便對多個任務進行實時的控制。由于本人能力有限，本文若有不當之處，敬請各位專家批評指正。