基于STC89C52和TL494的开关电源的设计

【摘要】开关电源以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用于几乎所有的电子设备中。本文利用STC89C52单片机和TL494脉宽调制芯片设计了开关电源，大大地简化了电源电路的结构，具有可维护性强、实时控制和调整电压、可以进行人机交互、可扩展性强、成本低等特点。

【关键词】STC89C52;TL494;脉宽调制;人机交互

1.引言

目前电子设备的日益小型化更需要供电电源的小型化，制作小型化电源是未来电源制作发展的一个趋势，传统的开关电源线路一般都是很复杂而且体积也比较大[1]，本设计以STC89C52单片机作为主要控制器，由整流滤波模块、开关电源主回路模块、单片机模块、键盘模块、数码管显示模块以及反馈模块构成。通过改变单片机输出的控制信号来调节TL494输出的PWM波的占空比来控制功率管的通断，从而调节输出电压的大小，具有电路结构简单、成本低、稳压效果好、效率高、输出电压可调、响应速率快的特点。

2.系统结构

本设计的系统结构如图1所示，工频的交流电经过变压器降压后变成18V，再经过整流滤波电路将输出电压分成了两路，其中的一路电压通过稳压与滤波电路输出+5V和+12V的电压作为辅助电源，而另一路电压则作为开关变换部分的输入电压。单片机根据键盘的输入值和采样电压值之间的差值，来修改单片机的控制信号端，输出PWM脉冲的控制信号的电平，通过TL494控制PWM脉冲，以控制功率管的通与断，以便能够得到期望的输出电压值。

图1 系统结构图

2.1 电源电路设计

开关变换电路为开关电源的核心部位，它能将一种等级的直流电压转换为另一种等级的直流电压[2]。开关变换电路原理图如图2所示。功率开关管采用IRF3205，当控制脉冲是低电平时，功率开关管为导通状态，此时电流流过电感，电感将会存储能量，功率开关管把电路的输入電压转换为高频脉冲，当控制脉冲是高电平时，功率开关管为截止状态，电感把所存储的能量释放出来给负载[3]。为了确保电感中的电流能在开关转换过程中保持连续，特选用肖特基二极管FR107作为续流二极管使用，这种二极管的导通截止恢复时间较快，在开关导通变为截止时，能够很快的由截止转换为导通，所以能够确保电感的电流连续[4]。为了减少纹波电压，输出端的滤波电容选用的是低串联等效电阻的优质电容。

图4 A/D转换模块原理图

2.2 控制电路设计

PWM控制器是控制电路的核心部分，开关变换电路以TL494为核心器件，通过外围其它电路的共同作用，将输入18V直流电压变换为稳定的输出电压，输出电压范围0-15V。可以通过调节单片机控制电路的反馈信号实现不同的输出电压。PWM控制器电路图如图3所示[5]。

2.3 A/D转换模块设计

A/D转换模块如图4所示。图中R13和R15通过分压为ADC0804提供2.5V的参考电压，6端为模拟电压输入端，连接在开关变换电路中电阻R2与R6之间。更换不同的R、C值，会有不同的转换频率，而且频率愈高代表速度愈快。但是需要注意R、C的组合，务必使频率范围是在100kHz～1460kHz之间。

3.系统软件设计

系统软件设计的思路为：系统扫描键盘的输入，当键盘有输入时，系统会立刻做出响应，根据采样电压值与键盘输入的调节电压值来更新脉宽，输出用户期望的电压值，随后系统仍继续扫描键盘，当键盘无输入时，系统调用调节函数，控制输出稳定的电压。当系统扫描键盘时，若有键盘输入，系统会响应键盘的输入，更新脉宽。

3.1 各模块分类

软件按照结构划分，本系统的控制软件由参数定义、中断函数、显示函数和主函数构成。按照功能划分，软件包括按键数码管扫描模块、方波输出模块、AD读取模块和主控制模块，模块间的关系如图5所示。

图5 各模块间的关系

3.2 各个功能之间的切换

方波输出模块设计：调用单片机内部的定时器0和定时器1，通过改变定时器的定时时间来决定输出PWM波的周期和占空比的大小。

AD读取模块设计：通过单片机的P1口于DAC0804的数据输出口相连接，再通过单片机控制ADC0804的读信号和写信号端，以此来控制电压值的读取。

数码管、键盘扫描显示模块设计：通过if判断语句等来执行相关的程序功能。

主控制模块设计：主控制模块分为按键控制电压和反馈电压处理两方面。主要通过按键和判断语句完成本主控制模块功能。

3.3 主程序设计

主程序流程图如图6所示。

图6 主程序流程图

4.结论

本设计采用了STC89C52单片机和TL494脉宽调制芯片，结合DC-DC功率转换模块制作的输出电压可以调节的开关电源。系统可以调节输出电压，分别设有+1V、-1V、+0.1V、-0.1V四个按键，可以实现输出电压的步进调节，输出电压通过数码管显示出来，输出电压的范围在0-15V之间，精度可以达到0.1V，并且负载接电机，便于观察电压的变化情况。开关电源的主要性能有稳压效果好、效率高、输出电压可调、响应速率快、电路结构简单、成本低等特点。

参考文献

[1]张帅，李俊刚，王兴.开关电源设计[J].工业时代，2011.

[2]沙占友.单片开关电源的发展趋势[J].电气时代，2003.

[3]张占松，蔡宣三.开关电源的原理与设计[M].北京：电子工业出版社，2004.

[4]赵同贺，刘军.开关电源设计技术与应用实例[M].北京：人民邮电出版社，2007.

[5]谢春林.电压驱动型脉宽调制器TL494[J].国外电子元器件，2001.

作者简介：王志秦（1979—），女，硕士，唐山学院信息工程系讲师，研究方向：电源技术，电子技术。