1.前言

　　在一些特殊應用場合，需要一種低電壓大電流的電源,，有時也需要電源頻率,、脈寬均可調(diào)整的脈沖電源。本文以ATmega16 為系統(tǒng)控制核心,，結(jié)合RT8105 所組成的DC/DC 電源電路實現(xiàn),，最終實現(xiàn)了頻率、脈寬可調(diào)低電壓大電流的脈沖電源,。

　　2.系統(tǒng)組成

　　系統(tǒng)組成框圖如圖1 所示,。

圖1 系統(tǒng)組成框圖

　　系統(tǒng)首先由RT8105 構(gòu)成的DC-DC 電源電路產(chǎn)生穩(wěn)定的2V 電壓，該電壓經(jīng)過一個開關(guān)管連接至負載,，通過ATmega16 單片機輸出的脈沖波形配合相應的驅(qū)動電路控制該開關(guān)管的導通和關(guān)斷,，從而在負載上形成與該脈沖波形同頻率、同脈寬的脈沖電流,。

　　此外,，系統(tǒng)中加入了鍵盤、LED 和串口,。鍵盤用于設置脈沖電源的頻率和占空比,，LED 用于顯示當前脈沖電源的占空比，便于用戶觀察,。串口用于與PC 機進行連接,，用戶可通過相應的上位機軟件進行設置，該系統(tǒng)工作安全,、穩(wěn)定,，操作方便。

　　3.RT8105簡介

　　RT8105 是臺灣立锜科技股份有限公司生產(chǎn)的電壓模式,、5V/12V 輸入的同步降壓式PWM 的DC-DC 控制器,。具有以下特點：開關(guān)頻率為300kHz，輸出PWM波占空比0~100% 可調(diào),，其輸出的雙路相位差為180°的PWM 波可直接驅(qū)動所有的低功耗N-MOSFET,，內(nèi)部自帶誤差比較器，具有實時過壓,、欠壓,、過流保護電路，系統(tǒng)軟啟動等功能,。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖2 所示,。

圖2 RT8105內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖

　　4、系統(tǒng)實現(xiàn)

　　4.1. DC/DC變換電路

　　DC/DC 變換電路作為系統(tǒng)中最重要的一部分,，其輸出電壓的穩(wěn)定直接影響脈沖電源的性能,。使用RT8105 可以直接驅(qū)動兩路VMOS 開關(guān)管IRF640，電路結(jié)構(gòu)簡單。具體電路如圖3 所示,。

圖3 DC/DC變換電路原理圖

　　圖中,，系統(tǒng)供電電壓為+12V，T8105 輸出兩路反相PWM 波驅(qū)動Q2 和Q4,，經(jīng)儲能電感L1 和電容濾波,，產(chǎn)生直流電壓再由FB 引腳反饋回RT8105 進而調(diào)整輸出PWM 波的占空比，形成硬件閉環(huán)電路,，從而使輸出電壓穩(wěn)定到2V,。

　　電路輸出電壓計算公式為：Vout=Vref×（1+R6/R4）， 其中Vref 為RT8105 芯片內(nèi)部的基準電壓,，Vref=0.8V±2%,，當R6=13K，R4=8K 時輸出壓電壓達到2.1V,。

　　4.2. 脈沖產(chǎn)生電路

　　脈沖產(chǎn)生電路由MCU 輸出波形控制開關(guān)管的通斷來實現(xiàn),。由于VMOS 導通時所需VGS 電壓必須大于4V，而MCU 輸出電壓僅5V,，需要電路中加入一級放大電路,，該放大電路由9012 和9013 兩只三極管實現(xiàn)，脈沖產(chǎn)生電路如圖4 所示,。

圖4 脈沖產(chǎn)生電路

　　圖中,，PULS 為MCU 輸出的脈沖控制信號，該信號經(jīng)過電壓放大后驅(qū)動VMOS 管,，從而使輸出至負載的Vout 信號與PULS 信號同脈寬、同頻率,。通過改變PULS 占空比及頻率,，就可以實現(xiàn)Vout 輸出的脈寬、頻率可調(diào),。

　　4.3. 開關(guān)型降壓穩(wěn)壓電路

　　MCU 及電路中其它部分所需要的5V 電源由開關(guān)型降壓穩(wěn)壓芯片LM2576 產(chǎn)生,，其電路結(jié)構(gòu)簡單。具體電路如圖5 所示,。

圖5 開關(guān)型降壓穩(wěn)壓電路

　　系統(tǒng)中并未采用常用的線性三端穩(wěn)壓芯片LM7805,，其原因是線性穩(wěn)壓電源在工作中會有大的“熱損耗”，其工作效率低,。而開關(guān)穩(wěn)壓電源具有集成度高,、外圍電路簡單、電源效率高（70%~90%）等優(yōu)點,，開關(guān)穩(wěn)壓電源已經(jīng)取代效率較低的線性穩(wěn)壓器,， 成為現(xiàn)代超大規(guī)模集成系統(tǒng)中不可或缺的部分。

　　4.4. 單片機及人機接口電路

　　系統(tǒng)中使用了5 個按鍵，用于設置輸出的周期及占空比,。使用4 個8 段LED 用于顯示當前周期和占空比,。

　　具體電路圖如圖6 所示。

圖6 單片機及人機接口電路

　　數(shù)碼管D7 顯示當前功能模式代碼（0 表示占空比模式,，1 表示周期模式）,，D8~D10 用于顯示占空比或周期值。按鍵K1~K5 用于參數(shù)的設置,，分別完成左移,，右移，OK,，加,，減功能。按鍵控制分兩種模式,，設置模式和非設置模式,。在設置模式下，調(diào)整占空比和周期值的大小,，左,、右移位鍵移動3 個數(shù)碼管的3 個位，移到的位閃爍,，此時可通過加,、減鍵來改變這一位的值，按下OK 鍵完成設置,；在非設置模式下,，不能改變參數(shù)，只能用加,、減鍵切換D7 的模式代碼,，數(shù)碼管D8~D10 顯示該模式下的數(shù)值。其中,，占空比的可設置范圍0~100%,，周期值范圍1~999ms，即頻率可從1Hz~1kHz 進行設置,。

　　5,、系統(tǒng)測試結(jié)果及分析

　　系統(tǒng)測試所使用到的儀器主要有：數(shù)字熒光示波器TDS7104，電流探頭TCP202,，有源探頭P6243,，電子負載IT8511。

　　5.1. 電壓調(diào)整率

　　電壓調(diào)整率即負載固定時,，輸入電壓的波動對輸出電壓的影響（即輸出電壓的變化量與輸入電壓變化量的比值）,。以輸出電流6A 時對應的輸出電壓2.04V,，2.05V，2.05V,，輸入電壓10.8V,，12.0V，13.2V（如表1）,，計算電壓調(diào)整率：

　　5.2. 負載調(diào)整率

　　輸入電壓12V,，以及增加偏移為±10% 的10.8V 和13.2V。輸出電流將占空比調(diào)為最大,，用來測試最大負載情況,。負載以最大6A 的0%-100% 步進20% 進行測試。

　　測試數(shù)據(jù)如表1 所示,。

表1 電流調(diào)整率測試表

　負載調(diào)整率是在輸入電壓固定的情況下,，負載電流IO 從0 變化到最大額定性（滿載）時所引起輸出電壓的變化。以輸入電壓12.0V 對應的輸出電壓,，輸出電流0 ～ 6A 變化,，計算負載調(diào)整率：

　　5.3. 電源轉(zhuǎn)換效率

　　電源的轉(zhuǎn)換效率反應電路的電能損耗情況，是電源設計的一個重要參數(shù),，表2 給出的效率數(shù)據(jù)是根據(jù)公式計算的：

表2 電源轉(zhuǎn)換效率測試表

　　5.4. 輸出脈沖

　　圖7 為電路輸出的2V/6A 脈沖,，圖中上邊是DC/DC輸出電壓波形，下邊是脈沖輸出電流波形,，波形參數(shù)如圖所示,。

圖7 輸出2V/6A脈沖

　　6、小結(jié)

　　此電源的設計方法,、結(jié)構(gòu),、原理比較簡單，通過合理的選用器件和PCB 布線,、正確的運用調(diào)試方法,，使電路設計得到了優(yōu)化。選用的器件RT8105,，其內(nèi)嵌的MOSFET 場效應管驅(qū)動電路簡化了外圍電路的設計,，內(nèi)部集成的補償電路減少了電路中元器件的數(shù)量,；并且它的各種保護電路提高了器件的使用壽命和電路的安全性和穩(wěn)定性,。