基于MSK4225的中频电源设计和实现

图3所示电路中的AVR单片机ATmega64是电源的控制中枢，主要功能是通过传感器测量电源输出的电压、电流和频率，完成面板各种测量值的显示，面板设置按键的处理，通过D／A芯片设定电源的输出电压，控制AD7008输出正弦信号的频率和完成电源保护和输出控制等。
正弦信号电路以DDS芯片AD7008为核心，并采用直接数字频率合成技术的数控信号源。它的主要优点是频率精度高，波形失真小，故可很好地解决原来模拟LC振荡器频率不稳的问题，可在较大的频率范围内输出高精度正弦波。AD7008产生的正弦信号经过变换滤波后，可形成以6V为中心幅，峰峰值约为3V的正弦信号。经过功率变换电路MSK4225将其放大为PWM波信号，再经LC滤波，就可得到有效值在20V左右的正弦信号。本设计的功率逆变电路直流高压供电采用大功率DC-DC直流变换电路，其输出电压采用PI调节控制，实际设计中，还可以引入多个控制参数来对电源输出进行综合控制。

4 MSK4225的外围电路设计
由于MSK4225的功率器件为MOSFET管，故其对于电压波动极其敏感。而在实际使用中，由于中频电源负载经常是感性负载，所以，保护电路的设计非常重要，图4所示是其外围电路。

4．1 电源滤波
为滤除干扰和提高电源的工作可靠性，实际电路中设计了必要的滤波电容。如图4中的电源滤波电容C1、C2为2个2．2μF／100V的陶瓷表贴电容并联，可用于滤除线路高频干扰，其位置需靠近MSK4225／V+管脚；C3为470μF／100V电解电容，主要滤除低频干扰，电容的位置也要靠近器件管脚；Vcc电源滤波电容C4为1μF／25V陶瓷表贴电容；C5为22μ／25V的电解电容。
4．2 保护电路
电路中的D1～D4为MUR460快速恢复二极管，主要用于输出保护，防止负载上产生的尖峰电压损坏输出功率管；D5是稳压值为68V的瞬态抑制二极管P6KE68A，用于吸收电源超过68V以上的浪涌电压，以进行电源过压保护；D6是稳压值为9．1V的齐纳二极管1N4740，用于提供输入的管脚反压以及过压保护，特别是在闭环状态下，电路开始工作的瞬间，INPUT脚可能会出现-11V的负压，从而造成器件损坏；R1为1kΩ电阻，可以防止输入端电流过大。
4．3 输出吸收电路
输出吸收电路由100Ω／2W的电阻Rn和1nF／200V的电容Cn串联构成，该电路用于减少输出高次谐波，避免与负载电路发生谐振。

5 实验结果分析
电源整机组装完成后，便可对电源的各项指标进行测试。使用HP数字示波器，电源输出有效值电压为20V，纵坐标每格为10V，横坐标每格为500μs时，其测试波形如图5所示(见第11页)。图中，由于PWM放大器的调制频率较高，波形还原好，波形平滑，故用8903B音频分析仪测定的输出波形失真度都小于1％。另外，由于使用数字频率合成技术，输出信号频率稳定，精度高。因此，通过加载测试显示，负载特性好，电压输出波动小，响应速度较快。

6 结束语
采用PWM放大器MSK4225设计的中频电源，其设计方法先进，集成度高，可以解决以前以小规模集成电路设计的中频电源控制电路复杂，调试困难等突出问题。另外，由于原来需要单独设计的三角波电路、PWM波电路、死区电路、隔离驱动电路和“H”桥功率变换电路都全部集成在MSK4225一个元件封装内，并且只需要单电源供电，故使得所设计电源的体积减小、电路设计简化以及电源的可靠性显著提高。同时，由于调制频率的提高，也使电源输出品质得到了相应的改善。