基于數(shù)字化控制的開(kāi)關(guān)電源的研究

1、基于數(shù)字化控制的開(kāi)關(guān)電源的研究被譽(yù)為高效節(jié)能型電源。傳統(tǒng)的開(kāi)關(guān)電源采納模擬控制技術(shù)，用法、誤差和模擬調(diào)變器等元器件來(lái)調(diào)節(jié)電源輸出。模擬控制辦法只適用于頻率高、電力小、功能少的開(kāi)關(guān)電源，且存在控制復(fù)雜、元器件多以及控制電路一旦成型很難修改等缺點(diǎn)，不利于開(kāi)關(guān)電源的集成化和小型化。開(kāi)關(guān)電源的數(shù)字化控制技術(shù)能夠較好地解決這些問(wèn)題。本文介紹了開(kāi)關(guān)電源的數(shù)字化控制技術(shù)，并給出了基于控制和基于控制開(kāi)關(guān)電源的兩種模型，分析和比較了兩者的優(yōu)缺點(diǎn)以及應(yīng)用場(chǎng)合，現(xiàn)在介紹如下。1 開(kāi)關(guān)電源模擬控制和數(shù)字控制的比較11開(kāi)關(guān)電源模擬控制的種類與特點(diǎn)開(kāi)關(guān)電源的模擬控制辦法已經(jīng)用法了數(shù)十年，也形成了一系列的控制方式，大致有3

2、種：脈沖寬度調(diào)制方式、脈沖頻率調(diào)制方式pfm和昆合調(diào)制方式。圖1為脈寬調(diào)制式（pwm）開(kāi)關(guān)電源，ac220v輸入電壓經(jīng)過(guò)整流濾波后變成直流電壓u，再由功率開(kāi)關(guān)管vt斬波、高頻t降壓，得到高頻矩形波電壓，最后通過(guò)輸出整流vd、c2，獲得所需要的直流輸出電壓u0。利用誤差放大器和pwm比較器構(gòu)成閉環(huán)調(diào)整系統(tǒng)。這種模擬控制電路由于用法元器件多而需要很大空間，這些元器件本身的值還會(huì)隨著用法時(shí)光、溫度和其他環(huán)境條件的變幻而變動(dòng)，并對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性和響應(yīng)能力造成負(fù)面影響，不利于模擬系統(tǒng)的測(cè)試和修理。另外，模擬控制的控制響應(yīng)特性是由分立元器件的值打算的，因此無(wú)法為全部電源值或負(fù)載點(diǎn)提供最優(yōu)化的控制響應(yīng)。12開(kāi)關(guān)

3、電源數(shù)字控制的特點(diǎn)與應(yīng)用所謂電源的數(shù)字控制，也稱為“回路內(nèi)部的處理器”，是指控制器能在數(shù)字域執(zhí)行全部系統(tǒng)控制算法。它必需對(duì)兩個(gè)數(shù)字串舉行比較以產(chǎn)生脈沖寬度來(lái)驅(qū)動(dòng)電源開(kāi)關(guān)，而不是用法傳統(tǒng)模擬pwm比較器。它會(huì)將全部模擬系統(tǒng)參數(shù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并在數(shù)字域利用這些數(shù)據(jù)計(jì)算控制響應(yīng)，然后將新產(chǎn)生的控制信息加傳至系統(tǒng)。數(shù)字控制電源系統(tǒng)有以下特點(diǎn)：（1）以數(shù)字信號(hào)處理器dsp或單片機(jī)為核心，將數(shù)字電源驅(qū)動(dòng)器及pwm控制器作為控制對(duì)象而構(gòu)成的智能化開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)。（2）采納“整合數(shù)字電源”技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了開(kāi)關(guān)電源中模擬組件與數(shù)字組件的優(yōu)化組合。（3）高集成度，實(shí)現(xiàn)了電源系統(tǒng)單片集成化，將大量的分立元器件整合到一個(gè)

4、芯片或一組芯片中。（4）能充分發(fā)揮數(shù)字信號(hào)處理器及微控制器的優(yōu)勢(shì)，使所設(shè)計(jì)的數(shù)字電源達(dá)到高技術(shù)指標(biāo)。這種技術(shù)可用于負(fù)載時(shí)光恒定的應(yīng)用中，使電源運(yùn)行在高頻狀態(tài)，如功率因數(shù)校正、非中斷電源、多個(gè)化學(xué)電池譯電和電機(jī)控制；還可用于采納若干可配置的pwm內(nèi)核及控制、診斷和接口電路的手機(jī)以及pda的pmu等其他應(yīng)用。運(yùn)行時(shí)光控制電路中的子電路或外設(shè)可為其狀態(tài)提供最相宜的運(yùn)行電壓，以節(jié)能。數(shù)字電源控制可使調(diào)整器越發(fā)敏捷。2 基于數(shù)字控制技術(shù)開(kāi)關(guān)電源的計(jì)劃結(jié)合當(dāng)前的數(shù)字控制技術(shù)和流行的模式，我們提出了以下兩種計(jì)劃。21基于單片機(jī)控制的開(kāi)關(guān)電源隨著技術(shù)的迅猛進(jìn)展和超大規(guī)模設(shè)計(jì)的進(jìn)一步提高，單片機(jī)技術(shù)也得到了快速

5、進(jìn)展，已經(jīng)在智能儀器儀表、工業(yè)檢測(cè)控制、機(jī)電一體化等方面得到了廣泛的應(yīng)用，并取得了巨大的成績(jī)。利用單片機(jī)作為控制核心，設(shè)計(jì)辦法簡(jiǎn)單把握，而且對(duì)單片機(jī)的要求不高，成本比較低。該計(jì)劃采納單片機(jī)通過(guò)外接ad轉(zhuǎn)換芯片舉行采樣，采樣后對(duì)得到的數(shù)據(jù)舉行運(yùn)算和調(diào)整，再把結(jié)果通過(guò)da轉(zhuǎn)換后傳到pwm芯片中，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)對(duì)開(kāi)關(guān)電源的間接控制。其原理結(jié)構(gòu)2。其中：?jiǎn)纹瑱C(jī)采納mcs51；ad轉(zhuǎn)換器采納tlc2543芯片，該芯片的接口方式采納串口，這種方式相對(duì)于并口方式，具有接口容易，便于擴(kuò)展，體積小的特點(diǎn)。tlc2543的接口是典型的spi接口，它與mcs相銜接時(shí)，其硬件電路十分容易。但因?yàn)閙cs51沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)的spi

6、接口，只能在程序中仿照spi的操作方式對(duì)tlc2543舉行操作，因而程序要復(fù)雜一些。da轉(zhuǎn)換器采納tlc5615芯片與mcs51銜接，同樣接口也采納串行方式?！啊保╳atchdog）為單片機(jī)提供上電復(fù)位信號(hào)，當(dāng)程序紊亂或電壓失常時(shí)啟動(dòng)內(nèi)部的“看門(mén)狗”電路強(qiáng)迫單片機(jī)復(fù)位，使程序從頭開(kāi)頭工作；具有512字節(jié)的eprom存儲(chǔ)單元，用來(lái)存放各種重要數(shù)據(jù)，以備溝通后重要數(shù)據(jù)走失；外接有串口，通過(guò)電平轉(zhuǎn)換銜接rs-485或者rs-232，實(shí)現(xiàn)了開(kāi)關(guān)電源與上位機(jī)的信號(hào)傳輸；、鍵盤(pán)接口電路實(shí)現(xiàn)了人機(jī)交換。基于單片機(jī)的數(shù)字電源這種辦法，雖然控制電路比較復(fù)雜，并且存在一定的延時(shí)，對(duì)電源的動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)壓精度有一定影

7、響，但因?yàn)樵撧k法對(duì)于單片機(jī)的要求不高，成本也比較低，設(shè)計(jì)辦法簡(jiǎn)單把握，因此可以在穩(wěn)壓精度和動(dòng)態(tài)性能要求并不是很高的場(chǎng)合下用法。22基于數(shù)字信號(hào)處理控制的開(kāi)關(guān)電源利用高性能的dsp數(shù)字芯片對(duì)電源實(shí)現(xiàn)挺直控制，可以簡(jiǎn)化控制電路的設(shè)計(jì)，再加上這些芯片有比較高的采樣速度（tms320lf2407內(nèi)部的10、位ad轉(zhuǎn)換器完成一次ad轉(zhuǎn)換只需500ns）和運(yùn)算速度，可以迅速有效地實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的控制算法i。基于dsp控制的開(kāi)關(guān)電源原理結(jié)構(gòu)3。其中：dsp采納目前流行的tms320lf2407，主要舉行數(shù)字pid計(jì)算；復(fù)雜可編程規(guī)律器件按照dsp計(jì)算的結(jié)果生成數(shù)字pwm波形控制主功率變換器，這樣避開(kāi)了模擬pw

8、m控制器中的雙脈沖現(xiàn)象和半頻現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)了pwm控制的徹低數(shù)字化；aid轉(zhuǎn)換電路用作電壓、電流、溫度等數(shù)據(jù)的采集，芯片可采納tlc5540芯片，也可采納tlc2543芯片，通過(guò)此aid轉(zhuǎn)換電路采集的電壓等信號(hào)，經(jīng)數(shù)據(jù)低八位進(jìn)入dsp，與標(biāo)準(zhǔn)正弦波信號(hào)舉行比較，當(dāng)檢測(cè)到輸出電壓幅度高于標(biāo)準(zhǔn)正弦波信號(hào)時(shí)，按比例降低占空比，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)開(kāi)關(guān)電源輸出正弦波和幅度的調(diào)dsp通過(guò)接口電路還可以擴(kuò)展lcd、鍵盤(pán)舉行人機(jī)交換以及通過(guò)串口rs-485或rs一232舉行數(shù)據(jù)的通信等。這種基于信號(hào)處理數(shù)字的開(kāi)關(guān)電源，雖然dsp芯片結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本比較高，而且dsp控制技術(shù)相對(duì)較難把握，但因?yàn)樾酒哂休^高的采樣速度和運(yùn)算速度，可以迅速有效地實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的控制算法，實(shí)現(xiàn)對(duì)電源的有效控制，有較高的動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)壓精度，因此，這種方式將會(huì)在今后開(kāi)關(guān)電源的數(shù)字控制技術(shù)中發(fā)揮重要作用。3 結(jié)束語(yǔ)開(kāi)關(guān)電源采納全數(shù)字化控制技術(shù)，可以有效地縮小電源體積，降低成本