輸出電壓可調(diào)開關(guān)電源

《輸出電壓可調(diào)開關(guān)電源》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在應(yīng)用文檔-天天文庫。

1、輸出電壓連續(xù)可調(diào)的功率直流開關(guān)電源的設(shè)計(jì)　　標(biāo)簽：輸出電壓連續(xù)可調(diào)功率直流開關(guān)電源設(shè)計(jì)　　1引言　　直流穩(wěn)壓電源已廣泛地應(yīng)用于許多工業(yè)領(lǐng)域中。在工業(yè)生產(chǎn)中(如電焊、電鍍或直流電機(jī)的調(diào)速等)，需要用到大量的電壓可調(diào)的直流電源，他們一般都要求有可以方便的調(diào)節(jié)電壓輸出的直流供電電源。目前，由于開關(guān)電源效率高，小型化等優(yōu)點(diǎn)，傳統(tǒng)的線性穩(wěn)壓電源、晶閘管穩(wěn)壓電源逐步被直流開關(guān)穩(wěn)壓電源所取代。開關(guān)電源主要的控制方式是采用脈寬調(diào)制集成電路輸出PWM脈沖，采用模擬PID調(diào)節(jié)器進(jìn)行脈寬調(diào)制，這種控制方式，存在一定的誤差，

2、而且電路比較復(fù)雜。本文設(shè)計(jì)了一種以ST公司的高性能單片機(jī)μpsd3354為控制核心的輸出電壓大范圍連續(xù)可調(diào)的功率開關(guān)電源，由單片機(jī)直接產(chǎn)生PWM波，對(duì)開關(guān)電源的主電路執(zhí)行數(shù)字控制，電路簡單，功能強(qiáng)大。　　2功率直流電源系統(tǒng)原理與整體設(shè)計(jì)　　2.1系統(tǒng)原理　　本功率直流電源系統(tǒng)由開關(guān)電源的主電路和控制電路兩部分組成，主電路主要處理電能，控制電路主要處理電信號(hào)，采用負(fù)反饋構(gòu)成一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)。開關(guān)電源采用PWM控制方式，通過給定量和反饋量的比較得到偏差，并通過數(shù)字PID調(diào)節(jié)器控制PWM輸出，從而控制開關(guān)電

3、源的輸出。其中，PID調(diào)節(jié)和PWM輸出都由單片機(jī)系統(tǒng)采用軟件控制。　　2.2系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)　　系統(tǒng)硬件部分由輸入輸出整流濾波電路、功率變換部分、驅(qū)動(dòng)電路、單片機(jī)系統(tǒng)和輔助電路等幾部分組成。圖1為單片機(jī)控制功率直流電源結(jié)構(gòu)框圖?！　　　D1單片機(jī)控制功率電源結(jié)構(gòu)框圖　　從圖1中可以看到，50Hz、220V的交流電經(jīng)電網(wǎng)濾波器消除來自電網(wǎng)的干擾，然后進(jìn)入到輸入整流濾波器進(jìn)行整流濾波，變換成直流電壓信號(hào)。該直流信號(hào)通過功率變換電路轉(zhuǎn)化成高頻交流信號(hào)，高頻交流信號(hào)再經(jīng)輸出整流濾波電路轉(zhuǎn)化成直流電壓輸出?？刂齐娐?/p>

4、采用PWM脈寬調(diào)制方式，由單片機(jī)產(chǎn)生的脈寬可調(diào)的PWM控制信號(hào)經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路處理后，驅(qū)動(dòng)功率變換電路工作。利用單片機(jī)高速ADC轉(zhuǎn)換通道定時(shí)采集輸出電壓，并與期望值比較，根據(jù)其誤差進(jìn)行PID調(diào)節(jié)。電壓采集電路實(shí)現(xiàn)了直流電壓V0的采集，并使其與A／D轉(zhuǎn)換器的模擬輸入電壓范圍匹配，在開關(guān)電源發(fā)生過壓、過流和短路故障時(shí)，保護(hù)電路對(duì)電源和負(fù)載起保護(hù)作用。輔助電源為控制電路、驅(qū)動(dòng)電路等提供直流電源?！　?.開關(guān)電源主電路設(shè)計(jì)　　開關(guān)電源主電路是用來完成DC-AC-DC的轉(zhuǎn)換，系統(tǒng)主電路采用全橋型DC-DC變換器，如圖

5、2所示。本系統(tǒng)采用的功率開關(guān)器件是EUPEC公司的BSM50GB120DN2系列的IGBT模塊，每個(gè)模塊是一個(gè)半橋結(jié)構(gòu)，故在全橋系統(tǒng)中，需要兩個(gè)模塊。每個(gè)模塊內(nèi)嵌入一個(gè)快速續(xù)流二極管?！　　　D2功率直流電源主電路圖　　4.控制電路硬件設(shè)計(jì)　　4.1控制電路結(jié)構(gòu)框圖　　功率直流電源的控制電路采用ST公司的μpsd3354單片機(jī)為核心?？刂齐娐分饕瓿扇缦鹿δ埽弘妷翰杉?、A/D轉(zhuǎn)換、閉環(huán)調(diào)節(jié)、PWM信號(hào)產(chǎn)生，IGBT驅(qū)動(dòng)與保護(hù)、鍵盤輸入和輸出電壓顯示等功能?？刂齐娐分饕ǎ簡纹瑱C(jī)系統(tǒng)、電壓采集電路、I

6、GBT驅(qū)動(dòng)電路和鍵盤、顯示電路等。結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示。系統(tǒng)通過PWM輸出控制功率轉(zhuǎn)換開關(guān)的導(dǎo)通與關(guān)斷時(shí)間，完成對(duì)輸出電壓的穩(wěn)定控制，通過A/D轉(zhuǎn)換完成對(duì)開關(guān)電源輸出電壓的采樣，同時(shí)采用電壓閉環(huán)控制，開關(guān)電源工作時(shí)，根據(jù)期望值與電壓反饋值的偏差，由單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)PWM占空比進(jìn)行PID調(diào)節(jié)?！　　　D3控制電路結(jié)構(gòu)圖　　4.2IGBT驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)　　為了精確控制開關(guān)電路的電壓輸出，本系統(tǒng)采用脈寬調(diào)制方式調(diào)節(jié)開關(guān)管的工作狀態(tài)。根據(jù)電壓控制算法(可采用改進(jìn)的PID控制算法)設(shè)置單片機(jī)產(chǎn)生不同占空比的方波信號(hào)，經(jīng)

7、過光電耦合器控制開關(guān)器件，調(diào)整電路輸出設(shè)定的電壓值。要使IGBT正常工作，合適的驅(qū)動(dòng)是至關(guān)重要的。驅(qū)動(dòng)電路的任務(wù)是將控制電路發(fā)出的信號(hào)轉(zhuǎn)換為加在電力電子器件控制端和公共端之間、可以使其開通或關(guān)斷的信號(hào)。同時(shí)驅(qū)動(dòng)電路通常還具有電氣隔離及電力電子器件的保護(hù)等功能。本系統(tǒng)采用富士電機(jī)公司的EXB系列的EXB841型集成驅(qū)動(dòng)器對(duì)IGBT進(jìn)行驅(qū)動(dòng)?！　?.3傳感器輸入通道與A/D轉(zhuǎn)換　　系統(tǒng)通過電壓傳感器采集電壓信號(hào)，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換被單片機(jī)接收。本系統(tǒng)采用CHV系列霍爾電壓傳感器采集電壓，采用μpsd3354單

8、片機(jī)內(nèi)部的A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，線路連接簡單，精度最大為5mV?；灸軡M足控制要求?！　?.4鍵盤和顯示電路　　功率直流電源的鍵盤和顯示電路部分都裝在操作面板上，由單片機(jī)控制。本系統(tǒng)采用自制4×4矩陣鍵盤，以單片機(jī)的PB4～PB7做輸出線，PB0～PB3做輸入線。顯示部分采用動(dòng)態(tài)數(shù)碼顯示，以專用的數(shù)碼管顯示驅(qū)動(dòng)芯片MAX7219進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。　　4.5其他輔助電路　　為了使功率直流電源能夠可靠、安全的工作。電源系統(tǒng)中還有一些輔助電路，過熱、過流和短路保護(hù)