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开关电源数模混合测控系统硬件电路设计与实验

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作者:李琳时间:2013-09-23来源:电子产品世界收藏

  单片机与外围电路设计

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/170164.htm

  单片机部分外围电路和电源状态显示电路分别如图7和图8所示。单片机部分引脚功能分配如下:AN0脚是限流信号检测,AN1脚是输出电压检测,AN2脚是输出电流检测,AN4脚是温度检测,其中AN0、AN1、AN2、AN4脚均为A/D转换端口。CCP2脚(端口)提供可调的限流调节器的限流参考值,CCP1脚(端口)提供可调的电压调节器的输出电压参考值,SCK、SDO、RB4脚用于电源状态显示,RB1脚(I/O口)为单片机数字控制。单片机通过SPI(同步串行通讯)向移位寄存器SN74HC164发送电源当前工作状态数据,由移位寄存器把串行数据转换为并行数据并输出给显示模块。单片机RB4脚(I/O口)控制发光二极管的供电电压,在刚开机还没有采集工作状态之前,保证所有二极管不工作。单片机SCK(时钟)脚接在三个移位寄存器的脉冲输入口(CLK)作为脉冲输入。单片机SDO(SPI通讯数据输出)脚接到移位寄存器的数据输入口(A、B脚),并把三个移位寄存器接到一起串联使用。通过数码管实时显示输出电流值,通过4个LED灯的亮灭表示电源当前的工作状态,其中发光二极管D4(绿灯)灯亮表示电源正常工作,D3(红灯)灯亮表示输出过压故障,D2(红灯)灯亮表示输出限流,D1(红灯)灯亮表示过温故障。

  调压电路设计

  单片机CCP1脚为波端口,可以通过调节PWM波的占空比产生不同的电压。如图9所示,PWM信号经过滤波电路由数字量转变为模拟量输入到由运放5构成的电压跟随器进行缓冲与隔离,该模拟电压与参考电压VDD叠加构成分压电路,分压信号输入到由运放6构成的电压跟随器正向输入端。输出端经过滤波电路接到芯片电压调节器参考电压端(EAP)。改变CCP1的PWM波占空比即可调整电压调节器参考电压,进而改变电源输出电压。图中由R2、R3、R4构成的分压电路可以设定PWM占空比为最低时电压调节器参考电压的最低值,保证电源电压的最低输出。可调电阻R2的作用是调节电压调节器参考电压的范围,改变R2的值,在输出占空比范围不变的情况下,输出参考电压的范围可以进行调整,进而改变电源输出电压的范围。

  实验及结果

  图10是直流上电输出电压瞬态波形,上电输出瞬态电压的超调量为1.1%,调整时间为50ms,稳态误差为0.5V。图11是直流突加突减负载输出电压瞬态波形,突加突减负载输出瞬态电压的恢复时间为30ms,电压动态降落为22%。图12是突加过载限流波形,过流后限流环起作用,通过调节输出电压,使得电流很快限制在限流值上。

  由实验波形可知数模混合方案可行,调节器参数选取合理,系统的动静态性能和抗扰性能良好。

  结论

  本文基于芯片和PIC16F873单片机设计了直流开关电源数模混合。实验结果表明,设计合理,参数选择正确。

  参考文献:

  [1] 丁志刚,胡育文.ZVS DC/ DC 全桥变换器的研究[J].电力电子技术,2003,37(3)
  [2] 冀春涛,唱志强,罗贤星,基于移相谐振PWM控制器的电阻点焊逆变器[J].制造业自动化,2010,32 (4)
  [3] Yungtaek Jang, Milan M Jovanovich Yu-Ming chang.A New ZVS--PWM Full-Bridge Converter[J].IEEE Transactions on Power Electronics,2003,18(5).
  [4] Tang W, Lee F.C, Ridley R.B, Small-signal modeling of average current-mode control, IEEE Trans[J].Power Electronics,1993,8(2): 112~119.
  [5] 李红平.采用峰值电流模式的全桥移相控制变换器[J].电力电子技术,2000,(1):27-30

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