1、【W(wǎng)ord版本下載可任意編輯】 單片機直流開關電源設計 直流穩(wěn)壓電源已廣泛地應用于許多工業(yè)領域中。在工業(yè)生產(chǎn)中（如電焊、電鍍或直流電機的調速等），需要用到大量的電壓可調的直流電源，他們一般都要求有可以方便的調節(jié)電壓輸出的直流供電電源。目前，由于開關電源1效率高，小型化等優(yōu)點，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穩(wěn)壓電源所取代。開關電源主要的控制方式是采用脈寬調制集成電路輸出PWM 脈沖，采用模擬PID調節(jié)器開展脈寬調制，這種控制方式，存在一定的誤差，而且電路比較復雜2。本文設計了一種以ST 公司的高性能單片機psd3354 為控制的輸出電壓大范圍連續(xù)可調的功率開關電源，由單片機直接

2、產(chǎn)生PWM 波，對開關電源的主電路執(zhí)行數(shù)字控制，電路簡單，功能強大 2 功率直流電源系統(tǒng)原理與整體設計 2.1 系統(tǒng)原理 本功率直流電源系統(tǒng)由開關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，采用負反應構成一個自動控制系統(tǒng)。開關電源采用PWM 控制方式，通過給定量和反應量的比較得到偏差，并通過數(shù)字PID 調節(jié)器控制PWM 輸出，從而控制開關電源的輸出。其中，PID調節(jié)和PWM 輸出都由單片機系統(tǒng)采用軟件控制。 2.2 系統(tǒng)整體設計 系統(tǒng)硬件部分由輸入輸出整流濾波電路、功率變換部分、驅動電路、單片機系統(tǒng)和輔助電路等幾部分組成。圖1為單片機控制功率直流電源構造框圖。

3、 圖1 單片機控制功率電源構造框圖 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，然后進入到輸入整流濾波器開展整流濾波，變換成直流電壓信號。該直流信號通過功率變換電路轉化成高頻交流信號，高頻交流信號再經(jīng)輸出整流濾波電路轉化成直流電壓輸出1。控制電路采用PWM脈寬調制方式，由單片機產(chǎn)生的脈寬可調的PWM控制信號經(jīng)驅動電路處理后，驅動功率變換電路工作。利用單片機高速ADC轉換通道定時采集輸出電壓，并與期望值比較，根據(jù)其誤差開展PID調節(jié)。電壓采集電路實現(xiàn)了直流電壓V0的采集，并使其與AD轉換器的模擬輸入電壓范圍匹配，在開關電源發(fā)生過壓、過流和短路故障時，保護電路對電源

4、和負載起保護作用。輔助電源為控制電路、驅動電路等提供直流電源。 3. 開關電源主電路設計 開關電源主電路是用來完成DC-AC-DC 的轉換，系統(tǒng)主電路采用全橋型DC-DC 變換器，如圖2 所示。本系統(tǒng)采用的功率開關器件是EUPEC 公司的BSM 50GB120DN2 系列的IGBT 模塊，每個模塊是一個半橋構造，故在全橋系統(tǒng)中，需要兩個模塊。每個模塊內嵌入一個快速續(xù)流二極管。 圖2 功率直流電源主電路圖 4. 控制電路硬件設計 4.1 控制電路構造框圖 功率直流電源的控制電路采用ST 公司的psd3354 單片機為。控制電路主要完成如下功能：電壓采集、A/D 轉換、閉環(huán)調節(jié)、PWM 信號產(chǎn)生，

5、IGBT 驅動與保護、鍵盤輸入和輸出電壓顯示等功能?？刂齐娐分饕ǎ簡纹瑱C系統(tǒng)、電壓采集電路、IGBT驅動電路和鍵盤、顯示電路等。構造框圖如圖3 所示。系統(tǒng)通過PWM 輸出控制功率轉換開關的導通與關斷時間，完成對輸出電壓的穩(wěn)定控制，通過A/ D 轉換完成對開關電源輸出電壓的采樣，同時采用電壓閉環(huán)控制，開關電源工作時，根據(jù)期望值與電壓反應值的偏差，由單片機實現(xiàn)對PWM 占空比開展PID 調節(jié)。 圖3 控制電路構造圖 4.2 IGBT 驅動電路設計 為了控制開關電路的電壓輸出，本系統(tǒng)采用脈寬調制方式調節(jié)開關管的工作狀態(tài)。根據(jù)電壓控制算法（可采用改良的PID 控制算法）設置單片機產(chǎn)生不同占空比的方

6、波信號，經(jīng)過光電耦合器控制開關器件，調整電路輸出設定的電壓值。要使IGBT 正常工作，合適的驅動是至關重要的。驅動電路的任務是將控制電路發(fā)出的信號轉換為加在電力電子器件控制端和公共端之間、可以使其開通或關斷的信號。同時驅動電路通常還具有電氣隔離及電力電子器件的保護等功能。本系統(tǒng)采用富士電機公司的EXB系列的EXB841 型集成驅動器對IGBT 開展驅動4。 4.3 傳感器輸入通道與A/D 轉換 系統(tǒng)通過電壓傳感器采集電壓信號，經(jīng)過A/D 轉換被單片機接收。本系統(tǒng)采用CHV 系列霍爾電壓傳感器采集電壓，采用psd3354 單片機內部的A/D轉換器開展模數(shù)轉換，線路連接簡單，精度為5mV?；灸軡M足控制要求。 4.4 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