開(kāi)關(guān)電源數?；旌蠝y控系統硬件電路設計與實(shí)驗

　　摘要：采用UCC3895芯片與單片機相結合的方案設計了直流開(kāi)關(guān)電源數?；旌?a class="contentlabel" href="http://dyxdggzs.com/news/listbylabel/label/測控系統">測控系統。閉環(huán)系統包括電壓環(huán)與限流環(huán)，電壓環(huán)使輸出穩定在設定值上，限流環(huán)解決了負載突變問(wèn)題，調節器和保護電路的設計使系統穩定且安全運行，單片機完成了系統故障的實(shí)時(shí)監測、顯示與保護。最后研制了一套輸出為270V的直流開(kāi)關(guān)電源測控系統，實(shí)驗結果良好。

　　引言

　　大中功率直流開(kāi)關(guān)電源一般采用移相全橋DC/DC變換器 。實(shí)現全橋變換器的移相控制主要有以下三種方法：(1)采用分立器件進(jìn)行邏輯組合;(2)采用DSP或CPLD實(shí)現數字控制;(3)采用專(zhuān)用集成控制芯片 。采用分立器件進(jìn)行邏輯組合構成的模擬控制電路結構復雜，不利于開(kāi)關(guān)電源小型化;采用DSP或CPLD實(shí)現數字控制的成本較高，且存在數字電路延遲;采用專(zhuān)用的集成控制芯片電路簡(jiǎn)單且成本較低。第三種方法中可以采用UCC3895芯片來(lái)產(chǎn)生PWM控制波形，UCC3895是一款優(yōu)良的移相全橋控制芯片，有電壓和電流兩種控制模式，占空比可從0%～100%， 且可以為零電壓開(kāi)關(guān)(ZVS)提供高效高頻的解決方案。國內外常用的移相全橋反饋模式為電流模式 ，但其雙閉環(huán)控制電路復雜，不易實(shí)現。

　　由于單電壓環(huán)反饋模式簡(jiǎn)單有效的優(yōu)點(diǎn)，本文基于UCC3895移相全橋控制芯片采用單電壓環(huán)加限流環(huán)的反饋模式和單片機相結合設計了直流開(kāi)關(guān)電源數字模擬混合測控系統，詳細設計了閉環(huán)系統、控制器參數、保護電路，顯示電路，調壓電路，并對測控系統進(jìn)行了實(shí)驗。

　　系統方案

　　采用應用廣泛的TI公司生產(chǎn)的UCC3895芯片與單片機相結合的方案設計了直流開(kāi)關(guān)電源數字模擬混合測控系統。如圖1所示，利用UCC3895對DC/DC變化器主電路進(jìn)行PWM移相控制，并與單片機相結合來(lái)實(shí)現對主電路的檢測與反饋控制，以及輸出過(guò)壓，過(guò)流，過(guò)溫等保護。其中，所選單片機型號為美國微芯公司生產(chǎn)的PIC16F873單片機。PIC16F873共28個(gè)引腳，內部自帶5個(gè)10位A/D通道，2個(gè)定時(shí)計數器，2個(gè)脈寬調制(PWM)通道。

　　閉環(huán)反饋模式采用單電壓環(huán)加限流環(huán)的模式，存在電壓環(huán)調節器和限流環(huán)調節器兩個(gè)調節器，即恒壓控制調節器和恒流控制調節器。當電壓環(huán)調節器工作時(shí)，整個(gè)電源裝置相當于一個(gè)電壓源，此時(shí)限流環(huán)調節器不參與工作;當限流環(huán)調節器工作時(shí)，整個(gè)電源裝置相當于一個(gè)電流源，此時(shí)電壓環(huán)調節器不參與工作。電壓環(huán)調節器選用PID調節器，在低頻段起積分作用，改善系統的穩態(tài)性能，在中頻段起微分作用，改善系統的動(dòng)態(tài)性能。限流環(huán)調節器只是在負載過(guò)重時(shí)的較短時(shí)間內起作用，要求不高，可以選用P調節器或PI調節器，為減小穩態(tài)誤差所以選用PI調節器。如圖2所示，正常情況下只有電壓環(huán)工作，限流環(huán)不工作，一旦輸出過(guò)流則電壓環(huán)停止工作，由限流環(huán)工作，通過(guò)減小輸出電壓將電流穩定在限流值。

　　控制器參數設計

　　電路參數為：輸入Vin=500V，輸出電壓Vo=270V，諧振電感Lr=30uH，變壓器變比K=1.63，濾波電感 Lf=500uH，濾波電容Cf=470uF，負載電阻RL=30Ω。開(kāi)關(guān)頻率fs=80kHz，參考電壓Vr=3V，PWM調制器鋸齒波幅值Vp=2.35V。

　　閉環(huán)反饋模式具體硬件電路如圖3所示，限流環(huán)調節器輸出端通過(guò)一個(gè)二極管與電壓調節器輸出端連在一起接至UCC3895內部的PWM波比較器同相輸入端，限流環(huán)調節器的輸出接到二極管的陰極。當電流達到限流值時(shí)，限流環(huán)調節器輸出電壓下降，低于電壓調節器輸出，二極管導通，將限流環(huán)調節器輸出接到PWM比較器同相輸入端并與載波信號比較產(chǎn)生占空比控制主電路開(kāi)關(guān)管通斷，通過(guò)減小輸出電壓將電流穩定在限流值，此時(shí)只有限流環(huán)起作用，實(shí)現恒流控制;當電流未達到限流值時(shí)，二極管不導通，由電壓環(huán)起作用，實(shí)現恒壓控制。