基于數字化控制的開(kāi)關(guān)電源的研究

1．2開(kāi)關(guān)電源數字控制的特點(diǎn)與應用

所謂電源的數字控制，也稱(chēng)為“回路內部的處理器”，是指控制器能在數字域執行所有系統控制算法。它必須對兩個(gè)數字串進(jìn)行比較以產(chǎn)生脈沖寬度來(lái)驅動(dòng)電源開(kāi)關(guān)，而不是使用傳統模擬PWM比較器。它會(huì )將所有模擬系統參數轉換成數字信號，并在數字域利用這些數據計算控制響應，然后將新產(chǎn)生的控制信息加傳至系統。

數字控制電源系統有以下特點(diǎn)：

（1）以數字信號處理器DSP或單片機為核心，將數字電源驅動(dòng)器及PWM控制器作為控制對象而構成的智能化開(kāi)關(guān)電源系統。

（2）采用“整合數字電源”技術(shù)，實(shí)現了開(kāi)關(guān)電源中模擬組件與數字組件的優(yōu)化組合。

（3）高集成度，實(shí)現了電源系統單片集成化，將大量的分立元器件整合到一個(gè)芯片或一組芯片中。

（4）能充分發(fā)揮數字信號處理器及微控制器的優(yōu)勢，使所設計的數字電源達到高技術(shù)指標。

這種技術(shù)可用于負載時(shí)間恒定的應用中，使電源運行在高頻狀態(tài)，如功率因數校正、非中斷電源、多個(gè)化學(xué)電池譯電和電機控制；還可用于采用若干可配置的PWM內核及控制、診斷和接口電路的手機以及PDA的PMU等其他應用。運行時(shí)間控制電路中的子電路或外設可為其電流狀態(tài)提供最適宜的運行電壓，以節能。數字電源控制可使調節器更加靈敏。

2 基于數字控制技術(shù)開(kāi)關(guān)電源的方案

結合當前的數字控制技術(shù)和流行的電源管理模式，我們提出了以下兩種方案。

2．1基于單片機控制的開(kāi)關(guān)電源

隨著(zhù)電子技術(shù)的迅猛發(fā)展和超大規模集成電路設計的進(jìn)一步提高，單片機技術(shù)也得到了迅速發(fā)展，已經(jīng)在智能儀器儀表、工業(yè)檢測控制、電力電子、汽車(chē)電子、機電一體化等方面得到了廣泛的應用，并取得了巨大的成果。利用單片機作為控制核心，設計方法容易掌握，而且對單片機的要求不高，成本比較低。該方案采用單片機通過(guò)外接A／D轉換芯片進(jìn)行采樣，采樣后對得到的數據進(jìn)行運算和調節，再把結果通過(guò)D／A轉換后傳到PWM芯片中，實(shí)現單片機對開(kāi)關(guān)電源的間接控制。其原理結構如圖2

其中：?jiǎn)纹瑱C采用MCS51；A／D轉換器采用TLC2543芯片，該芯片的接口方式采用串口，這種方式相對于并口方式，具有接口簡(jiǎn)單，便于擴展，體積小的特點(diǎn)。TLC2543的接口是典型的SPI接口，它與MCS51單片機相連接時(shí)，其硬件電路非常簡(jiǎn)單。但由于MCS51沒(méi)有標準的SPI接口，只能在程序中模仿SPI的操作方式對TLC2543進(jìn)行操作，因而程序要復雜一些。D／A轉換器采用TLC5615芯片與MCS51連接，同樣接口也采用串行方式?！翱撮T(mén)狗”（Watchdog）為單片機提供上電復位信號，當程序紊亂或電壓失常時(shí)啟動(dòng)內部的“看門(mén)狗”電路強迫單片機復位，使程序從頭開(kāi)始工作；具有512字節的EPROM存儲單元，用來(lái)存放各種重要數據，以備交流后重要數據丟失；外接有串口，通過(guò)電平轉換連接RS-485或者RS-232，實(shí)現了開(kāi)關(guān)電源與上位機的信號傳輸；LCD、鍵盤(pán)接口電路實(shí)現了人機交換。