基于單片機的功率直流開(kāi)關(guān)電源的設計

4.2 IGBT 驅動(dòng)電路設計

為了精確控制開(kāi)關(guān)電路的電壓輸出，本系統采用脈寬調制方式調節開(kāi)關(guān)管的工作狀態(tài)。根據電壓控制算法(可采用改進(jìn)的PID 控制算法)設置單片機產(chǎn)生不同占空比的方波信號，經(jīng)過(guò)光電耦合器控制開(kāi)關(guān)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(dòng)是至關(guān)重要的。驅動(dòng)電路的任務(wù)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(kāi)通或關(guān)斷的信號。同時(shí)驅動(dòng)電路通常還具有電氣隔離及電力電子器件的保護等功能。本系統采用富士電機公司的EXB系列的EXB841 型集成驅動(dòng)器對IGBT 進(jìn)行驅動(dòng)[4]。

4.3 傳感器輸入通道與A/D 轉換

系統通過(guò)電壓傳感器采集電壓信號，經(jīng)過(guò)A/D 轉換被單片機接收。本系統采用CHV 系列霍爾電壓傳感器采集電壓，采用μpsd3354 單片機內部的A/D轉換器進(jìn)行模數轉換，線(xiàn)路連接簡(jiǎn)單，精度最大為5mV?；灸軡M(mǎn)足控制要求。

4.4 鍵盤(pán)和顯示電路

功率直流電源的鍵盤(pán)和顯示電路部分都裝在操作面板上，由單片機控制。本系統采用自制4×4 矩陣鍵盤(pán)，以單片機的PB4～PB7 做輸出線(xiàn)，PB0～PB3 做輸入線(xiàn)。顯示部分采用動(dòng)態(tài)數碼顯示，以專(zhuān)用的數碼管顯示驅動(dòng)芯片MAX7219進(jìn)行驅動(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。電源系統中還有一些輔助電路，過(guò)熱、過(guò)流和短路保護等。另外，還設有輔助電源部分，提供系統所需電源。

5. 系統軟件設計

系統軟件主要由主程序和中斷服務(wù)程序組成，主要用來(lái)實(shí)現以下功能：鍵盤(pán)掃描、數碼顯示、A/D 轉換、數字PID 調節和PWM 波形產(chǎn)生等。鍵盤(pán)掃描和數碼顯示這里不作介紹，本設計主要是采用軟件方式來(lái)實(shí)現功率直流電源的數字控制。

5.1 主程序設計

本系統主程序流程圖如圖4所示。主流程在完成各種變量和I/O初始化后，可以輸入期望電壓值并存入寄存器，當按下啟動(dòng)按鈕后，啟動(dòng)電源系統，這里設定啟動(dòng)時(shí)，使PWM輸出占空比為最小值，即0.1％。啟動(dòng)后，調用A/D轉換子程序并讀入鍵值，將反饋電壓值與給定電壓值相比較后，調用PID調節運算，更新驅動(dòng)波形的占空比，然后調用PWM產(chǎn)生子程序輸出PWM信號，并通過(guò)顯示子程序顯示輸出電壓。

圖4 主程序流程圖 圖5 PID調節子程序流程圖

5.2 A/D轉換部分子程序

直接利用單片機10位ADC口，A/D轉換部分程序比較簡(jiǎn)單，程序只要完成如下功能：選擇模擬輸入通道，并預制分頻數；配置控制寄存器ACON；讀取A/D轉換后的數值，返還ADTA0、ADTA1中的數據。

5.3 PID調節子程序

PID調節由單片機來(lái)實(shí)現，單片機對給定信號與反饋信號相減得到的誤差來(lái)計算調整量，用以控制開(kāi)關(guān)的占空比。算法中，做了一點(diǎn)修正，當偏差與積分符號相反時(shí)，積分清零。因為若符號相反，說(shuō)明積分項起了反作用，故把積分項清零[5]。PID控制流程圖如圖5所示，參數KP、KI、KD在調試過(guò)程中設定。

6. 結束語(yǔ)

本系統將開(kāi)關(guān)電源與單片機系統結合起來(lái)，設計了一種輸出電壓連續可調的功率開(kāi)關(guān)電源。該電源精度高，電路簡(jiǎn)單，操作靈活，具有良好的應用前景。單片機控制直流電源符合電力電子新技術(shù)產(chǎn)品向“四化”方向發(fā)展的要求，即應用技術(shù)的高頻化、硬件結構的模塊化、軟件控制的數字化、產(chǎn)品性能的綠色化。