基于數(shù)字化控制的開關(guān)電源的研究

1．2開關(guān)電源數(shù)字控制的特點(diǎn)與應(yīng)用

所謂電源的數(shù)字控制，也稱為“回路內(nèi)部的處理器”，是指控制器能在數(shù)字域執(zhí)行所有系統(tǒng)控制算法。它必須對(duì)兩個(gè)數(shù)字串進(jìn)行比較以產(chǎn)生脈沖寬度來(lái)驅(qū)動(dòng)電源開關(guān)，而不是使用傳統(tǒng)模擬PWM比較器。它會(huì)將所有模擬系統(tǒng)參數(shù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并在數(shù)字域利用這些數(shù)據(jù)計(jì)算控制響應(yīng)，然后將新產(chǎn)生的控制信息加傳至系統(tǒng)。

數(shù)字控制電源系統(tǒng)有以下特點(diǎn)：

（1）以數(shù)字信號(hào)處理器DSP或單片機(jī)為核心，將數(shù)字電源驅(qū)動(dòng)器及PWM控制器作為控制對(duì)象而構(gòu)成的智能化開關(guān)電源系統(tǒng)。

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

（3）高集成度，實(shí)現(xiàn)了電源系統(tǒng)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(shù)字信號(hào)處理器及微控制器的優(yōu)勢(shì)，使所設(shè)計(jì)的數(shù)字電源達(dá)到高技術(shù)指標(biāo)。

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

2 基于數(shù)字控制技術(shù)開關(guān)電源的方案

結(jié)合當(dāng)前的數(shù)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(jī)控制的開關(guān)電源

隨著電子技術(shù)的迅猛發(fā)展和超大規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)的進(jìn)一步提高，單片機(jī)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(cè)控制、電力電子、汽車電子、機(jī)電一體化等方面得到了廣泛的應(yīng)用，并取得了巨大的成果。利用單片機(jī)作為控制核心，設(shè)計(jì)方法容易掌握，而且對(duì)單片機(jī)的要求不高，成本比較低。該方案采用單片機(jī)通過(guò)外接A／D轉(zhuǎn)換芯片進(jìn)行采樣，采樣后對(duì)得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算和調(diào)節(jié)，再把結(jié)果通過(guò)D／A轉(zhuǎn)換后傳到PWM芯片中，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)對(duì)開關(guān)電源的間接控制。其原理結(jié)構(gòu)如圖2

其中：?jiǎn)纹瑱C(jī)采用MCS51；A／D轉(zhuǎn)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(duì)于并口方式，具有接口簡(jiǎn)單，便于擴(kuò)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(jī)相連接時(shí)，其硬件電路非常簡(jiǎn)單。但由于MCS51沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)的SPI接口，只能在程序中模仿SPI的操作方式對(duì)TLC2543進(jìn)行操作，因而程序要復(fù)雜一些。D／A轉(zhuǎn)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狗”（Watchdog）為單片機(jī)提供上電復(fù)位信號(hào)，當(dāng)程序紊亂或電壓失常時(shí)啟動(dòng)內(nèi)部的“看門狗”電路強(qiáng)迫單片機(jī)復(fù)位，使程序從頭開始工作；具有512字節(jié)的EPROM存儲(chǔ)單元，用來(lái)存放各種重要數(shù)據(jù)，以備交流后重要數(shù)據(jù)丟失；外接有串口，通過(guò)電平轉(zhuǎn)換連接RS-485或者RS-232，實(shí)現(xiàn)了開關(guān)電源與上位機(jī)的信號(hào)傳輸；LCD、鍵盤接口電路實(shí)現(xiàn)了人機(jī)交換。