基于數(shù)字化控制的開關電源的研究

1．2開關電源數(shù)字控制的特點與應用

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。它必須對兩個數(shù)字串進行比較以產(chǎn)生脈沖寬度來驅(qū)動電源開關，而不是使用傳統(tǒng)模擬PWM比較器。它會將所有模擬系統(tǒng)參數(shù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并在數(shù)字域利用這些數(shù)據(jù)計算控制響應，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：

（1）以數(shù)字信號處理器DSP或單片機為核心，將數(shù)字電源驅(qū)動器及PWM控制器作為控制對象而構(gòu)成的智能化開關電源系統(tǒng)。

（2）采用“整合數(shù)字電源”技術，實現(xiàn)了開關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芯片或一組芯片中。

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

這種技術可用于負載時間恒定的應用中，使電源運行在高頻狀態(tài)，如功率因數(shù)校正、非中斷電源、多個化學電池譯電和電機控制；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以及PDA的PMU等其他應用。運行時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(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)字控制技術開關電源的方案

結(jié)合當前的數(shù)字控制技術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關電源

隨著電子技術的迅猛發(fā)展和超大規(guī)模集成電路設計的進一步提高，單片機技術也得到了迅速發(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外接A／D轉(zhuǎn)換芯片進行采樣，采樣后對得到的數(shù)據(jù)進行運算和調(diào)節(jié)，再把結(jié)果通過D／A轉(zhuǎn)換后傳到PWM芯片中，實現(xiàn)單片機對開關電源的間接控制。其原理結(jié)構(gòu)如圖2

其中：單片機采用MCS51；A／D轉(zhuǎn)換器采用TLC2543芯片，該芯片的接口方式采用串口，這種方式相對于并口方式，具有接口簡單，便于擴展，體積小的特點。TLC2543的接口是典型的SPI接口，它與MCS51單片機相連接時，其硬件電路非常簡單。但由于MCS51沒有標準的SPI接口，只能在程序中模仿SPI的操作方式對TLC2543進行操作，因而程序要復雜一些。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）為單片機提供上電復位信號，當程序紊亂或電壓失常時啟動內(nèi)部的“看門狗”電路強迫單片機復位，使程序從頭開始工作；具有512字節(jié)的EPROM存儲單元，用來存放各種重要數(shù)據(jù)，以備交流后重要數(shù)據(jù)丟失；外接有串口，通過電平轉(zhuǎn)換連接RS-485或者RS-232，實現(xiàn)了開關電源與上位機的信號傳輸；LCD、鍵盤接口電路實現(xiàn)了人機交換。