开关被誉为高效节能型电源。传统的开关可调电源采用模拟控制技术,使用比较器、误差放大器和模拟调变器等元器件来调整电源输出电压。模拟控制方法只适用于频率高、电力小、功能少的开关可调电源,且存在控制电路复杂、元器件多以及控制电路一旦成型很难修改等缺点,不利于开关可调电源的集成化和小型化。开关可调电源的数字化控制技术能够较好地解决这些问题。本文介绍了开关可调电源的数字化控制技术,并给出了基于单片机控制和基于DSP控制开关可调电源的两种模型,分析和比较了两者的优缺点以及应用场合,现在介绍如下。
图1为脉宽调制式(PWM)开关可调电源,AC220V输入电压经过整流滤波后变成直流电压U,再由功率开关管VT斩波、高频变压器T降压,得到高频矩形波电压,{zh1}通过输出整流滤波器VD、C2,获得所需要的直流输出电压U0。利用误差放大器和PWM比较器构成闭环调节系统。这种模拟控制电路因为使用元器件多而需要很大空间,这些元器件本身的值还会随着使用时间、温度和其他环境条件的变化而变动,并对系统稳定性和响应能力造成负面影响,不利于模拟系统的测试和维修。另外,模拟控制的控制响应特性是由分立元器件的值决定的,因此无法为所有电源值或负载点提供{zy}化的控制响应。
随着电子技术的迅猛发展和超大规模集成电路设计的进一步提高,单片机技术也得到了迅速发展,已经在智能仪器仪表、工业检测控制、电力电子、汽车电子、机电一体化等方面得到了广泛的应用,并取得了巨大的成果。利用单片机作为控制核心,设计方法容易掌握,而且对单片机的要求不高,成本比较低。该方案采用单片机通过外接A/D转换芯片进行采样,采样后对得到的数据进行运算和调节,再把结果通过D/A转换后传到PWM芯片中,实现单片机对开关可调电源的间接控制。其原理结构如图2。
其中:单片机采用MCS51;A/D转换器采用TLC2543芯片,该芯片的接口方式采用串口,这种方式相对于并口方式,具有接口简单,便于扩展,体积小的特点。TLC2543的接口是典型的SPI接口,它与MCS51单片机相连接时,其硬件电路非常简单。但由于MCS51没有标准的SPI接口,只能在程序中模仿SPI的操作方式对TLC2543进行操作,因而程序要复杂一些。D/A转换器采用TLC5615芯片与MCS51连接,同样接口也采用串行方式。“看门狗”(Watchdog)为单片机提供上电复位信号,当程序紊乱或电压失常时启动内部的“看门狗”电路强迫单片机复位,使程序从头开始工作;具有512字节的EPROM存储单元,用来存放各种重要数据,以备交流后重要数据丢失;外接有串口,通过电平转换连接RS-485或者RS-232,实现了开关与上位机的信号传输;LCD、键盘接口电路实现了人机交换。