基于單片機和PSD設計的數制化電源
PSD302是一種功能很強的通用外圍接口芯片,它不僅可替代單片機最小系統(tǒng)中的地址鎖存器、譯碼器和存儲器,而且可使系統(tǒng)功能和可*性大大增強。它有19根可單獨構造的I/O引腳、兩個可編程陣列、內部高速EPROM和SRAM等,可有四種工作模式供選擇,作輸入的引腳有效電平可編程,故它幾乎支持任何8位或16位微控制器。
根據上述芯片的特性,可畫出監(jiān)控部分的電路示意圖,如圖4所示。80C196KC的 P0.0和P0.1作為內部8通道A/D轉換器的模擬輸入端,分別檢測輸出電壓和負載電流,P0口的其它線仍可作數字輸入口用,P1口和P2.6、P2.7為準雙向口,可用于輸出監(jiān)測數據和聲光報警信號,P3、P4口用作系統(tǒng)總線。為了防止A/D轉換器模擬輸入端過載及增強其抗尖峰干擾的能力,應分別加裝二極管箝位電路及阻容濾波電路。PSD302構造為16位多路復用模式,PA、PB口均構造為I/O輸出,分別作為VS和換分向橋的控制驅動,PC0~PC2留作備用,或作為片選輸出信號。
2 程序流程圖
本系統(tǒng)由80C196KC的內部定時器T0設定采樣時間間隔,T0的中斷服務程序分別采集輸出電壓和負載電流,存入PSD302的響應SRAM中。80C196KC根據采樣值與標準值的比較發(fā)出命令給PSD302,調節(jié)輸出幅值或相位。程序流程圖如圖5所示。
3 諧波分析
理論上講,利用數制化電源裝置可以產生任意形狀的電壓波形,但由于頻率很高時,IGBT的開關時間不可忽略,單片機系統(tǒng)的運行時間也必須加以考慮,故實際上只能得到近似的階梯狀曲線。以最常見的合成正弦電壓的情形為例來分析,并忽略二極管和IGBT的導通電壓,當VS能輸出的最高電壓與正弦電壓的峰值接近時,輸出端UV的電壓可展成傅立葉級數
成立時,可使次以內的諧波皆為零。例如,當只有一位單元時,則觸發(fā)角α1為0.5236弧度,可使5次以內的諧波為零;當有兩位單元時,則觸發(fā)角分別為0.2037,0.4701,0.9784弧度或0.2093,0.7318,1.4953弧度,可使9次以內的諧波為零,而9次及以上各次諧波頻率與基波頻率相差很大,易用低通濾波器濾去。若再增加幾位電壓單元,例如共用八位,如果能選擇適當的觸發(fā)角,則513次以內的諧波皆為零。
4 應用
由以上分析可知,通過改變單片機的控制方式,即可獲得各種各樣的電壓波形,例如用簡單的線性插值法,可實現輸出無級可調直流電壓,因此這種數制化電源裝置首先具有通用性,可用于交直流電機的正反轉控制及調速、實驗室電源等。在輸出正弦交流電壓時,它的諧波分量比普通的PWM逆變器小得多,如不使用低通濾波器,則可消除濾波器引起的波形失真。它的控制也較簡單,可用于對電源要求較高的場合,如高精度變頻調速、不間斷電源、大功率高效D/A轉換器、多電源系統(tǒng)等,原則上可取代PWM。如果用于專門用途,只輸出一種電壓波形,則整個系統(tǒng)從硬件到軟件都可進一步優(yōu)化,以簡化設計,降低成本,提高精度,增強可*性。
隨著科學技術的不斷進步,器件的集成度越來越高、性能越來越強、功率也越來越大,用它們設計和制造出來的各種裝置也正朝小型化、高頻化、智能化、大功率方向發(fā)展。目前500kHz的VDMOS開關電源在市場上已有售。在采用諧振開關技術時,其開關頻率可進一步提高到數兆赫至幾十兆赫,效率大于80%,出現了功率密度達每立方英寸30~50W的所謂“卡片式”開關電源。但VDMOS的導通電阻與成正比,限制了它在高頻中、大功率領域的應用。IGBT集MOS器件與雙極型器件的優(yōu)點于一體,得到了越來越廣泛的應用,有取代GTR和MOSFET的趨勢??梢灶A見,未來的電力電子開關器件具有導通壓降更低、開關速度更高、損耗更小等特點,與現代控制理論相結合的數制化電源裝置功能也將進一步增強,徹底取代PWM等也將成為必然。
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