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。