输出电压可调开关电源.docx

输出电压连续可调的功率直流开关电源的设计标签:输出电压连续可调功率直流开关电源设计 1引言直流稳压电源已广泛地应用于许多工业领域中。在工业生产中(如电焊、电镀或直流电机的调速等),需要用到大量的电压可调的直流电源,他们一般都要求有可以方便的调节电压输出的直流供电电源。目前,由于开关电源效率高,小型化等优点,传统的线性稳压电源、晶闸管稳压电源逐步被直流开关稳压电源所取代。开关电源主要的控制方式是采用脉宽调制集成电路输出PWM脉冲,采用模拟PID调节器进行脉宽调制,这种控制方式,存在一定的误差,而且电路比较复杂。本文设计了一种以ST公司的高性能单片机μpsd3354为控制核心的输出电压大范围连续可调的功率开关电源,由单片机直接产生PWM波,对开关电源的主电路执行数字控制,电路简单,功能强大。 2功率直流电源系统原理与整体设计 ,主电路主要处理电能,控制电路主要处理电信号,采用负反馈构成一个自动控制系统。开关电源采用PWM控制方式,通过给定量和反馈量的比较得到偏差,并通过数字PID调节器控制PWM输出,从而控制开关电源的输出。其中,PID调节和PWM输出都由单片机系统采用软件控制。 、功率变换部分、驱动电路、单片机系统和辅助电路等几部分组成。图1为单片机控制功率直流电源结构框图。图1单片机控制功率电源结构框图从图1中可以看到,50Hz、220V的交流电经电网滤波器消除来自电网的干扰,然后进入到输入整流滤波器进行整流滤波,变换成直流电压信号。该直流信号通过功率变换电路转化成高频交流信号,高频交流信号再经输出整流滤波电路转化成直流电压输出。控制电路采用PWM脉宽调制方式,由单片机产生的脉宽可调的PWM控制信号经驱动电路处理后,驱动功率变换电路工作。利用单片机高速ADC转换通道定时采集输出电压,并与期望值比较,根据其误差进行PID调节。电压采集电路实现了直流电压V0的采集,并使其与A/D转换器的模拟输入电压范围匹配,在开关电源发生过压、过流和短路故障时,保护电路对电源和负载起保护作用。辅助电源为控制电路、驱动电路等提供直流电源。 -AC-DC的转换,系统主电路采用全桥型DC-DC变换器,如图2所示。本系统采用的功率开关器件是EUPEC公司的BSM50GB120DN2系列的IGBT模块,每个模块是一个半桥结构,故在全桥系统中,需要两个模块。每个模块内嵌入一个快速续流二极管。图2功率直流电源主电路图 。控制电路主要完成如下功能:电压采集、A/D转换、闭环调节、PWM信号产生,IGBT驱动与保护、键盘输入和输出电压显示等功能。控制电路主要包括:单片机系统、电压采集电路、IGBT驱动电路和键盘、显示电路等。结构框图如图3所示。系统通过PWM输出控制功率转换开关的导通与关断时间,完成对输出电压的稳定控制,通过A/D转换完成对开关电源输出电压的采样,同时采用电压闭环控制,开关电源工作时,根据期望值与电压反馈值的偏差,由单片机实现对PWM占空比进行PID调节。图3控制电路结构图