開關(guān)電源數(shù)?；旌蠝y控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計與實驗

　　摘要：采用UCC3895芯片與單片機(jī)相結(jié)合的方案設(shè)計了直流開關(guān)電源數(shù)模混合測控系統(tǒng)。閉環(huán)系統(tǒng)包括電壓環(huán)與限流環(huán)，電壓環(huán)使輸出穩(wěn)定在設(shè)定值上，限流環(huán)解決了負(fù)載突變問題，調(diào)節(jié)器和保護(hù)電路的設(shè)計使系統(tǒng)穩(wěn)定且安全運行，單片機(jī)完成了系統(tǒng)故障的實時監(jiān)測、顯示與保護(hù)。最后研制了一套輸出為270V的直流開關(guān)電源測控系統(tǒng)，實驗結(jié)果良好。

　　引言

　　大中功率直流開關(guān)電源一般采用移相全橋DC/DC變換器 。實現(xiàn)全橋變換器的移相控制主要有以下三種方法：(1)采用分立器件進(jìn)行邏輯組合;(2)采用DSP或CPLD實現(xiàn)數(shù)字控制;(3)采用專用集成控制芯片 。采用分立器件進(jìn)行邏輯組合構(gòu)成的模擬控制電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不利于開關(guān)電源小型化;采用DSP或CPLD實現(xiàn)數(shù)字控制的成本較高，且存在數(shù)字電路延遲;采用專用的集成控制芯片電路簡單且成本較低。第三種方法中可以采用UCC3895芯片來產(chǎn)生PWM控制波形，UCC3895是一款優(yōu)良的移相全橋控制芯片，有電壓和電流兩種控制模式，占空比可從0%～100%， 且可以為零電壓開關(guān)(ZVS)提供高效高頻的解決方案。國內(nèi)外常用的移相全橋反饋模式為電流模式 ，但其雙閉環(huán)控制電路復(fù)雜，不易實現(xiàn)。

　　由于單電壓環(huán)反饋模式簡單有效的優(yōu)點，本文基于UCC3895移相全橋控制芯片采用單電壓環(huán)加限流環(huán)的反饋模式和單片機(jī)相結(jié)合設(shè)計了直流開關(guān)電源數(shù)字模擬混合測控系統(tǒng)，詳細(xì)設(shè)計了閉環(huán)系統(tǒng)、控制器參數(shù)、保護(hù)電路，顯示電路，調(diào)壓電路，并對測控系統(tǒng)進(jìn)行了實驗。

　　系統(tǒng)方案

　　采用應(yīng)用廣泛的TI公司生產(chǎn)的UCC3895芯片與單片機(jī)相結(jié)合的方案設(shè)計了直流開關(guān)電源數(shù)字模擬混合測控系統(tǒng)。如圖1所示，利用UCC3895對DC/DC變化器主電路進(jìn)行PWM移相控制，并與單片機(jī)相結(jié)合來實現(xiàn)對主電路的檢測與反饋控制，以及輸出過壓，過流，過溫等保護(hù)。其中，所選單片機(jī)型號為美國微芯公司生產(chǎn)的PIC16F873單片機(jī)。PIC16F873共28個引腳，內(nèi)部自帶5個10位A/D通道，2個定時計數(shù)器，2個脈寬調(diào)制(PWM)通道。

　　閉環(huán)反饋模式采用單電壓環(huán)加限流環(huán)的模式，存在電壓環(huán)調(diào)節(jié)器和限流環(huán)調(diào)節(jié)器兩個調(diào)節(jié)器，即恒壓控制調(diào)節(jié)器和恒流控制調(diào)節(jié)器。當(dāng)電壓環(huán)調(diào)節(jié)器工作時，整個電源裝置相當(dāng)于一個電壓源，此時限流環(huán)調(diào)節(jié)器不參與工作;當(dāng)限流環(huán)調(diào)節(jié)器工作時，整個電源裝置相當(dāng)于一個電流源，此時電壓環(huán)調(diào)節(jié)器不參與工作。電壓環(huán)調(diào)節(jié)器選用PID調(diào)節(jié)器，在低頻段起積分作用，改善系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能，在中頻段起微分作用，改善系統(tǒng)的動態(tài)性能。限流環(huán)調(diào)節(jié)器只是在負(fù)載過重時的較短時間內(nèi)起作用，要求不高，可以選用P調(diào)節(jié)器或PI調(diào)節(jié)器，為減小穩(wěn)態(tài)誤差所以選用PI調(diào)節(jié)器。如圖2所示，正常情況下只有電壓環(huán)工作，限流環(huán)不工作，一旦輸出過流則電壓環(huán)停止工作，由限流環(huán)工作，通過減小輸出電壓將電流穩(wěn)定在限流值。

　　控制器參數(shù)設(shè)計

　　電路參數(shù)為：輸入Vin=500V，輸出電壓Vo=270V，諧振電感Lr=30uH，變壓器變比K=1.63，濾波電感 Lf=500uH，濾波電容Cf=470uF，負(fù)載電阻RL=30Ω。開關(guān)頻率fs=80kHz，參考電壓Vr=3V，PWM調(diào)制器鋸齒波幅值Vp=2.35V。

　　閉環(huán)反饋模式具體硬件電路如圖3所示，限流環(huán)調(diào)節(jié)器輸出端通過一個二極管與電壓調(diào)節(jié)器輸出端連在一起接至UCC3895內(nèi)部的PWM波比較器同相輸入端，限流環(huán)調(diào)節(jié)器的輸出接到二極管的陰極。當(dāng)電流達(dá)到限流值時，限流環(huán)調(diào)節(jié)器輸出電壓下降，低于電壓調(diào)節(jié)器輸出，二極管導(dǎo)通，將限流環(huán)調(diào)節(jié)器輸出接到PWM比較器同相輸入端并與載波信號比較產(chǎn)生占空比控制主電路開關(guān)管通斷，通過減小輸出電壓將電流穩(wěn)定在限流值，此時只有限流環(huán)起作用，實現(xiàn)恒流控制;當(dāng)電流未達(dá)到限流值時，二極管不導(dǎo)通，由電壓環(huán)起作用，實現(xiàn)恒壓控制。